海流作用下拖曳线列阵稳态运动性能分析与计算.pdf

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1、第35卷第12期2013年12月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35．No．12Dec．．2013海流作用下拖曳线列阵稳态运动性能分析与计算张洋，朱克强，徐为兵，王自发，张天宇(宁波大学海运学院，浙江宁波315211)摘要：预测和计算拖曳线列阵的静态构型是拖曳线列阵设计中的重要一环。本文通过分析拖曳线列阵的稳态运动性能，计算海流作用下拖曳线列阵运动的稳态解，分析海流方向、海水密度、拖曳速度对拖曳线列阵稳态运动的影响，为线列阵的初步设计和舰艇的操作策略提供指导。关键词：海流；拖曳线列阵；稳态；阵形中图分类号：u661．33文

2、献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)12—0046—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2叭3．12．010Steady-statemotionanalysisandcalculationoftowedarrayundercurrentZHANGYang，ZHUKe-qiang，XUWei_bing，WANGZi-fa，ZHANGTian—yu(TheMaritimeFaculty，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Thepredictionofthestati

3、cconfigurationoftowedaⅡayplaysanimportantroleinthepreliminaIydesign．Inthispaper，asteady—statesolutionisgivenbyanalyzingthesteady—statecharacteristicsofthetowedaⅡay．Inaddition，theefkctsofcuⅡentdirection，waterdensityandtowingspeedonthesteady-stateofamyarepresented．TheresultsmayproVid

4、eguidancefbrthepreliminaIydesignofthetowedaI．rayandfbrtheship’soperatingstrategy．Keywords：current；towedarray；steady-state；configuration0引言拖曳线列阵声呐是20世纪水声领域中的重要成就，如今拖曳线列阵技术已经在很多领域得到广泛应用。民用上，拖曳线列阵已经在海洋地震四维勘探、海底油气探测等活动中崭露头角；军事上，线列阵在现代反潜声呐技术中更是发挥着不可替代的作用。线列阵(缆索)由于受到外界激振力作用，静平衡形态有很大变化，而作

5、用在缆索上的流体阻力非线性，这些都会导致缆索的非线性影响。要求解拖曳线列阵的振动特性和了解在水流作用力激励下的列阵振动情况，必须要首先精确地预测线列阵在水中的平衡位形。汪振鸿⋯提出了二维的确定水下拖缆稳态平衡位形的计算方法。Matuleanl讨论了三维条件下的系泊和拖曳系统平衡构型问题。李光明日。按照数值模拟的水动力系数计算了缆索的空间位形和受力。本文在前人研究基础上，选择Ablow”。的经典模型，导出拖曳线列阵稳态控制方程，得到不同拖速、海流方向、海水密度时的线列阵稳态阵形和张力分布。1数学模型1．1拖曳线列阵水动力学模型根据Ablow所建立模型，假设拖缆

6、是一条连续可伸长、匀质、各向均匀、线弹性的缆，拖缆受重力、水动力和惯性力作用。可得到控制方程：M，，’=^r夕+口，(1)式中：收稿日期：2013—04—11；修回日期：2013一06—27基金项目：国家自然科学基金资助项目(11272160)；宁波市学科项目(szxll066)作者简介：张洋(1989一)，男，硕士，主要从事船舶与海洋工程结构动态响应研究。第12期张洋，等：海流作用下拖曳线列阵稳态运动性能分析与计算．47．y㈠归(r^K心哪)√=警，夕=警。lU01O0Kcos咖一y。0O10一y68in咖一01Ksin咖一■cos咖0一，cos西O0丁一

7、mc再备moeO0O0。粤譬尝!o。。。(1+er)。”‘爿毫岩ono“+en一’(鸭H一一J．)co呻O0一(1+er)co蚰(m．L—p^^)8in币一m—c08咖一(小．t—p^』．)s·n咖(m，匕一一^)Ol+cr0my埘sin吊+扣氐／『而c以lu0O0专p圻而Cn舸-pAjk⋯s咖+专佩。以肺一∥_风，也可以是热盐效应造成的海水密度分布的不均匀性。实际海流一般长达数十甚至数万千米，宽从数十至数百千米不等，呈细长带状。表层海流的水平流速在几厘米／秒到300cm／s之间，深处的水平流速则在10cm／s之下。铅直方向流速很小，大约几厘米／天到几十厘米

8、／小时，在本文的建模过程中忽略铅直方向流速。本文假定