海洋浮标水下悬挂系统设计

论文摘要

海洋浮标是一种现代化的海洋观测装置,它具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力,并能实现数据的自动采集、自动标识和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起,组成了现代海洋环境主体监测系统。它对于海洋气象、水文以及国防安全都有着重要意义。本文通过对水下悬挂仪器系留系统的研究,采用在高雷诺数条件下,计算回转体的粘性阻力方法确定其形状因子,然后换算到低雷诺数条件下,计算系留系统的各部件的粘性阻力,在此基础上对水下悬挂系统各部件的进行静力分析和姿态分析,运用波浪理论建立水下悬挂系留系统在波浪中的动力响应计算数学模型,描述浮力舱水平位移,悬挂仪器水平位移和倾角的3自由度耦合振荡方程,采用Morison方程计算出波浪作用在小尺度结构物上的波浪力和力矩,采用有限水深线性波理论计算波浪和水质点的速度和加速度,给出满足仪器倾角要求时不同水深对系统动态相应品质的影响。本文最后通过水模实验对水下悬挂仪器系留系统的理论计算进行验证,结果表明本文所建立的研究方法路线正确、分析严谨、推导可靠、计算合理,为今后海洋水下平台具有一定姿态要求的仪器悬挂系统提供了设计方法和技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外发展现状
• 1.1.1 单点系留方式
• 1.1.2 多腿索系留方式
• 1.2 本文研究背景
• 1.3 本文研究目的
• 1.3.1 声基阵的环境条件
• 1.3.2 声基阵的系留系统应满足下列要求
• 1.4 本文研究内容
• 2 水下系留系统静力分析与姿态计算
• 2.1 系统各部件水下阻力计算
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 假定条件
• 2.1.3 理论计算的数学依据
• 2.1.4 系留系统各部件阻力计算结果
• 2.2 系统静力平衡与姿态计算
• 2.2.1 系统系留布置图
• 2.2.2 静力平衡方程
• 2.2.3 系留系统各结点的位移
• 2.2.4 各部件的几何参数
• 2.2.5 计算结果
• 2.2.6 小结
• 3 系统动力响应分析
• 3.1 线性波理论
• 3.1.1 线性波基本方程
• 3.1.2 有限水深波动势
• 3.1.3 有限水深波的有关公式
• 3.2 小尺度结构物上的波浪力
• 3.2.1 作用在固定小物体上的波浪力
• 3.2.2 作用在运动的小结构物上的波浪力
• 3.2.3 作用在小结构物上的波浪力矩
• 3.3 声基阵系留系统动力响应方程
• 3.3.1 声基阵系留系统
• 3.3.2 几何关系
• 3.3.3 系统动力响应方程
• 3.3.4 声基阵系留系统幅频及相频特性
• 3.4 计算结果及分析
• 3.4.1 计算状态
• 3.4.2 计算结果
• 3.4.3 计算结果分析
• 3.4.4 结论
• 4 声基阵系留系统模型水池试验
• 4.1 概述
• 4.2 模型试验
• 4.2.1 模型试验缩尺比
• 4.2.2 声基阵系留系统模型水池试验（模拟水深35米）
• 4.3 试验数据及表达方式
• 4.3.1 声基阵系留系统主要部件在海流作用下阻力试验
• 4.3.2 声基阵系留系统在海流作用下倾角与节点力试验
• 4.3.3 声基阵系留系统姿态、波浪力及节点力试验
• 4.4 小结
• 4.4.1 系留系统各部件阻力与系统姿态的理论值和试验值比较
• 4.4.2 系留系统姿态与节点力比较
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢