[发明专利]一种基于阵形计算的多湿端共拖安全性分析方法

说明书

本发明涉及一种基于阵形计算的多湿端共拖安全性分析方法，包括S1、拖曳湿端的水动力分析：以各拖曳湿端的动力学参数为输入，考虑水面船运动的航速、回转半径和升沉，以及海浪、海流环境参数的影响，建立缆索系统动力学模型；S2、拖曳湿端水下阵形数值计算：确定初步总体布局方案，利用上述动力学模型，输入有关参数，采取数值计算方法，开展各拖曳湿端水下空间阵形计算；S3、多湿端共拖安全性分析判断：筛选各拖曳湿端在不同工况下的空间相交情况，比较相交点处的湿端深度变化趋势，评估多拖曳湿端共拖的碰撞及缠绕风险，确定总体布局方案的可行性。本发明可用于解决水面船多拖曳湿端共拖安全性问题，支持不同水面平台的水下拖曳湿端集成设计。

技术领域

本发明属于总体集成设计技术领域，具体涉及一种多个拖曳湿端共拖安全性的分析方法，可用于指导水面船拖曳湿端总体布局设计。

背景技术

水面船由于总体或设备集成需要，多条拖线阵需同时在船尾共拖使用。拖线阵拖曳于水面船尾部一定距离上，通过调节放缆长度和拖曳航速调整其工作深度。由于采用柔性的拖缆拖曳，拖线阵及其拖缆在水动力和拖曳力等共同作用下，其在水下呈现的形状和姿态会随水面船航速和舵角等参数的变化而改变。

各拖线阵及其各自的拖缆由于水动力参数不同，其随水面船平台特性变化的规律也存在差异，如何确保在特定总体布局方案下，各拖曳湿端(含拖线阵及其拖缆)在水面船不同工况下不出现碰撞或缠绕等安全性问题，对于评估拖曳湿端总体布局的可行性和合理性意义重大。本专利针对上述问题，提出通过基于阵形计算的多拖曳湿端共拖安全性分析方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在多拖曳湿端在共同拖曳状态，缺乏有效安全性分析方法的问题，提供一种基于阵形计算的多湿端共拖安全性分析方法，该方法可用于解决水面船多拖曳湿端共拖安全性问题，支持不同水面平台的水下拖曳湿端集成设计。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

S1、拖曳湿端的水动力分析

拖曳湿端受水面船拖带而运动，其水下空间阵形除与其自身水动力特性(含长度、直径、密度、切向力系数、法向力系数、弹性模量等)相关外，还受到水面船运动的航速、回转半径和升沉，以及海浪、海流等环境参数的影响。本步骤中，以各拖曳湿端的动力学参数为输入，考虑水面船运动的航速、回转半径和升沉，以及海浪、海流环境参数的影响，建立缆索系统动力学模型。具体包括以下步骤：

S1.1、建立拖曳湿端系统，拖缆前端点与水面船上拖点A相连；拖曳湿端系统中有3个坐标系：空间固定坐标系O-xyz，水面船坐标系O₁-x₁y₁z₁，拖曳湿端局部坐标系(t，n，b)，其中空间固定坐标系O-xyz的xy平面取为静水面，各坐标系均为右手螺旋；对于空间固定坐标系(x，y，z)的正交单位矢量(i，j，k)，两者可通过欧拉角(α，β，γ)进行联系，即(t，n，b)＝(i，j，k)A，若保持b平行于i、j所组成的平面，而与k相垂直，则有坐标变换矩阵

S1.2、根据缆索系统动力学理论，在拖曳湿端局部坐标系(t，n，b)中，存在如下矩阵方程：

其中，y(s,t)＝[T,V_t,V_n,V_b,α,γ]^T,

式中各物理量的含义如下：

s：从拖点A开始测量起的弧长；

t：时间；

T：缆上张力；