球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。     

基于MEMS加速度计空投浮标的波浪测量方法试验研究

针对基于MEMS加速度传感器的空投波浪浮标存在采样频率与测波精度低的问题,根据频域衰减积分算法,提出一种相应的波浪测量算法,为了验证该算法测波的准确性,开展了多功能水槽试验研究。该算法旨在将MEMS加速度传感器输出的加速度与姿态角转化为浮标运动的波形,首先将加速度与姿态角信号进行竖向处理获得竖直方向的加速度,再利用离散傅里叶变换将竖向加速度转化为频域内的加速度复数序列,然后引入控制函数减弱低频噪声,经过频域积分、离散傅里叶逆变换、时域积分获得竖直方向的位移,最后通过后处理得到最终的波形。多功能水槽试验采取10中不同波高和周期的工况,对比空投波浪测量浮标与波高仪的测量结果,试验结果表明,浮标的测量误差在10%以内,达到测波标准。     

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。     

冰区四季通用灯浮标的二阶波浪力计算

冰区四季通用灯浮标是一种为满足北方冬季冰冻港口一年四季的助航服务需求研制的新型灯浮标,二阶波浪力对其漂浮姿态和漂移运动有较大影响。文中研究了浮标受到的二阶波浪力的数值计算方法,计算了不同流速下罐形和锥形灯浮标的二阶波浪力。研究结果显示,罐形和锥形灯浮标受到的一阶波浪力相差不大,罐形的二阶波浪力明显小于锥形,具有一定的外形优势。     

多功能波浪浮标研制

多功能波浪浮标是一种可在海洋台站和近海进行波浪(含波向)、表层水温、表层海水盐度三项水文要素自动测量和信息处理的观测装置。该浮标的研制目的是解决水温和盐度传感器现场安装和连续长期使用所遇到的问题,把我国目前海浪观测技术提高到世界先进水平,并且替代至今赖以进口的同类仪器。目前,国际上较实用的波向浮标主要有两大类:表面波向测量浮标和水下波向测量浮标。前者有美国的956型(改进型为1156型)波浪跟踪浮标、荷兰的波浪骑士方向浮标,这两种浮标都是遥测型浮标,可获得实时测量信息,956型波浪跟踪浮标只能测量波浪要素。80年代,国…     

波浪能直接驱动机动浮标的推进机构设计

移动观测平台是海洋环境立体观测系统的重要组成部分。遥控水下机器人(ROV)、自治水下机器人(AUV)等移动平台由于需要支持船只和能源供给的限制,影响了它们长时间和大范围使用。本文利用波浪垂荡运动设计一种新型波浪能驱动的机动浮标,该系统由水上浮体和水下推进机构两部分组成,利用波浪垂荡运动,推动水下推进机构叶片的摆动,引起水下推进机构在水平方向向前的升力,使水下推进机构以及水上浮体实现无外在能源供给的自主运动。本文设计制造了波浪驱动机动浮标的实验样机,并进行了海试。实验表明,在中等海况条件下可以实现机动浮标的无动力前进。该设计为海洋环境调查、海洋生态监测和溢油跟踪等提供了一种有效的移动监测平台。     

ENDECO-956型方向波浪跟踪浮标系统及现场试验

ENDECO-956型波浪跟踪浮标系统,是美国环境设备公司设计生产的一种能够在恶劣的海况环境中测量波面起伏和波向的遥测浮标及实时处理波浪遥测数据的自动化装置.该装置通过浮标调频遥测系统,把实测资料发射到安装在陆上或船舶上的接收装置,再通过数据处理机得到波浪统计参量和方向能谱密度的数值.1982年11月我们在海上进行了首次试验,其后又进行了多次海上测波浪试验.试验结果表明该系统性能良好.现将该系统的结构、浮标的工作原理及现场试验结果分述如下:     

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。     

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。     

铰接式浮标性能研究

铰接式浮标作为一种新型助航标志越来越受到海监部门的欢迎。铰接式浮标具有良好的水动力性能，在风流中静倾角及在波浪中摇摆角都较小，而且定位准确。本文对铰接式浮标的结构及其水动力性能计算方法作了介绍，并在国家重点实验室──海洋工程实验室作了系列试验，得出一些有益的结果，为优化设计提供了依据。     

基于有限傅立叶级数法的浮标测波算法研究

针对精确测量波浪参数的问题,研究了波浪浮标测波算法.该算法对浮标采集的波浪运动速度谱进行带通滤波,进而对波浪速度谱和方向波谱进行处理和分析,最终通过有限傅立叶级数法计算波浪的有效波高、跨零周期和谱峰波向.通过模拟仿真和湖上对比测试,验证了算法的有效性和准确性,测量相对误差维持在2％～10％范围内.该算法可应用于装载GP...     

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。     

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...     

基于GNSS技术的波浪浮标测波方法研究

波浪是海洋中的重要运动现象,监测波浪的变化并研究其运动规律,对海洋学研究和海洋工程具有重要的意义。目前传统的GNSS (Global Navigation Satellite System)测波方法在实时高精度波浪测量方面存在很大劣势和限制。本文研究了一种基于GNSS技术的实时高精度波浪测量方法,能得到波高、周期等波浪要素信息,并以南海浮标试验实测数据为例进行了处理和分析,验证了该方法的可行性。该方法直接基于广播星历进行GNSS相位观测值历元差分确定浮标速度,无需额外的实时精密差分改正数,从而节省了精密差分改正服务成本与海上通讯成本。该方法适用于近海、远海场景,并且浮标可以使用低成本单频GNSS接收机,得到高精度波浪测量结果,具有较高的实际应用价值。     

多圆柱体浮标的横摇性能分析

横摇性能是评价浮标在海上运动稳定性的重要参数之一,它直接影响浮标在海中漂浮的姿态和对天线束宽的要求,这对于卫星通讯浮标尤为重要,因此大多数的浮标主体外形为横摇性能较好的球体,但是球体浮标不适合被无人机携带。本文设计了一种用于空投横摇性能较好的圆柱体浮标,通过研究圆柱体浮标尺寸形状与横摇性能的关系,分析不同尺寸下圆柱体浮标横摇性能随直径与高度的比值(径高比)的变化趋势。同时,分析了同种海况下球体浮标横摇性能随直径的变化趋势作为对比,发现圆柱体浮标的横摇放大因子随径高比增大而先增大后减小,从而确定多圆柱体浮标的设计方案,数值模拟该形状浮标在5级海况下的横摇性能,计算得到稳定状态下的最大横摇角度小于20°。另外进行了海上试验,浮标在有效波高为1 m的海浪中的最大横摇倾角约为16°,符合设计要求。     

SZF型波浪浮标系统

文中介绍了SZF型波浪浮标的系统组成、主要工作原理及系统的主要功能,给出了该型号浮标的测量指标及技术参数,介绍了该浮标的应用情况。     

基于三轴加速度的波浪测量技术研究

以浮标为载体,以TMS320C6416型DSP处理器、三轴加速度传感器、电子罗盘为硬件电路核心,利用加速度频域二次积分的波高计算方法以及三轴加速度倾角补偿电子罗盘的波向测量方式,进行海洋波浪要素测量技术研究,获取了某一海域不同时段的波浪特征值。     

SBF1—1型近海遥测波浪仪简介

应用浮标测量海洋波浪是近十几年来国外广泛采用的测波手段之一。SBF1—1型近海遥测波浪仪即是一种定点的具有弹性系留系统的遥测波浪浮标。它主要适用于沿海台站、港口码头及海上石油平台等处测量波浪的波高和周期。浮标通过天线连续发射波浪信号,岸站接收系统可连续或定时接收记录。     

SZF2-1A型多参数波浪试验浮标波浪要素海上比测试验与初步分析

通过海上比测试验,对新研制的SZF2-1A型多参数波浪试验浮标系统的工作稳定性、波浪传感器测量准确性进行全面客观评价。采用MARKⅡ波浪骑士的测量数据作为参比,结果表明,试验浮标与波浪骑士所测数据具有良好的一致性:两种仪器间最大波高相关系数为0.96,均方根误差为0.33 m,有效波高相关系数为0.99,均方根误差为0.13 m,相对误差为6.0%,平均波高相关系数为0.98,均方根误差为0.088 m,相对误差为6.2%;两种仪器所测有效波高、平均波高对应周期的一致性比较好,相关系数分别达到0.86和0.87;两种仪器所测波向相关系数为0.77。总体上得出结论:试验浮标运行状态稳定,波浪传感器测量准确可靠。     

基于漂流浮标的南大洋卫星高度计有效波高研究

随着技术的进步和数据处理方法的完善,经过修正的卫星高度计数据已获得普遍认可.但在南大洋缺少波浪现场数据,卫星高度计在极端恶劣气候条件下获得数据的准确度仍受到一定程度的质疑.中国于2020年第36次南极考察中,在南大洋布放了一套感应耦合漂流浮标,可提供可靠的南大洋现场波浪数据.本文利用该漂流浮标2020年1月27日至9月...