水下生产系统发展现状和研究热点

针对传统海上生产平台存在建设周期长、成本高和抵抗灾害能力弱等问题,水下生产系统逐渐成为深水油气资源开发的主流模式。本文总结了水下生产系统的发展历程及其国内外发展现状,归纳了全液压式、电液复合式和全电式水下生产系统的特点,包括其工作原理及组成部分的变化,总结了其优点和不足。讨论了目前的研究热点,含有水下分离技术、水下电力输送技术和水下多相增压技术等。研究表明:电液复合式水下生产系统应用最为广泛,而全电式水下生产系统成为未来的发展趋势。     

基于拖曳和自航模试验的小水线面双体船水动力性能研究

以某千吨级小水线面双体船为研究对象,采用静水中拖曳方式研究小水线面双体船在静水中的阻力性能、浮态变化以及采用双桨双舵推进的自航模方式,重点考察小水线面双体船首尾鳍攻角安装位置及其在不规则波浪中的运动性能.试验满足模型和实船的几何相似、运动相似和重力相似的要求,Froude数和Strouha数分别相等.试验首先通过静水中拖曳方式测试浮态试验来确定首尾稳定鳍的合适安装攻角,然后在不规则波中考察小水线面双体船的运动规律.研究表明,该船必须根据流线来确定首鳍攻角,否则首鳍会产生较大的实际攻角,从而加大船的纵倾.同时该船在迎浪和首斜浪情况下运动幅值较小,尤其是垂向加速度,但在随浪和尾斜浪的情况下纵摇和横摇较大.     

水下气动发射装置发射性能参数灵敏度分析

为了研究某型水下气动发射装置的内弹道性能,对主要参数的影响规律和灵敏度进行了分析。基于热力学和动力学理论建立了发射系统各部件的数学模型,再将它们综合起来得到了发射系统的整体模型。由模型计算的武器发射管内的运动时间、气瓶剩余压强与水池试验结果吻合,验证了模型的有效性。利用局部灵敏度分析法,对发射管最高膛压和武器出管速度的4个主要参数进行了影响规律分析。结果表明:影响发射过程最高膛压的最灵敏参数为武器运动初始阻力;影响武器出管速度的最灵敏参数为发射气瓶初始压强和发射阀最大开启面积。     

水下滑翔机浮力调节系统设计及动态性能研究

通过动力学分析,确定水下滑翔机的体积变化范围达到±200 mL就可以保持滑翔运动.比较水下滑翔机经常采用的两类改变体积的方法,选用液压方式的浮力调节系统为水下滑翔机提供动力.浮力调节系统由外部油囊、内部油缸、双向泵、单向阀和电磁开关阀组成,采用AMESim软件的仿真分析结果表明,浮力调节系统工作时间稳定、排量变化均匀.实验结果表明,水下滑翔机的体积变化可以准确测量,集成于内部油缸的传感器使体积变化的分辨率达到0.76 mL,在0.2～1.5 MPa的环境压力下,浮力调节系统的排油和回油时间稳定在80 s左右,其工作性能符合水下滑翔机运动需求.     

PV-ETFE气枕系统冬季性能试验研究

针对光伏电池（PV）-乙烯四氟乙烯（ETFE）气枕一体化建筑体系,设计研制了柔性非晶硅薄膜太阳能电池与三层ETFE气枕一体化系统及测量系统. 在太阳辐射强度低的冬季,对该系统进行7次现场实测试验,得到太阳辐射强度、系统电能、耗电、气枕温度和气枕内外压力差等参数. 通过试验数据分析得到当太阳辐射强度大于103 W/m2时,系统正常工作;在整个试验期间,平均每天太阳能蓄电池蓄电量为49.7 W·h,气枕内、外温度差为10.4 ℃.通过试验验证了PV-ETFE气枕一体化系统冬季应用的可行性,揭示了系统的电气特征、ETFE气枕结构行为特征.     

深度约束的海底控制网点坐标确定方法

为解决传统水下控制网解算中基于三维空间距离交会确定控制点坐标存在的垂直解不稳定问题,借助压力传感器提供的深度信息,提出了融合深度差的二维平差方法和附加深度的三维约束平差方法.融合深度差的二维平差方法将深度差作为已知值,将三维空间交会问题转换为二维平面交会问题,在二维平面构建平差模型,确定水下控制点坐标;附加深度的三维约束平差方法将深度作为高精度观测值和约束条件,并与空间距离方程联合解算,确定水下控制点坐标.在松花湖水域进行实验,结果表明,两种方法均将水下控制点解算精度提高了2~5倍,说明在水下控制网解算过程引入深度信息构建平差模型,有助于提高控制网点坐标三维解的稳健性和精度.     

仿胸鳍推进系统的水动力实验研究

为了研究仿生力学在非定常流动中的应用,针对刚性胸鳍建立了二自由度运动模型,设计了实现二自由度运动模式的仿胸鳍操纵系统的实验装置.胸鳍推进系统主体由两个伺服电机控制系统组成,能够产生限定范围内的各种预定的摇翼运动和前后拍翼运动的组合.研究耦合运动的相位差、摆动频率、滚转幅值、拍动幅值、滚转偏角、拍翼偏角等参数对胸鳍水动力性能的影响,得到各水动力系数在一个周期内随时间的变化趋势.实验结果为研发高机动仿生水下机器人奠定了技术基础.     

舰艇单缆拖带安全与非线性运动特性试验研究

在海洋环境中,舰艇的单缆拖带运动呈现许多突变现象,这些突变现象是导致拖缆断裂的主要原因.对此进行了拖曳水池模型试验研究,共进行了33种不同方案的拖曳,考虑了静水及波浪2种环境,锚链及尼龙纤维缆2种缆绳.试验测得拖带运动响应8个特征值的时间历程.研究结果表明,试验中的各种动力学响应数据清楚地体现了舰艇拖带的非线性动力学特...     

拖体被动升沉补偿系统非线性建模及仿真

为了研究拖体被动升沉补偿系统中蓄能器压力和流量的非线性关系对拖缆张力和拖体深度的影响,运用软件“AMESim”建立了系统的非线性仿真模型,在41、165 L的蓄能器压缩空气初始体积和0.6、0.781、1.0、1.25 rad/s的母船升沉运动参数下,分别对拖缆张力和拖体深度变化进行了仿真研究.研究表明,当被动升沉补偿系统稳定工作时,拖缆张力变化范围与蓄能器压缩空气初始体积大小成反比,蓄能器压力和流量的非线性关系促使拖体深度沿一定斜率的斜线变化,产生了“拖体深度漂移”.     

Experimental and theoretical investigation on mechanisms performance of the rock-coal-bolt (RCB) composite system

For coal mines, rock, coal, and rock bolt are the critical constituent materials for surrounding rock in the underground engineering. The stability of the “rock-coal-bolt” (RCB) composite system is affected by the structure and fracture of the coal-rock mass. More rock bolts installed on the rock, more complex condition of the engineering stress environment will be (tensile-shear composite stress is principal). In this paper, experimental analysis and theoretical verification were performed on the RCB composite system with different angles. The results revealed that the failure of the rock-coal (RC) composite specimen was caused by tensile and shear cracks. After anchoring, the reinforcement body formed inside the composite system limits the area where the crack could occur in the specimen. Specifically, shearing damage occurred only around the bolt, and the stress-strain curve presented a better post-peak mechanical property. The mechanical mechanism of the bolt under the combined action of tension and shear stress was analyzed. Additionally, a rock-coal-bolt tensile-shear mechanical (RCBTSM) model was established. The relationship (similar to the exponential function) between the bolt tensile-shear stress and the angle was obtained. Moreover, the influences of the dilatancy angle and bolt diameter of the RCB composite system were also considered and analyzed. Most of the bolts are subjected to the tensile-shearing action in the post-peak stage. The implications of these results for engineering practice indicated that the bolts of the RCB composite system should be prevented from entering the limit shearing state early.     

地源热泵系统长期运行特性的实验研究

针对一个3715 m2地源热泵系统,进行了系统运行特性的长期测试实验。结果表明,长期运行条件下,热泵机组平均COP分别为3.55(冬季)和2.80(夏季),冬季工况和夏季工况的系统COP分别呈递增和递减趋势,且变化规律可表述为指数形式。与冬季工况相比,夏季工况的系统COP波动较大,而且在初始阶段存在一个峰值。