彈性撇纜器的設(shè)計與分析.pdf

1、近年來,氣候變化異常、極端自然災(zāi)害頻發(fā)，臺風(fēng)、強冷空氣頻繁襲擊海上航行的船舶，導(dǎo)致海上突發(fā)的安全事故時有發(fā)生,海上人命救助面臨嚴峻考驗。海上的救援首先要通過撇纜將救助船舶與遇難船舶相連接，但人工撇纜的危險和撇纜的距離制約了救助進程，需要使用撇纜器撇纜。撇纜器的撇纜球在拋出后會牽引著引纜繩隨之一起運動，因此構(gòu)成一時變質(zhì)量系統(tǒng)。時變質(zhì)量系統(tǒng)的運動是指在經(jīng)典力學(xué)的研究領(lǐng)域中，運動系統(tǒng)的質(zhì)量隨著時間的變化而發(fā)生有規(guī)律或隨機的變化。依據(jù)時變質(zhì)量系

2、統(tǒng)的空間運動軌跡，為設(shè)計一款可便攜的安全的撇纜器提供可能成為本項研究的重點。
　　撇纜球和引纜繩構(gòu)成了撇纜器彈體時變質(zhì)量系統(tǒng)，撇纜球運動中質(zhì)量不發(fā)生變化，而引纜繩的質(zhì)量會隨著時間發(fā)生變化。本研究首先以撇纜器彈體系統(tǒng)的空間運動軌跡為依托，通過綜合運用動量定理、米歇爾斯基方程以及牛頓第二定律，建立了由撇纜球和引纜繩構(gòu)成時變質(zhì)量系統(tǒng)的動力學(xué)模型。運用四階-五階龍格-庫塔法對所建立的動力學(xué)模型基于給定的初始條件的彈體系統(tǒng)進行數(shù)值解析，并通

3、過Matlab進行模擬仿真，得到撇纜球與引纜繩的空間運動軌跡。
　　其次，在對時變質(zhì)量系統(tǒng)運動學(xué)建模過程中，將時變質(zhì)量運動分為時變加質(zhì)量與時變減質(zhì)量，分別與時不變定質(zhì)量運動對比并進行分析。根據(jù)撇纜器結(jié)構(gòu)簡單、撇纜球設(shè)計制作容易、空間運動穩(wěn)定和使用操作方便的需求，確定所設(shè)計的撇纜器應(yīng)基于時變加質(zhì)量系統(tǒng)。由于撇纜器常在海上使用，對時變加質(zhì)量系統(tǒng)受風(fēng)速影響進行了初步分析和模擬仿真。同時考慮到船舶系泊時撇纜和受纜的高度差對時變加質(zhì)量系統(tǒng)運

4、動軌跡的影響，對模型做了進一步解算。
　　第三，在分析現(xiàn)有撇纜器的基礎(chǔ)上，完成彈性撇纜器的總體裝配圖設(shè)計，并應(yīng)用Solidworks對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及零件進行了計算和應(yīng)力分析，并利用Fluent軟件對撇纜球的形狀進行優(yōu)化分析。
　　最后，為驗證建立的動力學(xué)模型的正確性，加工制作了一款樣機，并進行實驗驗證。實驗過程采用錄像方式記錄撇纜球和引纜繩從彈性撇纜器射出的空間運動軌跡，錄像實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像分析軟件處理后得到撇纜球在各個時間段內(nèi)