水下拖体和拖缆运动模型研究探讨.pdf

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1、总第222期舰船电子工程Vo1．32No．122012年第12期ShipElectronicEngineering82水下拖体和拖缆运动模型研究探讨曹帅辉(中国船舶重工集团公司第七一。研究所宜昌443003)摘要水下拖体运动研究是水下拖曳系统研制的重要内容。文章结合工程实际，基于Newton-Euler方法建立了水下拖体的运动模型，基于有限差分法建立了拖缆的运动模型，在此基础上结合拖缆运动的边界条件建立了系统的运动模型，并给出了相应的仿真算例。从仿真结果可以看出，通过该运动模型，可以很好地研究水下拖体受拖船干扰下的运动情况。该模型的建立对水下拖

2、曳系统的研制来说有重大的参考价值。关键词刚体力学；水下拖曳系统；水下拖体；运动模型中图分类号031l_2ResearchonMotionModelofUnderwaterTowedVehicleCA0Shuaihui(No．710ResearchInstituteofCSIC，Yichang443003)AbstractTheresearchonmotionoftheunderwatertowedvehicleistheimportantcontentofdevelopingtowedsystem．Combiningwithactualproj

3、ects，themotionmodeloftheunderwatertowedvehicleisestablishedbasedontheNewton—Eulermethod．themotionmodelofthetowedcableisestablishedbasedonthefinitedifferencemethod，themotionmodelofthesystemisestablishedcombiningwiththeboundarycondition，andcorrespondingsimulationexamplesaregiv

4、en．Asthesimulationresultdemonstrated，themotionstatusofthekinderwatertowedvehicleinterferedbythetowedshipcanstudybythismotionmode1．Theestablishmentofthismodelhasimportantreferencevaluefordevelopingunderwatertowedsystem．KeyWordsgeostatics，underwatertowedsystem，underwatertowedv

5、ehicle，motionmodelClassNumber0311．2要部分。拖船在波浪上的不规则运动常会通过拖缆传递到1引言拖体上，从而对拖体产生不稳定扰动，扰动程度取决于作业近年来，随着海洋工程的发展，水下拖曳系统作为一种海况和拖船对波浪的响应程度，这种扰动常常会导致拖体水下探测平台得到了广泛关注，如海洋环境勘测、海洋石油中的仪器超出正常工作范围。因此，迫切需要建立拖船、拖开发等。一般来讲，此类拖曳系统可简化为由水面拖船、拖缆和拖体的系统运动模型，研究拖船干扰对拖体运动的影缆、水下拖体组成的多体系统，如图1所示，其中，水下拖体响，为水下拖曳

6、系统的研制提供基础。作为搭载各种探测仪器的主体，在设计时需要研究其运动针对上述情况，本文将结合水下拖曳系统的工程实际，特性，并采取相应的控制手段确保其运动稳定性。建立由拖船、拖缆和拖体组成的水下拖曳系统的运动模型，并进行仿真研究，研究拖船干扰对拖体运动的影响。2水下拖体运动模型记水下拖体在地面惯性坐标系中的广义位置向量为77一[z0]，其中，z，)'，为水下拖体浮心处的坐标，，，声为水下发射平台的俯仰角、偏航角和横滚角；同时记水下拖体在其随体坐标系中的广义速度向量为一[∽COy]。图1水下拖曳系统示意图根据Newton-Euler方法，将体坐标

7、系下水下拖体的运水下拖体在运动时所受的干扰主要由流场干扰和拖缆动方程写成矢量形式有：干扰两部分组成。在海洋工程中，由于拖曳深度较深，通常』I【一(l1l)J只研究拖缆干扰。拖缆干扰主要由流场干扰、自身振动干—J扰和拖船干扰几部分组成，其中，拖船干扰通常被认为是主式中，MMA+』、为广义质量矩阵，MA为附加质量矩阵，*收稿日期：2Ol2年6月3日，修回日期：2012年7月15日作者简介：曹帅辉，男，助理工程师，研究方向：水中兵器与舰载武器生产管理。2012年第12期舰船电子工程83^为水下拖体的质量矩阵，有／in0OO000A2200026MB0

8、0330A350000扎4000053055006200066C一+CB为Coriolis矩阵，为附加流体的Coriolis矩阵，为水下拖体的Cori