[发明专利]一种ADCP原位比测海床基构建方法

摘要

一种ADCP原位比测海床基构建方法，包括以下步骤：明确ADCP原位比测海床基结构设计目标；确定海床基结构设计约束条件；定义结构参数化设计变量；确定海床基整流罩形态；确定约束条件下的海床基仪器仓、回收仓结构；确定约束条件下的整流罩数值模型和盘坐体结构；确定约束条件下的海床基各结构件相对位置。本发明根据ADCP测量原理和流体动力学基本原理，以可同步比测多台ADCP、对原位流场影响小、空间最优化为结构设计目标，采用结构件参数优化设计理论，通过流程化和参数化的空间结构布局设计优化算法，构建了ADCP原位比测海床基结构模型，实现比测海床基结构设计有法可依，解决了ADCP无法原位比测的问题。

主权项

1.一种ADCP原位比测海床基构建方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：明确ADCP原位比测海床基结构设计目标，包括：可同步比测至少2台ADCP；比测海床基外形结构对ADCP波束范围内的流场影响最小；各ADCP仪器仓之间距离最小、海床基体积小；比测海床基结构具有通用性；步骤二：确定海床基结构设计约束条件，包括：比测海床基最大倾斜角度45°时ADCP可以正常测量；仪器仓的结构应使ADCP换能器不被整流罩遮挡，也不露出整流罩；仪器仓顶部高度应与整流罩高度保持一致；浮球仓容积应可容纳回收绳索和示位浮球，且其顶部边缘高度应与整流罩高度保持一致；步骤三：定义ADCP原位比测海床基结构参数化设计变量：盘座体(2)倾斜角度α，仪器仓(6)倾斜角度β，仪器仓(6)直径D，仪器仓(6)高度h，回收仓(3)直径R，回收仓(3)高度L，回收仓(3)最远端距海床基中心的距离mR，仪器仓(6)垂直状态时与盘坐体(2)之间距离Δl，支架(7)宽度S1，支架(7)高度S2，仪器仓(6)距回收仓(3)最近端距离S3，垂直挡板(10)高度P；步骤四：根据流体动力学基本原理建立海床基周边微观流场模型，通过不同形态整流罩模拟试验比对分析，确定整流罩外形为抛物形。步骤五：确定海床基回收仓和仪器仓支架结构。根据示位浮球浮力要求，由阿基米德原理可以确定示位浮球直径，回收仓直径应略大于浮球直径，回收仓高度取为L＝L1+L2，L1为回收绳仓高度，L2为浮球仓高度；当盘座体(2)水平倾斜角度为α，ADCP垂向倾斜角度为β时，根据约束条件建立方程：求解上述方程可得支架宽度应满足的条件为：S1≥2h sin(α‑β)+D，为了满足海床基内部空间最优化的要求，此处取S1＝2h sin(α‑β)+D；仪器仓支架(7)高度满足的约束条件为S2‑△l≥hcos(α‑β)，方程右边项hcos(α‑β)为发生倾斜时仪器仓的垂向高度；当上述方程为等式时达到最优，此时支架高度S2＝hcos(α‑β)+△l。步骤六：确定约束条件下的整流罩函数方程，抛物形整流罩基本方程为：z＝a(x²+y²)+b，a、b为系数，建立空间直角坐标系，x、y、z分别为直角坐标系的坐标分量，以海床基底面中心点为坐标原点；已知整流罩过两点，一点为回收仓上部边缘最低点A，坐标为(mR,0,L)；另一点为仪器仓支架与整流罩相交点B，坐标为(mR‑hsin(α‑β)‑D‑R,0,hcos(α‑β)+Δl)，hsin(α‑β)+D‑mR+R为支架距盘座体中心的距离，hcos(α‑β)+Δl为支架高度；将以上两点带入整流罩方程中，可得：根据上述二元一次方程组，求解参数a、b：将a和b代入整流罩方程中，得整流罩数值模型：将(0,0,H)代入整流罩方程中，得整流罩顶部高度：步骤七：确定约束条件下的海床基各结构件相对位置，当海床基倾斜角度为α时，仪器仓倾斜角度应不大于β，建立方程为：即S3≥h sin(α‑β)+D/2，为了满足海床基内部空间最优化的条件，仪器仓和回收仓之间距离及仪器仓和整流罩之间距离为S3＝h sin(α‑β)+D/2；回收仓可放置在海床基内部任一位置，以回收仓中心为圆心，R/2+h sin(α‑β)+D/2为半径画弧，以盘座体中心为圆心，以为半径画弧，两弧相交处为月牙形，月牙形内部即是满足约束条件的区域，即为仪器仓中心的位置，月牙内侧圆弧与回收仓为同心圆，方程为外侧圆弧与盘座体为同心圆，方程为：