浮動監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)及水動力學(xué)特性研究.pdf

1、淺水測試是水下生產(chǎn)設(shè)施及水下作業(yè)技術(shù)向深海發(fā)展不可或缺的步驟。對水下生產(chǎn)設(shè)施及水下作業(yè)情況的監(jiān)控是淺水測試的重要部分。水下監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，形式多種多樣，功能日臻完善。根據(jù)監(jiān)控設(shè)備載體的不同主要可以分為固定式水下監(jiān)控設(shè)備、浮動式水下監(jiān)控設(shè)備、移動式水下監(jiān)控設(shè)備等，本文根據(jù)淺水測試場的使用需求，提出了一種新型浮動式水下視頻監(jiān)控設(shè)備，并基于浮動監(jiān)控平臺完成了浮動監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)，并對浮動監(jiān)控平臺的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性、水動力學(xué)特性進(jìn)行了相關(guān)研

2、究。
　　浮動監(jiān)控平臺通過水下云臺搭載水下攝像機(jī)等監(jiān)控設(shè)備對水下生產(chǎn)設(shè)施及作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)控，利用絞車系統(tǒng)改變水下云臺在水中的位置以達(dá)到對不同區(qū)域設(shè)備及作業(yè)情況的監(jiān)視。浮動監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)吸取了海上浮標(biāo)設(shè)計(jì)的成熟經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合 Spar平臺的特點(diǎn)完成的一種新型浮動監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)，分別對其結(jié)構(gòu)框架、絞車系統(tǒng)、錨纜系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)選型。在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，對其進(jìn)行了靜水力學(xué)特性的相關(guān)研究，對重心與浮心坐標(biāo)進(jìn)行了估算，并且計(jì)算其浮體截面面積矩，求

3、出浮動監(jiān)控平臺在不同傾角下的穩(wěn)性高、復(fù)原力矩、穩(wěn)性系數(shù)及靜穩(wěn)性曲線、動穩(wěn)性曲線、穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)。
　　根據(jù)線性波理論，利用莫里森公式對浮動監(jiān)控平臺浮體及下支架立柱所受波浪載荷進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，并估算了錨纜張力。結(jié)合ANSYS對浮動監(jiān)控平臺關(guān)鍵零部件，如浮動監(jiān)控平臺支架和絞車系統(tǒng)，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動力學(xué)的分析，包括模態(tài)、諧響應(yīng)以及瞬態(tài)動力學(xué)的分析，分析了浮動監(jiān)控平臺發(fā)生振動的固有頻率，在海浪作用下的諧響應(yīng)振動變形以及在波浪沖擊下瞬時(shí)變形，驗(yàn)

4、證了其可靠性。
　　通過建立浮動監(jiān)控平臺在波浪中運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，近似計(jì)算出了浮動監(jiān)控平臺的橫搖、縱搖固有周期與垂蕩固有周期，并利用ANSYS中的AQWA模塊對浮動監(jiān)控平臺進(jìn)行了水動力學(xué)性能進(jìn)行了頻域及時(shí)域的仿真分析。在頻域內(nèi)分析了其所受的一階波浪力、附加質(zhì)量力及阻尼力，以及RAO響應(yīng)。通過時(shí)域分析了其在200s的真實(shí)運(yùn)動響應(yīng).
　　通過模型試驗(yàn)和水池試驗(yàn)證明浮動監(jiān)控平臺在水中浮態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，能夠滿足水下視頻監(jiān)控功能需求，測