基于平行四连杆的水下牵引机下限位随动机构设计与仿真分析

波浪滑翔器是一种新型水面无人观测平台,通过水下牵引机中水翼被动摆动获取波浪能来产生前向推力。通过分析常规波浪滑翔器水下牵引机的脐带缆倾斜角造成的波浪能损失现象,设计了一种水翼摆动下限可以随脐带缆倾斜角的变化而改变的水翼摆动机构——下限位随动机构。首先,通过计算流体力学软件Fluent仿真分析了下限位随动机构对于水翼摆动角度的调节能力;其次,通过在常规水下牵引机内部加装一套平行四边形传动机构,设计了下限位随动机构原理样机,并通过搭建大型波浪模拟测试平台进行水池试验,验证了下限位随动机构原理样机的推进性能。研究表明,所提新型水翼摆动机构可以很好地提升水下牵引机的推进性能。     

波浪滑翔机的水动力性能分析

波浪滑翔机是一种新型的无人观测平台,能在不同海况下对海洋环境进行持续观测。介绍了其总体结构和运动机理,它是通过单纯的机械结构将波浪能转化为波浪滑翔机的前进动力,从而解决了常规滑翔机需要自带能源的弊端。基于三维势流理论和波浪的绕射辐射理论,再结合水动力分析软件AQWA,在频域内的规则波作用下,分析在不同方向下的水面浮体的动力响应,得到运动响应幅值算子(RAOs)。还分析规则波波幅对水下滑翔体推力以及整体航速的影响,得到推力与航速的关系。实验结果为以后的研究提供了理论数据参照。     

两栖混合驱动机器人单翼动力学分析与试验研究

为了实现足翼混合驱动两栖机器人水中高效、稳定浮游,开展了仿生水翼水动力分析与试验研究。首先针对非常规翼型的三维水翼进行结构简化,采用数值方法建立了单翼拍动水动力学模型,基于该模型分析了拍动周期、拍动幅值和拍动相位差等参数对水翼推进性能的影响;然后采用切片法,从翼尖轨迹特征、翼面压力分布以及尾涡脱落等角度,阐述了水翼水动力的产生机理;最后通过单翼水池试验,验证了所建立动力学模型的正确性。通过研究发现,水翼采用两自由度耦合拍动,摇翼和上下拍翼拍动相位差为1/4周期时,平均推力和平均升力达到最大;摇翼和上下拍翼拍动相位差为1/8周期时,推进效率最高;推进效率随拍动幅值增大而减小。     

深海海底钻机收放系统动力学随机数值仿真方法研究

提出了一种随机不规则波浪激励下的收放系统动力学随机数值仿真方法。该方法以随机不规则波浪为输入,应用雨流计数法分析收放系统动态特性响应随机分布特征,获取不同水深和海况条件下收放系统动态响应统计规律。以深海海底钻机收放系统为例,对随机不规则波浪激励引起的母船摇荡-脐带缆-深海海底钻机摇荡进行分析,建立了计入海水阻尼的深海海底钻机收放系统动力学模型。然后,以随机不规则波浪的有义波高为特征值,产生随机不规则波浪激励,应用收放系统动力学模型分析计算系统动态随机响应,应用雨流计数法分析收放系统动态响应特性随机分布特征,并对不同水深和海况条件下的钻机摆动状况、升沉运动以及脐带缆张力等动态特性进行随机数值仿真分析与讨论。所提出的方法为随机不规则波浪激励下,海洋装备收放系统动态特性分析提供了新途径。     

蹼翼型波浪滑翔机结构设计和运动原理分析

在传统波浪滑翔机研究的基础上,通过柔性蹼翼的引入和结构设计,对蹼翼型波浪滑翔机的运动原理进行了深入研究,建立了柔性蹼翼驱动力计算模型,搭建了原理样机并初步通过了造波水槽实验,实现了蹼翼型波浪滑翔机的滑翔功能。蹼翼型波浪滑翔机克服了传统波浪滑翔机的结构复杂易缠绕、机动性差和波浪能转化效率低等不足,能更好地应用于大尺度、长期的海洋环境观测应用研究。     

台风影响下海浪的特征分析

根据2011年6月和2012年7月海上石油平台(LF13-1)海洋自动站的监测资料,“海马”(1104)、“韦森特”(1208)台风影响下的气象及海洋水文参数变化.其结果表明,台风影响前有效波高一般＜1.0m,波周期＜6.0s.而在台风影响期间,其浪高平均为5m,最大浪高达9.7m,最大周期为9.5s.风速与波高、波周期正相关,而与波浪数呈负相关.平均风速与有效波高相关系数为0.94.台风中心与测站的距离越近,其波高越大;反之,侧波高越小.风速与波浪相速之比U/C决定了风与波浪的能量转换情况,当U＞C时风向波浪输送能量,波浪成长;U＜C时,波浪不再能从风能中获得能量,波浪衰减.波陡是一个波浪变化的一个重要参数,当波令C/U＞0.5时,波陡随波令增大而减小.     

机器人铝合金滚边参数对其质量影响的研究

为研究和解决铝合金滚边过程中出现的质量问题(波浪系数和伸缩量),通过CAE软件模拟仿真的方法模拟了铝合金的滚边过程。其次,采用正交实验设计的方法在常见的滚边参数中选择设置不同的滚边参数,形成多组正交试验模型,并计算出每一组模型滚边后的铝合金滚边板件的波浪系数和伸缩量,并用正交试验的数据处理方法对得到的多组波浪系数和伸缩量进行数据分析对比。结果表明,不同滚边参数对铝合金板件滚边后的波浪系数和伸缩量有不同的影响,且影响程度不同。     

空间并联弹簧波能转换装置水动力学研究

针对波浪能转换装置(WEC)能量捕获效率问题，设计了一种含有空间并联弹簧组件的非线性动力输出系统(PTO)。基于牛顿第二定律建立了浮子垂荡运动微分方程，获得给定波浪激励下振荡浮子的运动学规律。基于入口边界法构建三维规则波数值波浪水槽，并进行了波能转换装置流固耦合动力学仿真分析，计算结果同理论模型结果一致。进一步考虑空间并联弹簧的弹性系数、空间几何夹角以及波高、波浪周期等波浪参数对装置波能转换效率的影响，获得PTO系统弹簧刚度系数的优化设计区间以及弹簧空间夹角取值区间。研究结果对非线性波能转换器的设计与优化具有重要的工程意义。     

密度比对半主动拍动翼海流能采集系统影响研究

针对基于振荡水翼的海流能采集系统水动力学机理尚不完全清楚的问题,对半主动海流能采集系统的各项参数进行了数值模拟研究。半主动海流能采集系统俯仰运动由执行机构通过外力控制,升沉运动由作用在水翼上的水动力激发。先研究了最大有效攻角、拍动频率对系统能量采集效率的影响,进一步研究了水翼与流体的密度比对系统能量采集效率的影响。研究结果表明,密度比对系统的能量采集效率有较大影响,在所选用的参数范围内,能量采集效率随着密度比减小而增大。因此,水翼本身的惯性的影响在半主动海流能采集系统的研究中不可忽略。     

武器升降平台竖直振动的分析

舰船在海上航行的过程中,波浪作用会使舰船在竖直方向做升沉运动,舰船的运动使安装于其内部的武器升降平台产生振动。运用P-M谱对波浪单位波面能量的计算公式进行推导,再根据竖直方向能量守恒得出某一海况下舰船的升沉幅值。建立武器升降平台竖直方向振动模型,以舰船的升沉作为激励对振动模型进行系统仿真,得出武器升降平台竖直振动特性。     

基于CFX的仿生鱼尾摆动水动力仿真及优化

仿生机器鱼作为一种独具特色的水下机器人,备受军事、工业部门广泛关注。文中介绍了一种基于CFX的二维摆动尾鳍推进性能的水动力仿真分析方法,采用先进计算流体力学方法对其长度、摆动频率进行分析。通过选取较好的尾鳍物理、运动参数,达到二维摆动尾鳍高效推进的目标。采用三次样条曲线拟合尾鳍摆动的振型函数,实现其振型函数优化,以提高推力、增大航程。结果表明优化后的振型函数可使尾鳍获得更大的推力,较初始振型函数可提高548.8%。     

深水勘察装置波浪补偿系统设计

分析了装置总体结构的工作原理及功能要求．基于位移型升沉补偿策略设计了油缸和蓄能器相结合的波浪补偿系统,并对油缸补偿系统部分进行受力计算．根据受力方程建立了系统的数学模型,应用MATLAB分析工具进行了系统仿真．系统能满足浪高6m、周期12S的海况条件,最大升沉补偿速度达到1．5m·S,最大补偿功率600kW．     

涂层对绕水翼云状空化的运动特性及动力特性影响的试验研究

采用多种试验技术方法讨论了不同涂层水翼云状空化的空穴形态、运动特性和动力特性。三种涂层分别为光滑环氧涂层(模型A)、光滑氟碳涂层(模型B)和表面粗糙氟碳涂层(模型C)。研究表明:(1)涂层的粗糙度和材质共同影响绕水翼云状空化流动特性;(2)不同涂层水翼的空穴形态不同:附着在模型A的空穴厚度更小,空穴长度随时间变化更快,空穴脱落周期更短。且模型A透明空穴区透明性更好,变化范围最小,模型B其次,模型C最大。(3)涂层影响云状空化运动特性:绕不同涂层水翼的局部低速区和涡量区位置的各不相同导致透明空泡堆积位置也不同,局部正涡量区位置的不同导致出现旋涡水汽混合区位置的差异,模型A的旋涡水汽混合区位置距离水翼头部最近,B其次,C最远;(4)与粗糙度相比,涂层材质对绕水翼云状空化的动力特性影响更为明显。不同涂层水翼升力系数急剧下降区不同,升力的主导频率也不同,但与云空化流动结构中空化的变化周期相一致,此外绕模型B空穴转变为云状空化的空化数比模型A、C的要小,因此模型B涂层能够抑制云状空化发生。     

波浪运动机械模拟器设计与仿真研究

为解决实验室环境下波浪输入信号的产生问题，文中结合线性波理论，提出一套可变频率、变波高的凸轮机械式波浪模拟器的设计方案。依据不同海况的波浪特性，采用不同直径的凸轮用以模拟波高变化。以直流伺服电机变压调速方式模拟波频变化，将所需模拟的波频特性转换为转速信号作为输入，伺服电机经由减速器带动凸轮转动，以凸轮实际转速作为输出，通过检测装置实时测定凸轮转速作为反馈，建立波浪运动机械模拟器转速闭环PID控制系统模型。利用ADAMS与MATLAB仿真软件对波浪运动模拟装置的机械系统与控制系统进行联合仿真，通过整定PID控制参数，解决了变频系统输出超调率过大问题。文中研究为实验室环境下研究振荡扑翼波浪能发电装置试验中波浪模拟输入问题提供了新思路、新方法，给海洋工程装备的开发提供重要依据。     

二阶波浪力的仿真计算

水下机器人在浅水水域受到浪流的影响比较大,其中波浪所产生的二阶波浪力对水下机器人的姿态影响很重要,在二阶波浪力的扰动下,将产生相应的低频非线性运动。而二阶波浪力的计算直接与它的振幅相关。首先研究了二阶波浪的仿真及运算,然后利用得到的波浪信息进行二阶波浪漂移力的计算并对其进行了仿真,给出了波浪力参数随浪向角变化的结果。该研究结果为水下机器人控制系统的设计奠定了基础。     

7500t特大型浮吊波浪载荷分析与计算

根据船舶动力学的基本理论,分析计算在工作环境下7500t特大型浮吊所受到波浪载荷作用情况.以海况等级5,蒲福风级5级,波高2ζa=1.4m,平均周期Tz=5.4s工作环境为例,分析计算横向及纵向波浪对7500t浮吊的垂荡干扰力、干扰力矩及横漂力,并为7500t特大型浮吊的抗倾覆稳定性计算提供基础理论数据.     

车门滚边参数对板件波浪系数与伸缩量的影响

滚边作为车门成型的最后一道工序,其质量不仅对车门边缘外观有影响,还对汽车整体外形尺寸精度有很大影响。对车门滚边过程中滚边参数(滚轮直径、预滚边第一道次TCP-RCP值、预滚边第二道次TCP-RCP值)对板件表面波浪系数和伸缩量的影响进行了研究。依据正交试验的方法设置几组不同滚边参数模型进行滚边仿真,得到不同组之间板件的波浪系数以及伸缩量并进行对比分析。通过分析发现,预滚边第一道次TCP-RCP值对板件波浪系数影响较大,预滚边第二道次TCP-RCP值对板件伸缩量影响较大。并在最后提出优选方案,为以后的实际应用提供了参考。     

波浪作用下ETMD对W12—1海洋平台振动控制分析

建立W12-1海洋平台的有限元模型.利用MATLAB编写程序,生成不同有效波高时随机波浪载荷.在不同波浪载荷的作用下,选择合适的ETMD系统参数,获取有ETMD减振系统和无ETMD减振系统情况下海洋平台有限元模型节点的位移时程曲线.对海洋平台振动控制效果进行有限元分析表明:ETMD减振系统能够有效控制海洋平台在随机波浪载荷作用下的振动,平台甲板位移最小减少64.46%,最大减少87.86%;平台整体在不同波浪载荷作用下的平均减振效果分别为67.06%、86.90%和80.01%.     

多功能波浪浮标的研制

本文简述了多功能波浪浮标的研制过程,着重解析了浮标体、系留部分及波高倾斜一体化传感器的设计,并对其主要功能和初步应用做了介绍.     

沉船提升被动型液压升沉补偿系统仿真研究

分析了沉船打捞多缸同步提升系统特点及工作原理,针对沉船打捞中驳船易受波浪影响而上下运动,设计了被动型液压升沉补偿系统,搭建了系统AMESim仿真模型。在简化系统负载模型的基础上,仿真研究了升沉补偿系统工作特性,结果表明,所设计被动式升沉补偿系统能够有效地降低波浪对沉船提升过程的影响。