定位浮标在波浪中的动态响应

定位浮标是为满足水下蛙人部队定位要求而设计的。定位浮标的升沉和横摇运动对海水中换能器阵的水声定位精度影响较大，而使定位浮标产生这两种振荡的主要激励源是波浪。在不考虑流和风对浮标作用的前提下，以规则波作为激励源，研究了定位浮标在波浪激励下的两种运动模型，然后用计算机对横摇和升沉运动模型进行了仿真，最后从运动模型出发提出了减少浮标振幅的有效办法，这对定位浮标结构设计有重要意义。     

不规则波下船舶运动响应特征数值分析

针对不规则波浪作用下Wigley型船的运动响应问题进行了系统的研究,采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律,并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析。结果表明,船舶横摇方向与升沉和纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异。在升沉与纵摇方向,波浪谱峰频率远离自振频率,前十分之一大振幅运动对应周期离散性较小,基本稳定在波浪谱峰周期附近,但小振幅运动周期分布离散性较大,频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值。而在横摇方向,波浪谱峰频率与自振频率相耦合,不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近,且周期离散性较小,频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近。     

新型激光雷达浮标运动响应特性数值研究

以新型激光雷达浮标系统为研究对象,基于ANSYS/AQWA开展了激光雷达浮标系统运动响应特性数值研究,研究了浮标吃水深度、形状参数对于激光雷达浮标运动响应的影响规律,分析了附加质量、辐射阻尼、运动响应RAO及一阶、二阶波浪力等水动力参数。采用时域分析方法对不同风浪流荷载入射角度下的激光雷达浮标锚泊系统张力特性进行了计算分析。研究结果表明:随着浮标吃水深度的增加,浮标纵荡方向响应无明显变化,垂荡响应显著增大;随着浮标底部圆台直径的增大,浮标纵荡方向响应变化较小,而圆柱形浮标垂荡运动响应显著大于圆台形浮标;当浮标系泊锚链发生松弛—张紧状态变化时易出现极端张力,且极端张力出现的幅值和频率随有效波高的增大和谱峰周期的减小而增大。     

投弃式波流测量传感器浮标体结构分析及伪刚体建模研究

根据投弃式波流测量传感器的功能及应用特点,提出了其浮标体的结构设计要求,并依此给出了所设计浮标体的主体结构。文中描述了所设计的投弃式波流测量传感器浮标体各部分的结构功能,论证了该浮标体在投弃式波流测量方面的结构优势。共研究了所设计的3种不同投弃式波流测量传感器浮标体结构,包括两种采用柔性浮力叶片的浮标体和一种采用刚性浮力叶片的浮标体。根据柔顺机构学理论分别建立了其中两种柔性浮标体的伪刚体模型。对比了刚性浮标体和两种柔性浮标体的伪刚体模型在波浪海流作用下的姿态特点,分析了各浮标体在波高测量时的误差原因,得出了其中C型柔性浮标体具有更好的随波浪和海流运动响应的结论。为更深入地进行投弃式波浪测量传感器浮标体运动学和动力学的相关研究提供了模型基础。     

应用于海洋物性监测仪的小型浮标水动力分析

为验证研制的国产气象水文传感器的性能,设计了直径3 m的圆盘式小型浮标,拟搭载所有传感器在2000 m以深海域开展应用试验。统计了试验海域的有义波高、波浪周期、最大风速和表层流速等环境参数,计算了浮标的质量、重心、吃水、受力投影面积和惯性矩等设计参数。以三维势流理论和波浪辐射-绕射理论为基础,使用AQWA软件在频域内对浮标进行水动力计算,仿真了浮标工作时所受的一阶波浪力、附加质量、附加阻尼和运动幅值响应因子,通过仿真结果对浮标设计方案进行优化,优化后的浮标计算结果随波浪频率变化平缓,幅值合理且无激增点,表明该浮标与工作海域内的波浪没有发生明显谐振,对环境载荷有足够的承受能力,方案可用于浮标研制。     

大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。     

海洋观测浮标体水中平衡性分析

海洋观测浮标系统应用广泛,浮标体的平衡性能是影响海洋观测浮标使用的重要因素之一(着重观测波浪等水文参数除外)。以一种主体直径为2.3 m的浮标体为例,运用动力学平衡理论,通过数学分析法进行推演计算,分析后得到了此浮标体的重心和浮心的位置。其中,重心位于主浮体的中轴线偏下位置;按照浮标体倾斜一定角度的情况下,推算出浮标体浮心位置,并由此得出其稳心的位置。依据计算,得出浮标体倾斜20°的情况下,此浮标体依然处于稳态平衡,理论结果表明此浮标体设计具有一定的可行性。通过海上实际测试,验证了理论计算分析的正确性。文中对浮标体平衡性的研究采用了理论分析与实验印证相结合的方法,其分析计算方法具有普适性,适用于其他型号的海洋观测浮标体,乃至所有水面浮体的平衡性分析,可为水面浮体设计提供借鉴。     

三锚系大型浮标运动响应特性数值研究

以三锚系浮标系统为研究对象,基于AQWA与OrcaFlex软件开展了三锚系大型浮标系统运动响应特性数值模拟研究。对直径10 m的浮标结构在波浪荷载下的水动力特性进行研究,校核了浮标的初稳性和大倾角稳性特征,计算分析了浮标的附加质量、辐射阻尼、运动响应幅值算子RAO等水动力参数,阐明了不同风、浪、流工况下三锚系浮标与辅助浮筒的运动响应特性,揭示了浮标三锚链导缆孔处锚泊张力随入射角度、波高和周期等的变化规律。研究结果表明：该浮标稳性和随波性能较好。与无浮筒三锚系浮标相比,带辅助浮筒的三锚系浮标系统的运动响应和锚泊张力减小,随着波高和周期增大,三锚系浮标系泊锚链的极端张力值逐渐增大,尤其是在极端海况下,迎浪向锚链极端张力急剧增大。     

实验室校准重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值的原理和方法

重力加速度式波浪浮标是目前对波浪进行长期定点观测的主要设备之一。文中论述了对重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值进行实验室校准的原理和方法,并举例说明校准程序及结果。带动波浪浮标旋转以模拟波浪的正弦运动的实验室校准装置,原理明确、结构简单、波浪特征值易复现和调整,模拟方式接近海浪理论要求,经实践应用证明其具有良好的计量性能。     

关于YZ-Ⅲ型遥测波浪仪浮标的设计

本文论述了YZ-III型遥测波浪仪测波浮标的总体及结构设计。该测波浮标在结构上具有即可定点系留使用,也可以随船使用的特点。垂摆式的自平衡系统,具有独特的结构形式和良好的随动性能。本文还论述了浮标的随波性能及浮标的系留方式。浮标升沉达到随波状态时的周期不大于1.03s。在强流区定点系留浮标时,作者建议采用一种有助于克服强流影响的系留方式。     

关于YZ-Ⅲ型遥测波浪仪浮标的设计

本文论述了YZ-III型遥测波浪仪测波浮标的总体及结构设计。该测波浮标在结构上具有即可定点系留使用,也可以随船使用的特点。垂摆式的自平衡系统,具有独特的结构形式和良好的随动性能。本文还论述了浮标的随波性能及浮标的系留方式。浮标升沉达到随波状态时的周期不大于1.03s。在强流区定点系留浮标时,作者建议采用一种有助于克服强流影响的系留方式。     

规则波作用下四锚浮标系统动力分析

随着水深的增加,海洋浮标系泊缆索的长度也增加,对其浮标系泊系统进行动力分析是非常重要的.基于势流理论,应用边界元方法在频域内计算浮标的附加质量和阻尼、一阶波浪力和二阶平均漂移力,通过快速傅里叶变换将计算结果转换到时域,应用莫里森公式计算浮标及其skirt的粘性阻尼力,应用非线性有限元方法计算系泊缆索张力,最后在时域内应用四阶Runge- Kutta法计算浮标的运动响应和系泊缆索张力.比较分析了两种水深条件下,不同skirt直径和缆索长度情况下浮标的水动力特性、运动响应和系泊缆索张力.计算结果表明,浮标skirt的存在对纵荡方向的附加质量和辐射阻尼基本没有影响,而垂荡方向的附加质量增加,辐射阻尼减小,且能够减小二阶平均波浪力的峰值.     

漂流式波浪浮标及其在西北太平洋的观测应用

波浪观测是海洋观测的主要内容之一,对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。本文设计了一种新型漂流式波浪浮标,采用高精度惯性导航模块作为测量元件,同时高频获取三轴加速度、角加速度、欧拉角、地磁数据,通过内置ARM处理器对测量数据进行波浪参数的采集和解算。浮标具有整体体积小、成本低的特点,既可以漂流观测,也可以定点锚系观测,能够实现对海浪的长期、大范围、高精度观测应用。本文通过该漂流式波浪浮标在2019年西北太平洋航次的观测应用,对西北太平洋黑潮延伸体海区和日本海区域海浪的有效波高、周期等波浪要素的时空变化特征进行了详细分析,取得了良好的测量结果。     

微型波浪浮标监测系统

针对现有波浪浮标监测系统体积大、重量大,布放和维护费用高等不足,提出一种微型实时波浪浮标监测系统.该系统主要由直径0.25 m的微型浮标体、波浪传感器、供电系统、通讯系统及锚泊系统组成,具有波高、波向等多参数实时测量、传输功能,并且体积小、重量轻,便于快速运输、布放与回收,还可用于抛弃式测量及特殊隐蔽性测量中.文中对其...     

海洋绞车主动升沉补偿控制系统建模与仿真分析

针对海洋绞车主动升沉补偿系统的控制要求,通过对主动升沉补偿系统的控制机理进行分析,于Simulink软件中搭建海洋绞车主动升沉补偿控制系统的仿真模型。根据负载所处不同海况,设置相应仿真参数,得出负载在不同海况下主动升沉补偿控制系统的补偿特性,绘制了负载在升沉补偿作用下的位移响应曲线及补偿时电机转速响应曲线,并与无升沉补偿作用下的仿真结果进行对比。仿真结果表明,该主动升沉补偿控制系统具备理想的补偿精度。将主动升沉补偿控制系统应用于海洋绞车进行模拟试验,得到了电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统在四级模拟海况下的试验数据。试验结果表明该主动升沉补偿控制系统满足补偿能力设计要求。研究可为海洋绞车主动升沉补偿控制系统补偿性能的改进与完善提供参考。     

随机波浪下Truss Spar平台垂荡运动时域分析

研究Truss Spar平台在随机波浪下的垂荡运动特性。采用ITTC双参数谱,考虑绕射作用,数值计算了平台所受的随机波浪力。利用已有的水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,估计了Truss Spar平台垂荡方向的附加质量和粘滞阻尼大小。考虑非线性阻尼和瞬时波面的影响,运用Runge-Kutta数值迭代算法,比较了不同随机波浪参数对平台运动响应的影响,特别是波浪特征周期接近垂荡固有周期时。结果表明,当波浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台产生大幅垂荡运动,频域的运动分析结果比时域结果偏小。     

机载海洋波谱仪回波数据处理方法研究

海洋波谱仪机载飞行试验通过对星载天线进行宽波束等效,能够测量海面后向散射系数,进而反演波浪谱及波浪参数。利用该系统在黄海中部进行飞行试验,对小入射角下波浪测量数据进行处理和分析,采用后向投影积分校正载机运动和天线旋转引起的越距离单元徙动,采用交叉谱方法降低斑点噪声,实现小海况下波浪谱反演,结果表明海洋波谱仪测量得到的波浪谱、有效波高、主波长、主波向等波浪参数与浮标、卫星同步测量吻合较好。     

空投波浪测量浮标降落仿真与结构强度分析

为了更快、更安全地获得海浪参数,本文设计了一种无需降落伞的新型空投波浪测量浮标(Air-launched Wave Measurement Buoy,AWMB),阐述了其工作原理与关键设计。与普通空投浮标不同,该浮标依靠减速板达到安全降落的要求,结合有限元方法,通过计算减速板展开过程中所受到的不同阻力,获得减速板13种展开角度的阻力系数,并对数据进行3次曲线拟合,同时将展开机构视为曲柄滑块机构,从而计算出减速板展开速度,模拟浮标降落的运动状态。针对浮标降落中受到的空气阻力,校核主要受力结构的强度,对应用海洋固体材料的减速板结构进行改进,为该新型空投波浪测量浮标的降落安全性提供了理论依据。     

改进波浪发电浮标性能的试验研究

为了改进波浪发电浮标为性能，以及推广使用，使之能适用于波浪周期短波高小的海区，对上海航标厂的波浪发电浮标为浮体进行了试验研究。试验测量了气室压力、内波高、浮体升沉等物理量。通过输出功率的比较，提出了浮体设计方案的建议。     

Spar平台垂荡-纵摇耦合运动失稳机理

研究参数激励和强迫激励共同作用下Spar平台垂荡-纵摇耦合运动的失稳机理.考虑静稳性和排水体积的变化,推导平台的垂荡回复力和纵摇回复力矩表达式,建立规则波浪中平台垂荡-纵摇耦合的运动方程.以经典Spar平台为例,分析平台垂荡-纵摇耦合运动发生马休类型不稳定运动的条件以及平台运动失稳的形式,给出波高和波浪周期平面上平台因大幅运动失稳的参数域.结果表明,当波高相对较小时,波浪的临界周期接近于垂荡固有周期,平台失稳的形式为马休失稳;当波高相对较大时,波浪的临界周期远离垂荡固有周期,平台由于大幅摇摆运动而失稳.