深海声学释放器释放过程的动力学分析.pdf

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1、第40卷第10期2010年10月中国海洋大学学报PERI()DICALoFOCEANUNIVERSITY()FCHINA40(10)：133～136Oct．，2010深海声学释放器释放过程的动力学分析+常宗瑜，张喜超，徐长密，郑中强(中国海洋大学丁程学院，山东青岛266100)摘要：深海释放器是海洋观测仪器、海洋工程中关键设备。研究考虑海流、释放器部件碰撞等因素的深海释放器释放过程的动力学情况，采用多体动力方法建立某深海释放机构的动力学模型，模拟释放机构的释放过程中各构件的运动情况和运动轨迹，计算释放机构在释放过程各组成构件的运动参数，该方法町以用丁模拟深海释放器释

2、放过程状况，分析释放器失效的原因和指导释放机构的设计。关键词：释放机构；多体动力学；运动模拟；单边接触模型中图法分类号：P731文献标志码：A文章编号：1672—5174(2010)10—133—04释放机构是深海科学考察中应用非常广泛的关键部件，释放机构的失效不仅会造成任务操作的失败，而且可能导致贵重仪器设备灭失，造成巨大的损失。同陆地使用的锁紧释放装置和航空航天领域使用的锁紧释放装置小同，深海释放机构所处的环境更为恶劣，它受到海流、波浪等外来载荷的作用；海水导致的释放机构的构件的锈蚀、海洋生物的附着等对机构的物理参数和工作运动状态会产生较大的影响，而当前对其实际

3、释放过程几乎一无所知。文献[1]介绍了当前国际上的深海声学释放器的研究现状和发展情况，指出我国与国外先进水平相比仍然存在着较大差距。文献E23介绍了1种CTD电控多瓶采水器中电磁式释放机构，文献E3-1提出了1种用于深海仪器的爆炸式释放机构，文献E43研制了深潜器中的抛载释放机构，文献[5]采用失效树方法对一种声学释放器的可靠性进行r分析。鉴于释放器j二作对于整个锚系成功回收的重要意义，文献[63利用载人潜器Mir1和Mir2研究了锚系回收过程，分析了释放机构释放失败原囚。采用实验方法研究水下释放机构的工作过程成本高、周期长，如果能以计算机仿真为补充可以得到机构工作

4、过程更全面的信息，对该机构设计和分析有很大意义。已有文献财水下人体和水下机器人机械手系统采用多体动力学和计算机仿真方法进行仿真，取得了较好的效果门_2l，为水下释放器模拟提供了借鉴。本文用多体动力学方法建寺深海释放器的动力学模型，采用Morision方程和单边模型确定了释放机构的水动力和接触力，通过数值方法对其释放过程进行动态仿真，并分析释放机构的运动状况。图1声学释放器外形Fig．1Configurationofdeep-seaacoustic，releaser1深海释放器工作原理和动力学建模1．1深海释放器的工作原理深海释放器必须保征在海况恶劣、含沙量大、微生物

5、浮粒多的海洋条件下进行遥控通信释放或定时释放，因此要求深海释放器结构简单、工作可靠。图1为某深水犁声学释放器，其负载能力为5500kg，工作水深为6000ITI，空气中质量为36kg。释放器的内部结构如图2所示。其工作过程为：当水上机发布释放信号后，触发信使信号使转轴1转动一定角度，转动后，闩锁2逆时针转动放下，这样吊钩4由于自身晕力和锚链杆5向下的拉力驱动顺时针转动，从而释放锚链·蕈金项Vt：青岛市应用荩础项目(08—13—37jch)资助收稿R期：2009—07—17；修订13期：2010—02—10作者简介：常宗瑜(1973一)，男，教授，博导。E-mail：

6、zongyuchang@OUC．edu．cn中国海洋大学学报A向1转轴Shaft：2闩锁latch；3电池仓盖Endcap；4帝钩H00k：5锚杆Anchorlink图2声学释放器的结构Fig．2Innerstructureofacousticreleasemechanism杆5，释放器连同浮标依靠浮力上浮水面，完成释放工作。深海释放机构所受外力包括释放器本身的重力和浮力；锚链拉力和绳索拉力；流体水作用力；机构的驱动扭矩和释放过程中产生接触力和碰撞力等。释放器本身的重力和浮力；锚链拉力和绳索拉力可以根据系统的结构状况进行计算，下面主要分析释放器所受到的水动力和释放器

7、不同构件之间的接触碰撞力。1．2流体水动力计算由于释放器的尺寸较小，根据文献[9]的实验工作，可以根据物体的速度和加速度，释放器工作过程魁鲻援中主要受到的水动力可以根据Morison方程计算uJ引：F(z，2，￡)=F1(z，z，f)+FD(z，z，￡)=CMID咩亿(z，z彩+号cD声亿(x，zst)I亿(z，z，￡)

8、(1)1．3构件之间的接触力模型在声学释放器的机械部分中各构件之间存在较复杂接触关系，转轴与闩锁(1atch)；闩锁同吊钩(hook)；吊钩(hook)同锚杆(anchorlink)之间在工作过程中会发现接触、脱离和碰撞的现象。根据赫兹接触理论