水下平台与潜器协同作业过程仿真研究

来源 :中国舰船研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhhs555
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以深海吊装系统动力学特性为研究对象,应用多领域建模语言Modelica,在MWorks平台内创建水下平台、缆索及被吊对象的运动模型,完成了三者的耦合及统一求解,以水下缆索的动态运动为研究重点,对深海起吊工况下水下平台与被吊对象的协同作业过程进行了仿真研究。首先划分深海吊装系统运动模型整体仿真框架,基于Modelica语言特性定义各运动模块建立及仿真流程,给出了模块间互联接口。对于水下平台与被吊对象,先基于水下航行器运动建模理论,划分仿真框架并着重提出一种通用的、面向对象的水下航行器运动建模方法。再给出基于该语言陈述式特性撰写仿真代码的具体流程,利用非因果特性实现求解,最后根据海试试验测得的水动力系数建立水下平台运动模型,仿真结果体现出建模方法正确性、快捷性。应用欧拉方法实现缆索稳态求解,仿真结果表明稳态建模具备较高精度。重点探究了水下缆索的动态运动,采用有限差分法与牛顿迭代法数值求解,针对控制方程中偏导项与非偏导项耦合问题,重新构建差分格式,在求解过程中增加了误差控制环,仿真结果与海试试验的对比验证了求解方法可满足工程需求。简要分析缆索收放过程变缆长问题,给出状态变量插值方法,对应用Modelica语言实现变缆长仿真的难点进行说明,基于该语言框图方式撰写仿真代码。对均衡系统及被吊对象吸附力进行建模,以深海吊装系统整体仿真为重点,分别取被吊对象为无动力重物及作业潜器,将已建立的作业平台、缆索及被吊对象的运动模型进行耦合,对三者协同作业中空间缆形及张力变化、水下平台与被吊潜器的速度及姿态角变化过程均作了详细的分析。本文的工作填补了水下缆接多体系统动力学特性研究领域的空白,可为深海吊装任务的顺利实施提供参考,亦可用于操作人员的培训流程中,具备一定的工程应用价值。
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