深海半潜式平台动力定位推力系统设计研究

论文摘要

动力定位推力系统设计对工程师提出了有别于传统船舶推进系统的新要求,要求一系列适合于动力定位应用的分析手段和设计方法。本文以一艘深水半潜式平台为对象,通过对其动力定位推力系统进行设计,探讨了应用于动力定位推力系统的设计方法。首先讨论了设计中涉及的几个主要问题,包括型式的选择、水动力干扰特性、冗余度的考虑等。为获取准确的环境载荷资料以供推力系统设计和分析所用,对半潜式平台进行了动力定位外载荷计算以及试验验证,重点讨论了波浪漂移力的计算和试验测量,其中漂移力的求取根据近场积分方法建模计算,试验测量则采用了一套适合于半潜式平台的波浪漂移力测量装置。引入了两种用于评估和分析半潜式平台动力定位能力的方法,即动力定位能力曲线和动力定位动态模拟,建立了两种方法的计算模型,并结合算例进行了具体计算和结果分析。基于两种动力定位能力分析方法,以及考虑到失效模式、运行的经济性等方面,比较和确定了半潜式平台推力系统的初步设计方案,并对设计方案进行了分析和评价。本文的工作为实际工程设计提供了极具价值的参考,为动力定位能力的评估提供了重要的方法手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 半潜式平台及其定位方式
• 1.2.1 半潜式平台简介
• 1.2.2 半潜式平台的定位方式
• 1.3 动力定位系统及其推力系统
• 1.3.1 动力定位的定义和发展应用
• 1.3.2 动力定位系统的组成和工作原理
• 1.3.3 动力定位推力系统
• 1.4 本论文研究内容
• 1.4.1 研究目的和研究内容
• 1.4.2 本论文创新性
• 第2章 半潜平台动力定位推力系统设计中涉及的若干问题
• 2.1 动力定位推力系统设计的基本要求
• 2.2 推力系统型式选择的讨论
• 2.2.1 推力器的一般性能参数
• 2.2.2 导管螺旋桨与非导管螺旋桨
• 2.2.3 可调螺距桨和定距调速桨
• 2.2.4 柴油推进和电力推进
• 2.3 推力系统的水动力干扰
• 2.3.1 螺旋桨尾流
• 2.3.2 螺旋桨之间的相互干扰
• 2.3.3 螺旋桨与船体之间的相互干扰
• 2.4 推力系统设计中的冗余度考虑
• 2.4.1 动力定位系统的分级
• 2.4.2 推力系统设计的冗余度考虑
• 第3章 半潜式平台动力定位环境外载荷计算
• 3.1 风载荷计算
• 3.2 海流载荷计算
• 3.3 波浪漂移力的理论和计算
• 3.3.1 近场积分理论
• 3.3.2 波浪漂移力的建模计算
• 3.4 给定海况下的环境载荷
• 3.5 环境载荷的试验研究
• 3.5.1 波浪漂移力的测量原理
• 3.5.2 波浪漂移力测量的试验设计
• 3.5.3 波浪漂移力试验结果
• 3.5.4 风、流载荷的试验测量
• 第4章 半潜式平台动力定位能力的分析方法
• 4.1 动力定位能力曲线计算方法
• 4.1.1 定位能力曲线的计算要求
• 4.1.2 定位能力曲线计算流程
• 4.2 半潜式平台定位能力曲线计算实例
• 4.2.1 推力系统参数和环境描述
• 4.2.2 定位能力曲线图
• 4.3 半潜式平台动力定位的动态模拟方法
• 4.3.1 运动模拟流程
• 4.3.2 运动方程
• 4.3.3 控制系统模型
• 4.3.4 推力系统模型
• 4.4 半潜式平台的动力定位动态模拟实例
• 4.4.1 参数设定
• 4.4.2 模拟结果
• 第5章 半潜式平台动力定位推力系统的初步设计
• 5.1 推力系统设计海况
• 5.2 基于定位能力曲线的设计方案讨论
• 5.2.1 推力器的型式和布置方式
• 5.2.2 初步方案的拟定选择
• 5.2.3 失效模式下的考虑
• 5.3 基于动态模拟的设计方案讨论
• 5.3.1 动态模拟比较
• 5.3.2 确定最终设计方案
• 5.4 初步设计方案的分析和评价
• 第6章 总结及展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 在学期间科研成果、获奖及专利情况