深海半潜平台动力定位系统模型试验设计和分析

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1、深海半潜平台动力定位系统模型试验设计与分析摘要在陆上油气资源和近海油气资源开发进入中后期的情况下，世界能源需求的快速增长使得海洋油气资源开发重点向更深的海域发展。在深海和超深海海域有着独特优势的半潜式平台成为未来海洋油气资源开发的主力装备。而适合对深水半潜式平台定位的动力定位技术在近年得到快速发展。因此对半潜式平台动力定位技术的研究具有较大的战略和现实意义。本文以一座深水半潜式平台为研究对象，对其动力定位系统展开数值计算和模型试验两方面的研究。在数值分析方面，本文首先根据API规范推荐的风载荷和流载荷计算方法，并考虑

2、构件之间的相互遮蔽，计算了半潜平台受到的风载荷和流载荷，并根据远场理论与经验公式，计算了平台受到的二阶漂移力；在完成对平台的载荷分析计算之后，本文建立了平台运动数学模型，并采用规范推荐的衡量标准，基于已经计算的环境载荷、计入风前馈的PID控制方法、Kalman滤波状态估计方法和功率最优化推力分配方式对半潜平台的定位性能做了静态和动态两方面的分析评估。数值计算结果表明了目标半潜平台的动力定位系统具有良好的安全性和经济性。在模型试验方面，本文基于哈尔滨工程大学水下机器人实验室自研的DP3级动力定位系统，对目标平台做了既定

3、工况各工作模式下的动力定位性能测试，并将模型试验的结果与数值计算的结果进行了对比分析。分析结果验证了数值计算结果的准确性，同时也说明了目标半潜平台的动力定位系统具有良好的定位性能，能够胜任在设定海域对目标平台的定位任务。本文的研究工作为半潜式平台环境载荷的计算和动力定位系统定位能力的分析评估提供了借鉴。同时，本文在海洋工程模型试验设计、试验具体操作和试验结果分析等方面取得的经验与成果可以为船舶与海洋工程模型试验方面的研究提供参考。关键词：半潜式平台；动力定位系统；模型试验；数值计算；试验设计分析AbstractThe

4、oceanoilandgasexplorationhavereachedtodeepandultradeepwaterarea，becauseoftherecessionoflandandoffshoreoilandgasexplorationandtheincreaseoftheDowetconsumptioninthewholeword．Meanwhile，Semi—Submersiblehasbeenturningintothemainequipmentowingtoitsownuniquefeatures．O

5、nthisoccasion，theresearchondynamicpositionwhichissuitabletoSemi—Submersibleismeritorious．Thisthesisfocusedonthenumericalcalculationandmodeltestofadeepwatersemi．submersibleplatfom．Whennumericalanalysiswasexecuted，Thisthesiscalculatedtheenvironmental10ad，andcarri

6、edoutthestaticanddynamicanalysisforthedynamicpositionsvstemofthesemi—submersibleonthebasisoftherecommendationofAPI．Shieldeffectwasconsideratedwhentheenvironmentalloadwascalculated．Mathematicmodalwasmade，andaspecialprogramwascreatedwithM—languageforthestaticandt

7、ime—domaindynamicanalysisofthedynamicpositionsystemofthedeepwatersemi—submersible．PIDcontrolstrategy,Kalmanfilteringtheoryandoptimalthrustallocationmethodwereusedintheanalysis．Simulationresultsindicatedthedynamicpositionsystemofthisplatformwassafeandef!ficient．

8、Whenmodeltestresearchwasexecuted，themodeltestofdynamicpositionDerfbnnancewascarriedout，forthecomparisonanalysisofmodeltestandnumericalcalculation．Bothsimulationresultsandmod