水下滑翔机三维定常运动建模与分析

针对水下滑翔机运动过程中的特点,水下滑翔机实际运动过程可以分为定常运动段和非定常运动段,对自设计的水下滑翔机原理样机建立了基于单刚体六自由度的定常运动段的数学模型并进行了数值仿真,在此基础上分别对水下滑翔机运动过程中的两种定常运动—直线定常运动和螺旋定常运动进行了分析。结论显示在直线定常运动中俯仰角和攻角随平移质量块位置的增大先变化迅速后变化缓慢。滑翔角随平移质量块位置的增大近似呈线性增大的关系。在螺旋定常运动中通过模型仿真得到螺旋运动特征参数(螺旋半径、螺旋线螺距、螺旋时间周期、速度)和状态参数(滑翔角、翻滚角、各方向速度分量、各方向角速度分量),根据最小二乘法拟合得到它们之间的关系,从而说明了螺旋运动状态是如何通过调整平移质量块移动距离,旋转质量块旋转角度和净重力等控制量而变化的。     

自持式剖面循环探测漂流浮标水下运动过程实例分析

文章对正在研制中的“自持式剖面循环探测漂流浮标”完成一个剖面测量任务的过程,进行了运动分析和数值计算。数值计算结果与试验数据的对比显示,数值计算结果是可信的,这对了解浮标在水下的运动状态提供直观的帮助,并为浮标的海上试验提供了参考依据。     

水下航行体触网关联体运动建模与仿真分析

为防止水下航行体攻击水面舰艇,提高水面舰艇的防御和生存能力,根据尾流自导水下航行体的攻击特性,在舰艇尾流后方布撒拦截网是直接、有效的对抗手段之一。为了深入了解水下航行体触网关联体的运动特性,通过建立水下航行体触网关联体仿真运动模型,得到了水下航行体在不同触网位置下关联体的运动状态变化规律。结果表明：1）水下航行体触网后,速度逐渐降低,最终趋于稳定,稳定速度的大小与触网位置和关联体质量基本无关;2）配重的速度随时间变化关系为先迅速增大,后逐渐降低。仿真结果对舰艇反水下航行体拦截网设计研究具有一定的参考意义。     

甲板上浪过程中水流运动规律数值研究

甲板上浪发生时产生的巨大冲击载荷可以对海洋结构物造成严重破坏,其发生时的海况比较恶劣,带有较强的非线性特点。采用CFD软件Fluent中的动网格功能造波结合软件中的VOF模块捕捉自由液面再现了单个极大波浪的生成过程,继而对固定甲板情形下的上浪问题进行了考察,波浪遭遇甲板后产生了流动的分离,甲板上下的水体表现出了完全不同的流动特点。通过可视化计算结果和深入细致的速度剖面分析,更好地加深了对这一复杂流动过程的理解。最后还将模拟结果与实验结果在定性和定量上进行了对比,表现出了良好的一致性。     

直立式水下驻留平台座底稳定性分析

建立了适用于大攻角状态的水下平台六自由度数学模型,使用四元数替代欧拉角描述平台姿态,以消除某些特殊情况下因平台姿态变化或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象。 基于弹性力学相关理论建立符合海底真实物理特性的弹塑性数值模型,将座底平台-海底间交互作用与平台空间运动模型相结合,预报直立式平台座底驻留后对海流作用的运动响应,分析平台座底稳定性,为后续设计提供参考。     

GIA重力与垂直位移理论近似关系的实测验证

利用位于冰川均衡调整(GIA)近场的北美和北欧地区绝对重力和GPS垂直位移观测数据,得到GIA重力与垂直位移的实测比值为0.145±0.019μGal/mm,验证了Wahr关于GIA重力与垂直位移的近似理论线性关系,发现理论值与实测值的相对差异为6.2%。研究结果可为利用该理论近似线性关系的相关研究提供有意义的参考。     

Hydrodynamic Modeling of Vertical Velocities in the Lofoten Vortex

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - We analyze high-resolution hydrodynamic modeling data using the Massachusetts Institute of Technology general circulation model (MITgcm), which is a...     

南海深海声学散射层垂直分布和昼夜变化初步研究

2013-09利用船载Simrad EK60科学鱼探仪(38kHz)对南海深海声学散射层进行了连续监测,并结合变水层拖网采样分析了其垂直分布和昼夜变化。结果表明,南海深海存在2个明显的声学散射层,特征深度分别为0~100m和350~700m,并且2个散射层间存在较为明显的昼夜垂直移动现象。其随时间变化情况为:16∶00-19∶00,350~700m散射层中的部分生物逐渐向上移动到0~100m散射层;04∶00-07∶00,这部分上升的生物又逐渐移回至350~700m散射层。变水层拖网采样结果发现,白天0~100m散射层内渔获物数量较少,夜间0~100m散射层内渔获物较多,验证了声学映像所检测到的2个散射层间确实存在昼夜移动的现象。     

Numerical Modeling of a Single-Point Mooring Cage With a Frontal Rigid Frame

In recent years, the development of single-point mooring (SPM) cage systems has attracted much attention due to its eco-friendly features. A numerical model of this cage system is developed to estimate the maximum tension force of mooring system and net-volume deformation under a typical 50-year return period of local sea state. The results show that the cage system with a rigid frame can improve the net-volume deformation significantly in comparison to its counterpart without a frame, but its mooring line tension will slightly increase. The study also illustrates that the maximum tension will rise linearly as the number of cages increases, but the net-volume reduction coefficient remains almost the same.      

一种具有能量吸收特性的非线性锚泊系统数值模拟与分析

锚泊系统是离岸可再生能源发电设备的核心部分,其应对极端环境载荷的能力直接影响装置浮式安装基础的可靠性与安全性。文中讨论了一种具有能量吸收特性的新型锚泊系统,详细分析了该锚泊系统的结构组成,通过建立数值模型进行仿真计算和分析,得出不同锚系配置方案和极端环境条件下的计算结果,证明这种新型锚泊系统具有良好的非线性载荷响应特性,可提高离岸可再生能源发电设备的可靠性和极端海况条件下的生存性。     

Mathematical Modeling of the Hydrodynamic Forces on a Trawl Door

Precise control of trawl systems is assumed to be beneficial from both economic and environmental reasons. Using the trawl doors as actuators could increase the amount of available control forces. Adequate mathematical models of the hydrodynamic fores on the trawl doors are needed for control system design and verification. This paper presents a method for mathematical modeling of the hydrodynamic forces on the trawl doors. These forces are divided into steady-state forces and transient effects. The six degrees of freedom (six dof) steady-state hydrodynamic coefficients of a trawl door have been found as a function of its angles of attack and slip, based on wind-tunnel experiments. The coefficients are parameterized for smoothing and computational performance, and methods for extending the validity of the model in terms of orientation and trawl door shape are presented. The transient effects are described as functions of relative accelerations between the trawl door and the ambient water, angular velocities of the trawl door and circulation buildup. These effects are manifestations of variations in the flow around the trawl door and its wake, and a numerical method based on potential theory is employed to investigate them. A computational efficient, nonlinear, state–space model of the hydrodynamic forces is finally proposed. It accounts for steady-state and unsteady hydrodynamic forces and moments in six dof, suitable for trawl control system design and analysis.     

分层纵向水下无线光信道建模研究

水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）是水下物联网感知层的新兴技术之一。在感知层中,UWOC技术常被用于支持数据的纵向上行传输。针对几何光学理论无法准确描述UWOC链路衰减的问题,研究了基于MIE散射理论的纵向UWOC信道模型;提出了分层的纵向海水介质模型,在此基础上设计了一种利用蒙特卡洛仿真方法对UWOC纵向链路进行评估的方案。该方案考虑了收发装置空间位置的非对齐以及出现位置失配的情况,通过该方案可求得UWOC链路冲激响应的数值结果,研究成果对于UWOC设计具有重要意义。     

水处理中SMP和EPS生成机理的数学模型建立及仿真

根据质量守恒原理提出了一个新的解释膜生物反应器中的可溶性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)生成机理的数学模型。该模型结构简单,仅有底物、活性污泥、SMP和EPS四个组分,且参数确定的工作量较小。通过实验验证可知该模型能正确地模拟出膜生物反应器中的污泥生长和SMP形成的生物反应过程。     

Mathematical Modeling of Moored Ship Motion in Arbitrary Harbor utilizing the Porous Breakwater

The motion of the moored ship in the harbor is a classical hydrodynamics problem that still faces many challenges in naval operations, such as cargo transfer and ship pairings between a big transport ship and some small ships. A mathematical model is presented based on the Laplace equation utilizing the porous breakwater to investigate the moored ship motion in a partially absorbing/reflecting harbor. The motion of the moored ship is described with the hydrodynamic forces along the rotational mo...