冬季海洋观测浮标的设计与分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhao0922
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海洋中蕴藏着无尽的宝藏。近年来,人们不断探索海洋、开发海洋、利用海洋。海洋观测浮标作为海洋信息观测的一种工具,经常用来海上气象观测和环境监测。国内外对海洋观测浮标技术的研究已经趋于成熟。但现有的海洋观测浮标只能在非结冰海域使用,对于冬季结冰海域的信息观测尚处于空白阶段。辽东湾海域冬季有三个月的冰期,在此期间,一般的海洋观测浮标无法使用。因此根据辽东湾海域特有的海冰现象,设计了一种具有抗冰性能的观测浮标,主要包含以下内容:(1)根据现有的浮标类型和浮标外形,在AQWA中进行相同尺度(3.5m)不同外形(圆台型、圆柱型、球型)的RAOs曲线对比,结果显示,在此海域内,圆台型浮标的随波性能更加突出。对浮标的主尺度进行设计,并利用Solid Works软件进行浮标重心、质量、转动惯量等力学参数的计算。通过计算初稳性和回复力矩,验证了浮标在水中的稳性。计算了浮标在该海域中的附加质量系数和辐射阻尼系数,验证了浮标设计的合理性。(2)根据海冰的离散单元法,模拟了一定冰厚和冰速条件下的海冰荷载。介绍了浮标系泊的种类及特点,并依据冰厚0.05 m、冰速0.5 m/s的冰荷载,比较浮标在单点系泊和多点系泊下的横摇、纵摇和系泊张力,最终确定三点系泊更适合在有冰载荷的环境中使用。比较了“重物+浮球”的系泊方式与传统系泊方式下浮标的稳定性和锚链的张力情况。(3)依据三维势流理论和各荷载理论,将最大冰荷载导入AQWA,并加上风、流环境参数,从三个角度分别计算浮标在冰风流联合荷载和浪风流联合荷载下浮标的运动响应和系泊张力,对该荷载下的系泊进行安全系数计算,结果表明:60°方向的冰风流联合荷载使3号锚链张力突破400 k N,系泊安全系数最小,为4.18;浪风流联合荷载下浮标的横摇和纵摇均满足标准,且系泊张力远小于前者,张力主要集中在第3段锚链上。最后,对抗冰浮标的设计与未来研究工作进行总结和展望,总结了文中的不足之处和可取之处,并提出两点设想,为后续的研究提供参考。
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