[发明专利]双杆连接的潜体遭遇内孤立波试验测量系统和测量方法

说明书

本发明涉及一种双杆连接的潜体遭遇内孤立波试验测量系统和测量方法，其解决了现有装置的技术问题，其设有两个连接杆、万向联轴器、测力仪、陀螺仪、X固定滑轨、Y滑动滑轨、X滑轨滑块、Y滑轨滑块、潜体模型、拖曳水池、数据分析系统；本发明同时提供一种潜体遭遇内孤立波试验测量方法，本发明可用于对潜体遭遇内孤立波的测量领域。

技术领域

本发明涉及一种潜体测量系统和测量方法，具体地说涉及一种双杆连接的潜体遭遇内孤立波试验测量系统和测量方法。

背景技术

海洋中的真实流体，其密度、盐度和温度常常随深度而变化，即一般为分层流体。实际的分层流体是复杂多样的，通常可以分为：1)间断分层(也称强分层)流体，即每层为均匀常密度，层与层之间不相溶混；2)连续分层流体，即密度在深度变化范围内连续变化，即密度是深度的连续函数；3)由连续分层和均匀分层组合而成的分层流体，如有跃层的海洋、大气和湖泊等。内波是分层流体中存在着的扰动。海洋内波的波形多种多样，根据不同的分类标准，可以分为：短周期及短波长的高频内波、具有准潮周期的内潮波、与内潮密切相关的潮成内孤立波以及内惯性波等。其中长内波几乎是一种准简谐型波动，短内波通常不是简谐型波动，而总是成群地传播，特别是在小海域或近岸陆架陆坡区，经常可观测到内孤立波、内孤立子、内孤立子波包形式的内波传播。

研究发现，当潜体遇到波长为潜体长度1～2倍的海洋内波时，内波对潜体的影响较大并且容易出现危险；而众多类型的内波中，处于这类波长范围的海洋内波通常是内孤立波。内孤立波作为一种特殊的非线性内波，其波高往往较大，且广泛分布在全球海洋中，尤其我国南海为世界最大振幅内孤立波发生的海域。

大振幅的内孤立波传播过程中会引起海水强烈的幅聚幅散和突发性的强流，对于跨越密跃层的潜体产生剪切作用。停坐在跃层上的潜体，在跃层处随内孤立波做大幅度的上下波动时，可能会在潜体距海面的距离变小时暴露其位置；也可能被死死地压到潜体的极限深度以下，被巨大的海水压力破坏，造成失事。可见内孤立波对潜体的稳定性、操控性影响很大。因此研究大波高、长波长的内孤立波对水下潜体水动力性能的影响具有十分重要的价值。

目前，关于内孤立波与潜体的相互作用机理研究仍十分少见。对内孤立波与水下潜体相互作用问题的研究，目前仍以数值模拟为主，缺乏内孤立波与潜体相互作用的试验数据。且当前对于内孤立波与水下潜体的试验研究中，常采用绳牵引的形式来控制潜体模型，但由于牵引绳本身弹性以及固定方式的问题，常导致潜体模型发生不稳定运动，影响试验精度。

公开号为CN108254157A的中国发明专利申请公开了一种内波与潜体相互作用的实验系统，包括：潜体模型、运动模拟组件、运动记录组件及实验槽，潜体模型包括潜体外壳及第一配重块，第一配重块置于潜体外壳中，其利用球形铰式万向联轴器的连接，使得潜体可以相对于连接杆做三个方向的转动，并利用三向电子陀螺仪实时记录潜体的X、Y、Z方向转动的角速度，同时记录潜体X、Y、Z方向的加速度，利用三个压力力传感器记录内孤立波行进过程中潜体模型以及连接杆件上的X、Y、Z三个方向上的内孤立波波浪力，进而将记录结果通过导线传输至显示器，实时显示测力数据，并记录在数据文件当中。

上述实验系统主要存在以下问题：

(1)采用单杆连接潜体，当大振幅内孤立波与潜体相互作用时，潜体会遭受较大的力与力矩，并发生较大的位移。此时，单杆连接无法保证试验装置的安全与稳定，且试验数据的测量范围较小。

(2)采用单杆连接，不便于根据试验工况灵活变更潜体的初始状态，如在不同平面内倾斜一定角度，导致其可应用的工况类型有限。

(3)采用杆件连接潜体，虽可改善牵引绳方式带来的不稳定性，但杆件处于流场中，其自身对流场有较大的干扰，也会影响测量数据的准确性，该专利申请未提出改善此缺陷的措施。

发明内容