基于GLScene的潜标姿态回放系统

论述了三维可视化场景建立过程中如何应用GLScene实现上浮下潜浮标模型的建立、调入和姿态回放过程.建立了上浮下潜浮标的模型,显示了上浮下潜浮标的运动轨迹和在各阶段的运动姿态,最后给出了上浮下潜浮标运动过程中的场景效果图.     

海洋潜标系统的静力分析和姿态计算

本文介绍了400m和4000m海洋潜标系统的静力分析和姿态计算方法，以供有关人员交流。     

深海潜标姿态的动力学仿真分析与验证及沉降原因探究

论文结合中国科学院海洋研究所2017年至2018年在西太平洋布放的一套6000m深自容式锚泊潜标系统,利用其温、深、盐及海流数据,参考卫星观测的海面资料,依据潜标结构组成,创新性地选用多体动力学软件ADAMS建立柔性缆体有限元模型,进行复原式姿态模拟,对此潜标异常沉降情况进行原因探究,提出减小因潜标大深度沉降导致影响的方法。本文所提出的柔性体模型,可依据海流参数变化改变有限元长度,自定义流阻状态,已被证明在较小海流和海流异常大两种分布模型的拟下,计算机有限元模型分析所得绝对沉降误差达缆绳总长0.18%和0.41%。通过计算机模型依据实际情况的模拟结果,最终印证异常沉降值的形成原因：（1）在系泊结构既定且安全布放的前提下,其沉降异常值的出现只能与其当日所处环境的海流分布状态相关。模型锚泊最大受力8621N,合理选择布放地点、潜标材料可降低系泊损坏风险;（2）若大洋中尺度涡形成和临近导致流速激增,其对整个系统的作用将决定锚系系统布放期间异常沉降深度,由于中尺度涡的形成与迁移具有可预报性,结合系泊深度和位置的及时调整可减小超深度沉降所导致的影响。     

潜标系统静态力学分析计算及其应用程序开发

通过对单点系留式的潜标系统静力学分析和姿态计算,研究开发了一个不同水深、海流等环境下的计算分析潜标系统姿态的程序,然后对潜标系统进行求解,获得更加合理的锚系结构,达到锚系在工作水深的最佳姿态,确保了潜标系统工作安全,从而获得更加准确的数据情况。     

潜标锚泊系统静姿态与涡激振动时频分析

潜标系统作为探测海流、温盐等海洋环境要素的常用装备,其水下姿态和受力状况直接影响其作业性能。在海流、波浪等环境因素的影响下,潜标锚泊系统的涡激振动（VortexInduced Vibration,VIV）不可避免,进而干扰挂载的探测设备。本文基于OrcaFlex软件,首先对文献中的潜标锚泊系统进行了静力分析,并与文献中的结果进行了对比分析,两者吻合良好。然后对5种VIV时域模型逐一与试验结果进行了验证比选,发现精度最高的时域模型为米兰原创模型。最后采用该时域模型对潜标锚泊系统的VIV振动特征进行了研究,得到了不同流速条件下潜标锚泊系统振动幅值、振动频率沿系缆高度的变化规律。研究结果表明：潜标锚泊系统的振动频率随流速增大而增大,最大振动幅值为系缆直径的1.8倍（仅适用于此潜标）,且潜标锚泊系统的振动频率和振动幅值均在浮球和水听器等设备挂载处发生突变,说明在潜标系统设计过程中需要注意对设备布置位置的优化。     

海洋潜标系统的设计和应用

介绍了在海洋潜标系统设计和应用中，在仪器配置、受力和姿态分析以及系统连接等方面应注意的主要问题，以供有关人员参考交流。     

深海剖面测流潜标系统设计及姿态分析

结合深海海流剖面测量实际应用,介绍了潜标系统的设计中须注意的几个问题。针对绳索和不同形状的潜标系统测量单元,给出了静力计算和姿态分析的步骤与方法。根据测量要求,在假定的海流剖面环境下,计算了各潜标单元在海水中的位置、倾斜以及潜标系统的浮力配置和锚块配重。该方法对于潜标设计具有实际参考意义。     

一种新型海洋环境监测系统的静力分析和姿态计算

介绍了将浮标与潜标相结合的一种新型海洋环境监测系统的静力分析和姿态计算方法,结合MAT-LAB编程给出了在0～2 m/s流速范围内主浮标、主潜标和缆绳的受力、倾角情况,为确保系统能在水下长期可靠地工作提供了理论依据.     

基于动态布放的潜标锚系浮力配置优化研究

通过使用MATLAB仿真计算方法,研究了潜标锚系浮力配置方案对于动态布放过程力学性能的影响。文中列举了4种锚系浮力配置方案,运用集中质量法建立了4种锚系的弹簧-质量节点模型,通过编写MATLAB仿真程序,模拟了4种锚系的布放运动过程。通过对布放运动过程中的锚系姿态轨迹、垂向运动、水平运动、海床基着底过程和缆段张力变化等指标进行对比,得出4种锚系各自布放力学性能指标上的优劣。仿真结果表明:将多个浮球集成为单个大浮力节点的方案缩短了锚系整体长度,有利于锚系在水中维持垂直度,但降低了锚系抗漂移能力;将浮力节点分散布置在各非浮力结构节点上方,可以降低连接缆段上的张力极值,但会使张力变化幅值增大。基于仿真结果,建议潜标锚系浮力配置优化的设计思路为:集中小浮球为紧凑浮力节点,适当加长上部浮力节点与下部非浮力节点之间的距离,浮力节点分散布置和适量减少上部的浮力节点数量。     

潜标上浮过程中垂直运动数学建模与验证

以2014年南海北部陆坡M站春、秋两季底流观测潜标回收为例,建立数学模型分析潜标上浮过程中垂直运动特征。首先做出忽略水平海流影响、刚性连接以及主要部件外形简化等假设。通过刚性连接部分上浮数值试验,得到释放后各部件能够保持相对位置不变、整体上浮的结论。视整个系统为刚体建立了垂直运动模型。分别模拟两次潜标回收,模型与高精度超短基线观测结果的对比表明:整个上浮过程可分为加速上浮阶段和稳定上浮阶段;模型速度曲线与观测速度拟合线比较接近,给出的平均模型速度与平均观测速度均相差0.2m/s;模型能够反映出在稳定上浮阶段,稳定上浮速度随时间缓慢降低的变化特征;各部件上浮的垂直速度是振荡变化的。模型可为相关水下仪器回收工作提供定量化依据。     

一种潜标的水下姿态变化规律分析

采集了布放和工作过程中锚系结构潜标的姿态变化信息,分析了潜标布放和工作过程姿态变化的规律。水下潜标存在一个周期40 s左右的沿竖直轴线的旋转振荡,同时还存在倾斜和俯仰变化。经分析,造成潜标旋转振荡的原因是柔性缆的扭力与潜标转动时尾翼的阻力相互作用,使潜标沿回转轴振荡。造成潜标倾斜的原因是标志浮标受风浪影响对潜标产生拉力。提出了在缆绳上加装自由转环以消除缆绳扭力、改变标志浮标系留位置等改进措施。重点列出了不同阶段的姿态变化曲线,通过曲线显示的信息可以回溯当时的工作环境和过程。     

载人潜水器圆柱形耐压壳体的优化设计研究

采用分枝定界法和序列二次规划方法,对载人潜水器圆柱形耐压壳体的重量最小化进行了研究.设计变量是壳板的厚度、肋骨的型号、间距和数量,讨论了下潜深度、材料几何参数对重量以及其它特征量的影响.算例计算表明,下潜深度越大,屈服极限越高的材料重量减轻越明显.对于大深度而言,选用高屈服极限材料,可以使得材料能够充分利用.文中还对结构重量占排水量比例随深度变化的情况进行了研究.     

Research on Water-Exit and Take-off Process for Morphing Unmanned Submersible Aerial Vehicle

This paper presents a theoretic implementation method of Morphing Unmanned Submersible Aerial Vehicle (MUSAV), which can both submerge in the water and fly in the air. Two different shapes are put forward so that the vehicle can suit both submergence and flight, considering the tremendous differences between hydrodynamic configuration and aerodynamic configuration of a vehicle. The transition of the two shapes can be achieved by using morphing technology. The water-to-air process, including water-exit, morphing, take-off and steady flight, is analyzed. The hydrodynamic and aerodynamic model of the vehicle exiting the water surface obliquely and then taking off into the air has been founded. The control strategy after morphing is analyzed and the control method is given. Numerical method is used to validate the motion model of the water-exit process. Results of simulations show the validity of the proposed model and the feasibility of MUSAV in theory.     

Dynamic Response Analysis of the Equivalent Water Depth Truncated Point of the Catenary Mooring Line

The real-time computer-controlled actuators are used to connect the truncated parts of moorings and risers in the active hybrid model testing system. This must be able to work in model-scale real time, based on feedback input from the floater motions. Thus, mooring line dynamics and damping effects are artificially simulated in real time, based on a computer-based model of the problem. In consideration of the nonlinear characteristics of the sea platform catenary mooring line, the equations of the mooring line motion are formulated by using the lumped-mass method and the dynamic response of several points on the mooring line is investigated by the time and frequency domain analysis method. The dynamic response of the representative point on the mooring line is analyzed under the condition of two different corresponding upper endpoint movements namely sine wave excitation and random wave excitation. The corresponding laws of the dynamic response between the equivalent water depth truncated points at different locations and the upper endpoint are obtained, which can provide technical support for further study of the active hybrid model test.     

水下滑翔器的运动建模与分析

介绍了水下滑翔器的工作机理，对其沉浮阶段的滑翔过程进行了动力学分析，推导了滑翔器在垂直剖面上的动力学方程。论文深入分析了水下滑翔器稳态时的运动规律，以水下滑翔器试验模型为例，推导了其稳态运动参数，通过线性化与适当的简化，得到模型在垂直剖面上的运动状态方程，讨论了系统的可控性与可观测性，为水下滑翔器系统的开发设计和控制提供了理论依据，具有重要的指导意义。     

海流作用下潜标-系留系统耦合动力响应试验研究

针对海流作用下,某潜标系统动力响应过大导致所载测试装置无法进行正常工作的问题,在分析该潜标系统所载装置前期海试数据基础上,采用现场测试和深水水池试验等方法,对现有潜标-系留系统耦合动力特性及系统的减振优化进行研究,得到了海流作用下,潜标系统耦合动力特性,提出了减振优化措施。