浮动监控平台结构设计与实验

为解决水下作业中需要对水下设备工作状态监视的问题,根据海洋石油工程股份有限公司的浅水测试场环境,提出了浮动式监控平台的方案,并对包括平台支架、绞车系统、锚泊系统在内的主要部分进行了相关设计。为了测试平台的相关性能,浮动监控平台加工装配完成后,在哈尔滨工程大学深水综合实验水池进行了水下监控实验。测量了受到外力作用后平台在水中的横摇和纵摇自由衰减周期,检验了平台恢复稳定的能力,并通过实验数据求出了平台横摇及纵摇阻尼系数。     

普通海况下驳船式平台漂浮式风电场平台动态响应研究

漂浮式风力机的稳定是其正常工作的基础.在深海环境中,载荷复杂且不稳定,受其影响漂浮式风力机将产生复杂的激励运动.建立基于ITI Energy Barge平台的NREL5 MW漂浮式风力机整机模型,提出Barge平台漂浮式风电场.通过高级程序语言编程求解气动载荷,运用水动力学软件AQWA,采用辐射/绕射理论并结合有限元方法,对海风、波浪载荷作用下漂浮式风电场平台的动态响应进行数值仿真.频域分析结果如下:Barge平台在纵荡、垂荡和纵摇方向的响应主要集中在低频区域,其中,纵荡、垂荡响应随波浪频率增加逐渐减小,而纵摇响应先增加后减小.时域分析结果如下:漂浮式风电场平台运动轨迹关于风浪入射方向对称.较之于Barge平台,与固定悬链线相连的第一列平台垂荡运动响应稍大,但波动幅度差别可忽略不计;其纵摇和机舱稳定性均得以增强;横摇、艏摇运动幅值很小.研究表明所提漂浮式风电场平台具有良好的稳定性,为进一步的研究工作奠定了基础.     

3-RPS并联稳定平台设计与仿真研究

为了避免舰船运动对摄像系统的工作造成影响,设计了一种3-RPS并联稳定平台。首先在Maxsurf软件中根据舰船参数、横摇参数、纵摇参数及随机波浪参数进行仿真,得到舰船的横摇、纵摇和垂荡的运动参数;其次根据舰船运动的仿真结果,利用极限边界搜索法仿真3-RPS并联稳定平台的工作空间;最后在Simulink中,利用Sim Mechanics机械组件,搭建及配置3-RPS并联稳定平台模型,并对建立好的3-RPS并联稳定平台对横摇、纵摇和垂荡进行补偿的动力学仿真,验证稳定平台设计的合理性。     

Sevan钻井储油平台双层底结构的运动响应数值计算分析

为研究双层底结构Sevan钻井储油平台在南海海况下的运动响应特性,建立SEVAN650平台的ANSYS有限元模型,将模型导入水动力分析软件AQWA进行数值计算,得出双层底结构SEVAN650钻井储油平台的垂荡、横摇、纵摇运动响应幅值算子曲线,进而分析SEVAN650平台在南海海况风暴自存状态下的运动特性。研究表明,在风暴自存状态下,双层底平台的垂荡、横摇、纵摇的固有周期大于单层底平台。随着双层底平台直径的增加,平台的固有周期和垂荡最大响应幅值逐渐增加,平台横摇和纵摇最大响应幅值先增加后减小,在直径87.5 m时达到峰值,双层底结构的使用效率逐渐降低。由于双层底直径85 m平台的固有周期已在风暴情况波浪周期外,在风暴作用下平台不会发生共振,因此SEVAN650双层底直径85 m平台能够满足在我国南海生产作业。     

基于六自由度模拟平台液压控制系统的设计

设计一套并联式电液伺服控制系统,对其工作原理进行了简明分析,并采用系统集成布置方式,实现了平台横摇、纵摇、横荡、艏摇、垂荡和纵荡6个动作独立和联合运行,使平台具有结构紧凑、承载能力大、响应快、精度高、抗干扰能力强等优点.     

六自由度运动平台位置反解的建模与仿真研究

应用MATLAB/Simulink对实验室研制的六自由度运动平台位置反解建模、仿真、分析,通过对上平台进行垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇六个自由度方向上的运动仿真分析,得到了六个液压缸的长度变化规律,更直观的了解了平台在不同运动情况下的运动规律。     

浮式起重机补偿装置平台的运动仿真分析

以三自由度波浪补偿控制平台为研究对象,探索其在横摇、纵摇及垂荡三种运动的复合运动下的运动特性。分析该补偿装置平台的空间结构和空间姿态的位置解算,使用ADAMS软件完成了平台在复合运动下的运动学正、逆解及动力学仿真与分析。结果表明:该装置平台的正、反解完全吻合,这为后期物理样机控制系统的建立奠定了基础。     

张紧式系泊半潜式风机平台水动力响应建模分析

针对某半潜式风机平台,采用锚链和聚酯纤维绳分段连接形成张紧式系泊系统,建立环境载荷数学模型及环境载荷作用下的平台及系泊系统动力学方程。通过Simulink集总参数计算与AQWA数值仿真2种方式,对比分析风载荷阶跃输入、浪载荷正弦输入作用下平台的响应特性。结果表明,Simulink集总模型计算结果与AQWA数值仿真结果较为吻合,这在一定程度上说明了集总参数建模方法的合理性。研究发现,在风阶跃输入作用下平台主要表现出横荡、垂荡、横摇3个自由度方向的响应,其中横荡稳定时间较短,但偏移量相对较大,而垂荡和横摇的稳定时间较长且基本一致;在浪正弦输入作用下平台同样主要表现出横荡、垂荡、横摇3个自由度方向的响应,此时横荡幅值相比垂荡同样较大。横荡位移与振幅较大的原因在于采用了张紧式系泊的半潜式平台设计,进一步约束该自由度是接下来平台与系泊系统优化设计的研究方向。     

并联式大型法兰对接平台的位姿逆解

针对六自由度并联机构实现大型法兰自动对接的问题,对并联机构的位姿逆解展开研究。根据动静平台各球铰坐标及法兰的位姿参数推导出各伸缩杆长度。利用Simulink搭建平台的运动仿真模型,输入横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇参数,得到6个伸缩杆的变化规律曲线,为进一步的运动学分析奠定基础。     

船用自动扶梯桁架的有限元分析及其应用

为了确保运行在海上的船用自动扶梯具有良好的安全性能,研究了船用自动扶梯金属桁架在船舶静止、横摇、纵摇、垂荡工况下所受载荷的特征,利用有限元Ansys(APDL)对金属桁架进行静力学分析,计算得到桁架在不同工况下的位移及应力,进而对金属桁架薄弱的结构进行改进设计使其满足规范要求。     

基于CFD的起重船水动力系数数值模拟

利用CFD方法计算了起重船船体垂荡、横荡和横摇运动的附加质量与附加阻尼。讨论了滑移面和流场的混合网格模型应用。进行了船模静水横摇试验,测量了起重船体横摇运动的附加质量与附加阻尼,比较了试验结果与数值计算结果,对起重船水动力系数的理论预报做了有益探讨。     

基于随机海浪理论的海上浮动平台运动分析

针对海上浮动平台在随机海浪下的运动问题,建立了四级海况下的随机海浪模型,分析了基于该模型下的海上浮动平台的横摇运动。通过仿真,得到了四级海况下海浪的波高数据和海上浮动平台在对应海况下的横摇运动数据。结果表明,该方法可以有效的模拟随机海浪以及分析海上浮动平台的运动,为后续研究打下基础。     

深海采矿升沉补偿模拟试验方案研究

深海采矿中采矿船的纵摇、横摇和升沉运动对采矿系统非常不利,是深海采矿技术中的一个重要研究内容.深海采矿系统结构庞大,无法直接在实验室中进行实验研究,参考国外相关技术,提出对采矿船纵摇、横摇和升沉运动进行补偿的实际方案,并根据相似原理,推导出符合本系统的相似准则,从而将实际系统的边界条件,缩放到实验室环境.仿照实际系统,设计了试验系统.在试验系统中,可以进行纵摇、横摇补偿特性、升沉补偿特性、水动力特性以及各功能实现的结构方法的研究,为实际系统的实现提供参考依据.     

平台运动对漂浮式风电机组气动功率和推力的影响研究

漂浮式风电机组存在平台六自由度运动,使得风电机组气动特性的非定常性显著.本文采用自由涡尾迹法对NREL 5MW风电机组的气动特性进行了模拟.为了能清晰比较单个平台运动对气动性能的影响,将浮式平台的纵摇、纵荡以及横摇运动简化为给定的正弦函数,研究了不同振幅的平台纵荡、纵摇、横摇运动以及两者和三者之间耦合运动下风电机组的气...     

浅水域探测型无人水下航行器波浪能发电系统设计

为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle,UUV)探测设备水下长时间工作,提出波浪能发电系统,可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程,研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的,在一般海况下,能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大,而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。     

船舶运动预报仿真系统设计

详细介绍了船舶运动预报仿真系统的组成原理及硬件和软件的工程实现.提出三自由度仿真平台可以独立模拟升沉、纵摇、横摇运动.介绍了实船运动仿真的原理和在线预报船舶姿态运动的算法,AR在线建模预报方法,该方法简单实用.最后给出了船舶纵摇运动预报结果并与实船纵摇运动进行了比较.幅值预报与相位预报精度均优于5%.     

船舶动力系统海上工况模拟试验台的设计与实现

船舶会在不同海浪作用下会发生横摇、纵摇、水平摇相互叠加的运动。船舶动力系统海上工况模拟试验台采用PLC控制伺服电驱动和液压制动的技术路线,可模拟船舶海上横摇、纵摇、艏摇的单向或多个同步、异步复合动作,可进行直线或正弦规律模拟的运动。能够实现单方向、多方向组合摇摆、倾斜试验。为船舶动力系统的综合静动态分析提供实验室测试平台条件,具有安全性高、操作简便等优势。     

一种解耦式三自由度混联转台的转动特性分析

提出一种新型三自由度混联转动平台机构,该转动平台相对于机架具有3个纯转动自由度,能够实现平台横摇、纵摇和回转运动;回转运动的驱动装置布置于机架上,通过回转支链传递回转运动,提高平台承载能力的同时增大了回转范围;选择恰当的欧拉角描述动平台姿态,获得了欧拉角与分支输入位移之间的解析关系,并对其转动特性进行了分析,结果表明XYZ姿态描述欧拉角与该机构真实转角之间具有简单直观的对应关系,达到了姿态描述解耦的目的,最后通过软件仿真验证了理论分析的正确性;该新型三自由度混联转动平台承载能力高、回转范围大,在方位跟踪、运动模拟等领域具有广泛的应用。     

基于PMAC的减摇水舱试验台控制系统设计

减摇水舱属于典型的船舶横摇减摇装置,装船前必须采用试验台验证水舱的减摇能力。水舱试验台能够模拟船舶横摇、横荡两个方向的运动,采用液压伺服系统驱动。为了能够满足水舱试验的要求,克服耦合干扰力,设计了数字控制系统,并采用PMAC运动控制器实现对试验台的控制,最后通过试验调节参数,使系统达到预期指标。     

基于能量优化的海洋机器人航向与横摇自适应终端滑模综合控制

近水面运动是海洋机器人的一种重要运动姿态,由于近水面处波浪比较剧烈,机器人无法靠自身保持一定的姿态和航向,特别是在一阶波浪力这种高频周期力的作用下,海洋机器人将不可避免地产生横摇、纵摇、垂荡等摇荡运动,严重影响到海洋机器人的正常工作及安全性,因此必须加以有效的控制。基于此,利用解耦及线性化方法得到海洋机器人水平面非线性运动方程,并依据终端滑模控制理论和零航速减摇鳍工作原理设计针对航向保持和横摇减摇的控制器,使系统状态的跟踪误差在有限的时间内收敛为零,另外考虑到海浪干扰的随机性及海洋机器人自身可携带的能量是有限的,因此在控制器的设计中引入自适应机制,并利用遗传算法从能量优化的角度出发对控制器参数进行优化。仿真结果表明,机器人在减少了系统能量消耗的同时保持了航向并达到了有效地减摇控制,从而提高了近水面航行时海洋机器人操纵控制的性能。