基于小型海洋裝備的沉浮式安全系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著中國綜合國力的發(fā)展，海洋的開發(fā)與利用越來越廣泛，而海洋環(huán)境具有多變、復(fù)雜的特性，對(duì)于海洋監(jiān)測浮標(biāo)、小型海洋波浪能發(fā)電裝置、漁業(yè)資源網(wǎng)箱等小型海洋裝備長期工作在海面，直接承受風(fēng)、浪、流、冰等載荷的影響，特別是在風(fēng)暴潮、臺(tái)風(fēng)、巨浪、海嘯等極端海況下，會(huì)直接損壞裝備，造成巨大的損失。本文設(shè)計(jì)研究一種基于小型海洋裝備的沉浮式安全系統(tǒng)，能夠通過下沉的手段將海洋工程裝備沉降到水下一定的深度，躲避了惡劣海況的直接作用，提高了海洋裝備的使用壽命和工

2、作穩(wěn)定性。安全系統(tǒng)由電源供給系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、密封蓋板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、安裝耳板、浮筒體、錨泊系統(tǒng)構(gòu)成。安全系統(tǒng)可替代浮式小型海洋裝備的浮子使用，承載著小型海洋裝備裝置長期工作在海面，出現(xiàn)惡劣海況時(shí)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸下沉信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變安全系統(tǒng)浮力同重力之間的平衡關(guān)系，進(jìn)而下沉保護(hù)海洋工程裝備。安全系統(tǒng)自身安全性高、應(yīng)用性廣泛，不但可以替代小型海洋裝備的浮子，而且可直接作為浮標(biāo)使用。
　　研究中對(duì)安全系統(tǒng)中的浮筒體在靜水中的穩(wěn)性進(jìn)行

3、了分析，計(jì)算可得穩(wěn)心高度大于浮心和重心到浮筒底部的高度，自身穩(wěn)性良好。安全系統(tǒng)漂浮在海面，承受著波浪的沖擊，將波浪簡化為二維簡諧波，對(duì)升沉運(yùn)動(dòng)和無阻尼橫搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，通過MATLAB軟件仿真得到了升沉運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，對(duì)垂蕩運(yùn)動(dòng)的固有周期、橫搖運(yùn)動(dòng)固有周期進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果均小于2.5-3s，可避開波浪的主能量頻率，反映出良好的隨波性。對(duì)沉浮運(yùn)動(dòng)過程時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出安全系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB對(duì)模型進(jìn)行仿真，得到了關(guān)于速

4、度、加速度、位移的仿真曲線，能夠反映安全系統(tǒng)在水中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為今后的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　為了更好的研究下沉與上浮的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，借助ANSYSY Fluent進(jìn)行三維流體仿真，通過仿真我們能夠得到安全系統(tǒng)在下沉和上浮兩個(gè)過程中流場速度與壓強(qiáng)的變化，為模型的優(yōu)化提供了一個(gè)參考方案；對(duì)阻力系數(shù)與升力系數(shù)的仿真求解，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模中系數(shù)取值正確、數(shù)學(xué)模型受力分析正確。為了驗(yàn)證沉浮工作原理，對(duì)安全系統(tǒng)主要零部件進(jìn)行加工與實(shí)驗(yàn)，通過水下實(shí)

5、驗(yàn)證明了采用變體積工作方式是可行的，安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確；對(duì)充氣泵在不同深度（3m、5m）負(fù)載下的工作時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)證明了充氣泵在深度負(fù)載增加時(shí)流量較實(shí)驗(yàn)室空載時(shí)小，深度越大，流量越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在下沉與上浮時(shí)產(chǎn)生的差異來自泵的工作狀態(tài)，為安全系統(tǒng)自動(dòng)控制充氣時(shí)間的設(shè)定提供了參考方案。
　　小型海洋裝備的沉浮式安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，增加了海洋工程裝備抵抗惡劣海況的能力，提高了海洋裝備的使用壽命和工作穩(wěn)定性，具有一定的實(shí)用意義和推廣價(jià)