[发明专利]波浪滑翔器的水下拖体缓冲系缆初始配平方法

说明书

本发明提供一种波浪滑翔器的水下拖体缓冲系缆初始配平方法，在确定系缆分段数目、部分节点配置的重力或浮力等初始条件的情况下，将缓冲系缆进行分段组划分，对各个分段组或单独分段求解静力平衡方程，继而求解其他节点处需配置的重力或浮力，同时提供拖曳母体受垂向载荷的估计值和和各分段与水平面夹角的估计值。利用本发明的计算结果作为进一步水中配平试验的初值，可降低水中配平试验的盲目性，提高确定最终配平方案的效率，进一步地可提供多种初始条件下的配平方案估计以及对应的系缆形状估计、拖曳母体载荷估计，形成图谱，为方案选择提供基础。

技术领域

本发明涉及一种波浪滑翔器的水下拖体缓冲系缆初始配平方法，是一种拖曳母体为波浪滑翔器的水下拖体缓冲系缆初始配平方法，属于水下拖体领域。

背景技术

波浪滑翔器是一种新型无人海洋探测平台，利用“浮体-脐带-潜体”刚柔混合多体结构将海洋波浪能直接地转化为自身的前进动力，同时依靠上甲板搭载的太阳能电池板为各电气负载供电，可以在广阔的海洋上进行长期自主的航行，还可充当通信中继与其他类型的探测平台进行指令和数据交换，为海洋观测技术提供了新思路，有着十分广阔的发展前景。水下拖曳系统是一种日渐广泛应用于海洋工程、海洋研究等领域的水下探测系统,在海洋环境调查、海洋石油开发等方面具有重要意义。将波浪滑翔器与水下拖曳系统组合，将大幅提升波浪滑翔器的海洋环境监测能力。

在实际的海洋环境中,波浪滑翔器随海洋表面波浪起伏而不规则运动，通过系缆传递至水下拖体上,对水下拖体产生不稳定扰动或冲击,这些扰动常常会干扰水下拖体中的仪器正常工作。一种可行的改进方案是采用缓冲系缆，缓冲系缆为折弯式锯齿形状，将系缆分成多个分段，在各个节点处依次配置浮力块和重力块，分别提供浮力和重力，使得系缆保持锯齿形状，当拖曳母体发生不规则运动时，系缆各个分段类似多节弹簧一样伸缩，缓冲对于水下拖体的干扰，使得水下拖体的运动较为稳定，有利于水下拖体中的仪器正常工作。

然而，确定缓冲系缆各个节点处需配置的浮力或重力是较为困难的，常用的方式是有经验丰富的试验人员在水池中进行配平试验，反复调整得到较好的方案，这种方式具有一定的盲目性，效率较低。目前尚无文献探讨通过理论计算确定水下拖体缓冲系缆各节点处配置浮力或重力的方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种波浪滑翔器的水下拖体缓冲系缆初始配平方法，用于计算缓冲系缆在各个折弯节点需配置的重力或浮力，作为进一步水中配平试验的初值，降低水中配平试验的盲目性，提高确定最终配平方案的效率，进一步地可提供多种初始条件下的配平方案估计以及对应的系缆形状估计、拖曳母体载荷估计，形成图谱，为方案选择提供基础。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

(1)确定系缆分段数目N，确定从拖曳母体到水下拖体方向依次各个分段的长度L_ii＝1,2,...,N；

(2)依次取每两个分段组成一个分段组，即第1个分段与第2个分段组成第1个分段组，第3个分段和第4个分段组成第2个分段组，以此类推，如果N为偶数，则共有k_max＝N/2个分段组，如果N为奇数，则取前k_max＝(N-1)/2个分段组并剩余最后一段系缆；

(3)确定每一个分段组的连接处的重力块或浮力块提供的重力或浮力F_k，k＝1,2,...,k_max，其中如果N为奇数，再确定第N个分段的后端的重力块或浮力块提供的重力或浮力当分段组的连接处为重力块提供竖直向下的重力时，F_k取为正数，当分段组的连接处为浮力块提供竖直向上的浮力时，F_k取为负数；

(4)根据选定的稳态拖曳速度，确定拖体匀速航行时的水平方向阻力D和竖直方向分力H，其中：当竖直方向分力向下时，H取为正数，当竖直方向分力向下时，H取为负数；