[发明专利]高海况下水下拖曳系统运动响应的仿真计算方法

说明书

本发明涉及一种高海况下水下拖曳系统运动响应的仿真计算方法，包括以下步骤：首先构建拖缆控制方程；然后计算波浪干扰力并代入到拖缆控制方程中；而后进行边界条件的计算和初始条件计算；最后联立拖缆控制方程、边界条件计算，以及速度的微分定义v＝dx/dt，组成模拟海浪影响下拖缆参数计算公式；输入航行器的运行参数、海况条件和拖缆的参数，代入到计算公式，便得出拖缆的稳态缆型和张力的仿真数据和仿真曲线。本发明还提供了基于上述拆除装置的桥梁下放拆除施工方法。本发明利用线性波浪叠加法和谱分析原理，构建了与真实海洋环境极其接近的不规则波浪数据模型，为拖曳系统的诱饵模拟效果和水下航行器航行安全性评估提供借鉴意义。

技术领域

本发明涉及水下拖曳系统技术领域，具体涉及一种高海况下水下拖曳系统运动响应的仿真计算方法。

背景技术

水下拖曳系统在海洋资源勘探、反潜作战、反鱼雷及鱼雷实战指标考核等领域具有广泛地应用，水下航行器搭载拖曳线列阵可作为鱼雷声磁诱饵或靶标使用，其水动力特性直接影响整个水下航行器系统的快速性、操纵性及稳定性，所以开展水下拖曳系统的水动力特性研究具有重要的理论意义和工程实用价值。在实际海洋应用中，拖曳系统难免会受到不同海况下水面波浪的干扰，而这些干扰往往会对声磁诱饵的模拟效果以及水下航行器的稳定性产生较大影响。针对波浪对水下拖曳系统的影响，目前鲜有研究，仅有少数学术文章对规则波下的拖曳系统进行了动力学建模计算。因此，对规则波下的拖曳系统的动力特性的研究，对实际海洋应用很难提供参考价值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高海况下水下拖曳系统运动响应的仿真计算方法，利用线性波浪叠加法和谱分析原理，基于海浪P-M谱，构建了与真实海洋环境极其接近的不规则波浪数据模型，通过仿真计算得到拖曳系统的偏移量和张力变化，为拖曳系统的诱饵模拟效果和水下航行器航行安全性评估提供借鉴意义。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高海况下水下拖曳系统运动响应的仿真计算方法，包括以下步骤：

1)拖缆控制方程的构建：

取空间固定的笛卡尔坐标系o-xyz，从自由端开始到拖点将拖缆离散为N段，共N+1个节点，定义欧拉角θ，为拖缆姿态角，对于拖缆上任意第i个节点，应用牛顿第二定律，得到拖缆的控制方程式中为该节点的加速度，M_i为质量矩阵，由第i个节点的惯性质量m_i和附加质量M_ai组成，表示为：

M_i＝m_iI+M_ai

m_i＝(μ_i-1/2l_i-1/2μ_i+1/2l_i+1/2)/2

M_ai＝(M_ai-1/2M_ai+1/2)/2

M_ai+1/2＝ρk_i+1/2l_i+1/2σ_i+1/2R_i+1/2

M_ai-1/2＝ρk_i-1/2l_i-1/2σ_i-1/2R_i-1/2