海流作用下潜标-系留系统耦合动力响应试验研究.pdf

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1、第31卷第3期2012年9月海洋技术0CEANTECHNOLOGYV01．31，No．3Sep，2012海流作用下潜标一系留系统耦合动力响应试验研究杨永春1，张会杰1，田伟辉2，袁新3，毛宇峰3(1．中国海洋大学工程学院，山东青岛266100；2．中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安710065；3．山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛266001)摘要：针对海流作用下，某潜标系统动力响应过大导致所戢测试装置无法进行正常工作的问题，在分析谊潜标系统所栽装置前期海试数据基础上。采用现场测试和深水水池

2、试验等方法，对现有潜标一系留系统耦合动力特性及系统的减振优化进行研究，得到了海流作用下，潜标系统耦合动力特性，提出了减振优化措施。关键词：潜标系留系统；海流作用；耦舍动力响应；减振优化中图分类号：P715．5文献标志码：A文章编号：1003—2029(2012)03--0001--05潜标系统又称为水下浮标系统，是进行海洋观测的重要载体之一，具有观测时间长、隐蔽性能好、测量不易受海面气象条件影响等优点。根据搭载测量装置不同，可实现不同的测量目的。如观测海流、温度、盐度、深度等的海洋水文气象资料潜标以及用于军事

3、探测的军用潜标等。如今潜标已经成为一种非常重要的海洋水文及水下探测技术的载体，起着越来越重要作用【l。3I。系留系统是保证整个潜标在海流作用下具有稳定姿态，保证所载仪器设备的正常使用，获得准确数据的关键吲。目前国内外潜标系统多采用单点绷紧式系留系统。由于该种系留系统使用较大的系留张力，所以系统在水下工作时偏离垂线的倾角较小，能保证仪器具有较好的工作姿态和处于预定的工作深度嘲。某潜标系统结构形式如图1所示，其主要由潜标体及其搭载的测量系统、主系留缆、声学释放器、锚定系统等组成，通过系留缆单点锚泊于特定海域和水深

4、进行工作。该潜标系统前期海试数据表明，标体10Hz以下垂向动力响应过大，影响到所载装置的正常工作。图2所示为该潜标所载系统20Hz以下振动响应过载阈值曲线。由曲线可以看出该系统20Hz以下振动过载量值(加速度峰峰值)均在20mg以下，其振动响应远远高于一般海洋结构物的要求。另外，由于潜标系统可能涉及军事等敏感领域，难以查到潜标振动抑制方面的文献和资料，所以无法找到可借鉴的解决方案和措施。为了探明海流作用下潜标一系留系统耦合动力响应特性，探求潜标系统进行减振措施以及参数优化，本文设计进行了现场振动测试和深水水池

5、试验。¨'2∞10{魁制e量是=6墨兰鲁●2O图1某潜标结构形式及现场测试传感器布置收稿日期：2012-01-04基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(201IAA090502)作者简介：杨永春(1964-)，男，教授，主要从事海洋工程方面研究。Email：yycyw@ouc．edu．cn4tH1n'二’4’618：【·lt钳11，‘I：11Il找二I)一lOOlI￡丝卜芷¨训j。图2潜标测试系统减振要求2海洋技术第3l卷1现场测试由前期海试结果可知，影响潜标系统所载装置正常工作的振动响应信

6、号主要集中在10Hz以下，且其振动加速度值(峰峰值)在20mg左右。通过对海试环境条件和系缆参数等分析，推断潜标体垂向振动响应过大可能是由于在海流作用下，系留缆绳产生横向激励所引起的。该潜标系留系统采用合成纤维作为系缆，具有非线性等复杂力学特性。目前国内外一些学者对此类系缆非线性动力特性研究上已经取得了一些成果"f，但关于系缆一潜标系统耦合动力特性的研究较少。因此，为了确定推测的正确性，得到海流作用下该潜标一系留系统耦合动力特性，本文设计进行了现场测试。1．1现场测试系统选择及测试方案设计根据前期海试结果，选

7、择合适的潜标测试实验系统。振动测试传感器应具有良好的低频特性，同时还应该具有高灵敏度以满足对微弱振动信号测试的要求。具体传感器及测试仪器参数如下：电容加速度传感器：量程2g；频响范围0—400Hz；灵敏度2V，g。高灵敏传感器：量程0．2g；频响范围0．05—400Hz；灵敏度20V，g。力传感器：量程500kg。数据采集仪为德国IMC公司CL型，16bitA／D转换，同步最大采样频率为100kHz。依据试验目的，按照如图l所示布置传感器。在潜标体密封舱内三轴方向布置电容式加速度传感器(cx、CY、CZ，用于

8、测量标体水平向和垂向振动信号)和一个垂向高灵敏度加速度传感器(Gz，用于微弱信号的测量以及与电容式传感器CZ对比)；系缆弹性减振件卜端和下端分别连接拉力传感器LB和LA；与拉力传感器LA相连的缆绳顶部三轴方向布置电容式加速度传感器(sx、SY、SZ，用于测量水平面内和垂向振动)，缆绳中部水平面内两向布置电容式加速度传感器(XX、XY用于测量水平面内振动)。1．2现场测试及结果分析潜标现场测试海域水深