[发明专利]海洋工程拖曳试验牵引系统以及牵引方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程及装备技术领域，具体涉及一种海洋工程拖曳试验牵引系统以及牵引方法。

背景技术

海洋资源开发、海洋环境保护已成为全球普遍关注的问题。海洋探索与开发存在着诸多限制因素，复杂多变的海洋环境与当前的海洋科技水平是主要因素，目前研究与开发海洋的先进技术中，拖曳系统具有极其重要意义，这对拖曳系统的设计与使用十分重要。

具体的，拖曳系统在水文调查、海上救助打捞、海洋探测、船模试验有着广泛而重要的应用，关于其水动力理论和控制技术是研究的热点。国内外开展了很多关于拖曳系统水动力和控制方面的研究，实际海况及复杂的水下流场条件下，不规则外形的拖曳体、控制体及缆绳各水动力综合作用、强非线性和相互耦合因素使拖曳系统操纵的水动力问题十分复杂。在大多数海洋科考和国防中，拖曳系统仍然是很重要的技术手段，世界上拖曳系统发展比较成熟的国家有挪威、丹麦、美国、日本等。

一般拖曳体由流线型或近流线型主体及迫沉机构或两者结合为一体所构成。拖曳体内搭载的传感器或船模要求拖曳体工作的姿态稳定，具有快速灵活的姿态和深度调节与控制能力。不同的拖曳系统有不同的使用要求，满足其使用要求的拖曳系统设计对于其工作状态具有非常重要的影响。

拖曳体、缆绳及控制系统的动力因素作为一个整体相互之间有影响，对拖曳体轨迹与姿态控制达到海上实用的目的，必须进行实验室模型试验和海上现场样机试验是研发成功拖曳系统的必要条件和前提。

拖曳缆绳受到的水动力载荷及其自身材料特性都是非线性的，难以从理论上准确描述其水动力特性，缆绳的运动控制方程都忽略缆绳的弯曲、扭转和剪力的影响，只考虑其张力的影响，国内外学者对缆绳的运动特性研究包括集中质量法、数值模拟法、有限元法、有限差法、直接积分法。

水下拖曳体运动方程描述最完整和常用的是六自由度运动方程，根据该方程计算拖曳体的运动响应，需要先得到运动过程中拖曳体的水动力系数是最关键的。实验方法使用船舶与海洋工程实验室设备，如拖曳水池平面运动机构、大型旋转臂船舶操纵性水池、循环水槽及风洞等对特殊形状的拖曳体以全尺度或缩尺比模型试验来确定作用在拖曳体上的水动力；目前普遍认为实验法比估算法更可靠、更准确，但实验法费用高、试验周期长，但未确定拖曳体外形特征尺寸时用实验法不实际。估算法通过数值模拟或经验公式得到拖曳体水动力系数，通过计算流体力学法或根据试验结果回归得到的经验公式求得水动力系数，或将两种方法结合起来使用；估算法相对实验法费用低、计算方便，可根据拖曳体的尺寸、形状的变化，重新计算新的水动力；但估算法得到的结果与实验法相比准确性差一些。

综上所述，为了提高拖曳系统的设计研发效率，可采用以下方式：拖曳系统设计初期阶段利用拖曳试验系统做试验，再用估算法计算拖曳系统的水动力，在拖曳系统设计后期利用拖曳试验系统进行样机的拖曳试验来确定其水动力系数的数值。

可见，拖曳试验系统的设计非常关键。传统的拖曳试验系统普遍存在以下问题：

由于拖曳体在水中受到风浪涌流的作用，运行极不稳定，传统的拖曳试验系统，难以保持拖曳体六自由度稳定且不偏移，从而无法满足拖曳试验系统的设计需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种海洋工程拖曳试验牵引系统以及牵引方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种海洋工程拖曳试验牵引系统，包括支柱与高架驱动承台分系统和绞车式牵引分系统；

其中，所述支柱与高架驱动承台分系统包括桩基(1)，所述桩基(1)包括一体成形的平桩基(1-1)以及斜桩基(1-2)；所述平桩基(1-1)位于水面以下， 所述斜桩基(1-2)的底端与所述平桩基(1-1)连接且位于水面以下，所述斜桩基(1-2)的顶端延伸到水面以上；在所述斜桩基(1-2)的顶端固定有高架驱动承台(2)；在所述平桩基(1-1)的左右两端分别固定有左岸拖曳支柱(3)和右岸拖曳支柱(4)；

所述绞车式牵引分系统包括牵引绞车(5)、张紧绞车(6)、导向滑轮组(7)和电气系统；

其中，所述导向滑轮组(7)包括4个导向滑轮，分别为左上导向滑轮(7-1)、左下导向滑轮(7-2)、右上导向滑轮(7-3)和右下导向滑轮(7-4)；所述左上导向滑轮(7-1)和所述左下导向滑轮(7-2)固定于所述左岸拖曳支柱(3)的上部和下部；所述右上导向滑轮(7-3)和所述右下导向滑轮(7-4)固定于所述右岸拖曳支柱(4)的上部和下部；