近年来,气候变化异常、极端自然灾害频发,台风、强冷空气频繁袭击海上航行的船舶,导致海上突发的安全事故时有发生,海上人命救助面临严峻考验。海上的救援首先要通过撇缆将救助船舶与遇难船舶相连接,但人工撇缆的危险和撇缆的距离制约了救助进程,需要使用撇缆器撇缆。撇缆器的撇缆球在抛出后会牵引着引缆绳随之一起运动,因此构成一时变质量系统。时变质量系统的运动是指在经典力学的研究领域中,运动系统的质量随着时间的变化而发生有规律或随机的变化。依据时变质量系统的空间运动轨迹,为设计一款可便携的安全的撇缆器提供可能成为本项研究的重点。撇缆球和引缆绳构成了撇缆器弹体时变质量系统,撇缆球运动中质量不发生变化,而引缆绳的质量会随着时间发生变化。本研究首先以撇缆器弹体系统的空间运动轨迹为依托,通过综合运用动量定理、米歇尔斯基方程以及牛顿第二定律,建立了由撇缆球和引缆绳构成时变质量系统的动力学模型。运用四阶-五阶龙格-库塔法对所建立的动力学模型基于给定的初始条件的弹体系统进行数值解析,并通过Matlab进行模拟仿真,得到撇缆球与引缆绳的空间运动轨迹。其次,在对时变质量系统运动学建模过程中,将时变质量运动分为时变加质量与时变减质量,分别与时不变定质量运动对比并进行分析。根据撇缆器结构简单、撇缆球设计制作容易、空间运动稳定和使用操作方便的需求,确定所设计的撇缆器应基于时变加质量系统。由于撇缆器常在海上使用,对时变加质量系统受风速影响进行了初步分析和模拟仿真。同时考虑到船舶系泊时撇缆和受缆的高度差对时变加质量系统运动轨迹的影响,对模型做了进一步解算。第三,在分析现有撇缆器的基础上,完成弹性撇缆器的总体装配图设计,并应用Solidworks对关键结构及零件进行了计算和应力分析,并利用Fluent软件对撇缆球的形状进行优化分析。最后,为验证建立的动力学模型的正确性,加工制作了一款样机,并进行实验验证。实验过程采用录像方式记录撇缆球和引缆绳从弹性撇缆器射出的空间运动轨迹,录像实验数据经过图像分析软件处理后得到撇缆球在各个时间段内的空间位置坐标,将处理后的实验数据与Matlab模拟仿真结果对比分析,得出本研究所建立的时变质量动力学模型和仿真结果是正确的。