[发明专利]一种内波与潜体相互作用的实验系统

说明书

本发明公开了一种内波与潜体相互作用的实验系统，包括：潜体模型、运动模拟组件、运动记录组件及实验槽，潜体模型包括潜体外壳及第一配重块，第一配重块置于潜体外壳中。因此，本发明实施例提供的内波与潜体相互作用的实验系统，利用球形铰式万向联轴器的连接，使得潜体可以相对于连接杆做三个方向的转动，并利用三向电子陀螺仪实时记录潜体的X、Y、Z方向转动的角速度，同时记录潜体X、Y、Z方向的加速度，利用三个压力传感器记录内孤立波行进过程中潜体模型以及连接杆件上的X、Y、Z三个方向上的内孤立波波浪力，进而将记录结果通过导线传输至显示器，实时显示测力数据，并记录在数据文件当中。

技术领域

本发明涉及海洋内波实验技术领域，尤其涉及一种内波与潜体相互作用的实验系统。

背景技术

海洋内波是发生于海水表面以下的一种波动形式，是一种重力波，或称为内惯性重力波。近几十年，各国专家学者通过实测或遥感手段观测发现，内波在海洋当中是一种非常常见的自然现象。海洋中内波的波长范围一般从几百米到几十千米不等，周期从几分钟到几小时不等。在连续分层的海水当中，冷水、热水或淡水、盐水产生的密度梯度通常来说比较小，但正是由于这种密度梯度很小，引起分层界面上海水粒子的垂向运动所需的扰动就很小。简单来讲，船行驶的扰动就可能在海水密度分层的海域形成内波。也正是由于形成内波需要的扰动很小，内波的振幅通常会比表面波大很多，一般从几米到上百米不等，目前为止观测到的最大内波振幅为180m。内波引起海水的垂向运动对于海洋中的能量输运至关重要，它能将海洋上层的能量传至深层，又把深层较冷的海水连同营养物质带到较暖浅层，促进海洋生物的繁衍生息。内波导致海水等密度面的波动，影响声速的大小和方向均匀性，对声呐的影响极大，有利于潜艇在水下的隐蔽。内波也有其有害的一面，内波与表面波一样会对海上设施造成影响，内波对船只航行和潜艇航行也都有着明显的影响。尤其是内孤立波，其波长范围从几十千米到几百千米不等，非线性特征非常强，变化周期在几个小时，空间尺度为几百米到几千米不等。内孤立波通常是由于内潮前进期间遭遇海底地形的影响而形成的，这种波动对水下航行器危害非常大。当潜艇遭遇内孤立波时，内波强大的速度场和压力场会把潜艇拖曳至深水，巨大的水压会破坏潜体结构使之破碎；当潜艇越过内孤立波的波峰时，极强的转向力也可能会造成潜艇结构断裂。

目前国内外对于潜艇在内孤立波中的运动形式的研究较少，已有的研究中也多为理论计算研究。例如：有学者研究周期性内波与潜体相互作用，得出相同潜深处，潜体模型在水平和垂向受内波波浪力和力矩会随着内波周期和波幅增大而增大，潜体模型在密度跃层处所受内波波浪力最大，在周期性内波激励下，潜体模型有倍频等非线性动力响应现象发生的理论结果。对于潜体随内波做耦合运动的研究中发现，潜体运动响应表现出波频特征和缓变漂移性，潜体一面以内波波频做垂荡和纵摇运动，一面缓慢向上漂移。另外，在针对内孤立波作用下潜体的耦合运动形式做了模型试验，其实验装置将潜体模型用半柔性绳固定于内波水槽当中。

然而，现有技术中所作的研究，对于内孤立波作用下的潜体耦合运动的理论研究，无法准确得出实验数据，从而降低准确性；并且，现有技术的实验设备中，由于柔性绳的固定以及弹力，潜体的运动形式很大程度上会呈现出以固定点为圆心，柔性绳长为半径的范围内的圆周运动，从而导致实验状态与实际内孤立波作用下的潜体运动形式不相符，降低实验准确度。

发明内容

本发明实施例提供了一种内波与潜体相互作用的实验系统，解决了现有技术内波与潜体相互作用的实验系统准确度低的问题。