[发明专利]适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器及模拟方法

说明书

本发明公开一种适用于自然水体的扬矿系统自航式拖曳模拟器及模拟方法，模拟器搭载陀螺姿态控制系统与六自由度台架用于对模拟器整体姿态进行控制，使模拟器模拟出实验工况所要求的采矿船受波流联合作用而产生的横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇、垂荡六个自由度的运动状态，对模拟器的姿态干预既可是正向的亦可是负向的，以适用于自然水域不可控性，利用本功能进行减摇减摆或增摇增摆来贴近实验要求工况。可在开阔的自然水体中进行实验，通过远程无线控制，其自身具有自航能力，以及实时采集深海采矿扬矿子系统的动态特性和空间构型等参数。进而可开展更全面且准确的深海采矿系统测试与实验。

技术领域

本发明属于深海采矿系统实验装置技术领域，具体涉及一种适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器及模拟方法。

背景技术

深海采矿是在复杂海洋环境因素影响下将深海多金属结核连续、高效地采集并输送到海面采矿船上的工作。因开采环境多为4000～6000米水深的大洋底矿床，所以深海采矿系统拥有复杂长管线的扬矿子系统，加之作业过程包含布放、拖曳航行、避障航行、转向航行、连续复杂开采路径规划航行、回收等流程，目前深海采矿系统小缩尺比模型的测试与实验常选择在具有造浪、造风功能的大型动态测试水池中进行，如若需要增加造流功能，则只能在大型循环水槽中进行更小缩尺比模型的测试与实验。因此，由于缩尺比较小带来的失准，以及实验场所尺寸限制无法满足多方向的航行条件一直以来较为困扰。所以，能进行更符合实际作业条件的大缩尺比试验模型高雷诺数流体动力的试验装置成为了迫切的需求，因此，本发明提供适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器及模拟方法，该模拟器可在开阔的自然水体中进行实验，通过远程无线控制，其自身具有自航能力，可以实现模拟采矿船在各级海况情况下的6个自由度的运动情况，以及实时采集深海采矿扬矿子系统的动态特性和空间构型等参数。进而可开展更全面且准确的深海采矿系统测试与实验。

发明内容

为了更全面并准确的模拟深海采矿系统的测试与实验，本发明提供一种适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器及模拟方法，该模拟器可在开阔的自然水体中进行实验，通过远程无线控制，其自身具有自航能力，可以实现模拟采矿船在各级海况情况下的6个自由度的运动情况，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器，所述模拟器包括浮体单元、工作台面、推进系统、波高测定系统、水声定位系统、流速测定系统、无线电通讯系统、GPS定位系统、陀螺姿态控制系统、六自由度台架、中央控制柜、实验扬矿硬管模型和快拆式电池箱，所述浮体单元通过横梁结构与工作台面固定连接，所述中央控制柜和快拆式电池箱分设于工作台面上台面的前后端，所述推进系统设置在所述模拟器尾部，所述波高测定系统、水声定位系统和流速测定系统均布置在工作台面的下台面上，工作台面中部设有重心投影孔，工作台面上设有固定于重心投影孔两侧部的工作塔架，工作塔架上部悬吊固定有六自由度台架，六自由度台架下部悬吊固定有陀螺姿态控制系统，所述重心投影孔的圆心、陀螺姿态控制系统的重心和六自由度台架的重心均与所述模拟器整体重心的竖直投影相重合，陀螺姿态控制系统与六自由度台架的协同联动能够模拟出采矿船横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇、垂荡共六个自由度的运动状态，工作塔架顶部两侧固定有无线电通讯系统与GPS定位系统，无线电通讯系统顶端布置有超大广角视觉系统，实验扬矿硬管模型与重心投影孔相连接或穿过重心投影孔与陀螺姿态控制系统底部相连接。

进一步地，所述浮体单元由第一浮体材料和第二浮体材料组成，所述第一浮体材料和第二浮体材料分所述模拟器左右两侧布置，所述第一浮体材料和第二浮体材料均为中空腔体结构，内部填充物为砂砾或石子，第一浮体材料底部设置有第一填充阀门，第二浮体材料底部设置有第二填充阀门。

进一步地，所述横梁结构包括第一横梁、第二横梁和第三横梁，第一浮体材料和第二浮体材料依靠第一横梁、第二横梁和第三横梁固定连接，三根横梁顶部均与工作台面固定连接。