[发明专利]一种系绳式洋流发电机运动建模方法

说明书

本发明提出了一种系绳式洋流发电机运动建模方法。将发电机视为刚体，进行六自由度建模。将发电机的系绳视为柔性体，将系绳离散为一组相互连接的绳段，将绳段建模为无质量弹簧，每两个绳段连接点处设置有质量圆球，这样得到一组圆球；对圆球进行质点运动建模，通过这组圆球的运动来描述系绳的运动。基于本方法建立的模型可分析系绳的内力、局部系绳拉力对发电机的稳定性影响以及系绳在水流阻力作用下的弯曲状态。

技术领域

本发明涉及一种系绳式洋流发电机运动建模方法，属于动力学建模技术领域。

背景技术

系绳式洋流发电机是一种将发电涡轮挂在机翼下方，机翼通过系留绳系在一个固定锚点上，利用洋流在机翼上产生的前进方向升力分量往复运动的发电机。这种发电机的发电涡轮进口水流速度可达洋流速度的数倍，而传统的固定式洋流发电机的发电涡轮进口水流速度仅能达到洋流速度。由于发电能力与发电涡轮进口水流速度的三次方成正比，系绳式洋流发电机的发电能力与固定式洋流发电机相比发电能力极大提高，且在低速洋流下的起动能力较强。与传统的潜航器不同，系绳式洋流发机台除受到重力、水的浮力和受水流冲击产生的水动力外，还受到柔性系绳的拉力。系绳拉力一方面提供了约束使发电机在以系绳长度为半径的半球上运动，另一方面提供了稳定力矩使发电机的俯仰和偏航通道保持稳定。

对于系绳风筝类的发电机的建模，为了分析方便通常将系绳视为刚形体，无法对系绳本身的柔性特性进行描述，当系绳较长时这种建模方法会导致发电机的位置和姿态出现较大误差。因此，柔性系绳的准确建模对于准确描述发电机的运动状态至关重要。

发明内容

本发明的技术解决问题：设计一种系绳式洋流发电机运动建模方法。将发电机视为刚体，进行六自由度建模。将发电机的系绳视为柔性体，对圆球进行质点运动建模，通过这组圆球的运动来描述系绳的运动。

本发明的技术方案如下：

提供一种系绳式洋流发电机运动建模方法，包括：

对发电机视进行六自由度建模；

将发电机的系绳视为柔性体进行建模，将系绳离散为N个相互连接的绳段，将绳段建模为无质量弹簧；每两个绳段连接点处设置有质量的圆球；对圆球进行质点运动建模；发电机的系绳点处和系绳的锚点处不设置圆球；

发电机模型在系绳点处受到的拉力与第一个圆球受到的拉力大小相等，方向相反。

优选的，圆球设置于两个绳段的连接点处，承受两个绳段产生的拉力；弹簧只承受拉力，将绳段承受的重力和水流阻力分配于圆球上。

优选的，绳总重为M，则第一个圆球和最后一个圆球的质量为其余圆球的质量为

优选的，第一个圆球上分配第一绳段所受阻力和第二绳段所受阻力的1/2；最后一个圆球上分配最后一个绳段所受阻力和倒数第二个绳段所受阻力的1/2其余圆球上各分配与之相邻的两个绳段的所受阻力的1/2。

优选的，首绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由发电机系绳点和第一个圆球的相对位置和相对运动速度得到；末绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由锚点和最后一个圆球的相对位置和相对运动速度得到；中间绳段对应的弹簧的伸长量和伸长速率由弹簧端点处两个圆球的相对位置和相对运动速度得到。