[发明专利]一种潜标系统布放时水下分离系留索强度仿真方法

说明书

本发明公开了一种潜标系统布放时水下分离系留索强度仿真方法，涉及潜标技术领域，能够通过对潜标系统在布放过程中各个阶段浮体和锚的运动曲线计算系留索的最大张力，从而得到系留索的设计强度。潜标系统初始状态为浮体置于杯状空间内；潜标系统的布放过程顺次包括三个阶段；第一阶段为进入海水后，潜标系统总体下沉运动；第二阶段为潜标系统总体达到预定深度后，浮体与锚分离，浮体向上运动以及锚向下运动；第三阶段为系留索受力后，浮体和锚在系留索的作用下联合运动直至锚着底。根据潜标系统在布放过程中三个阶段的运动规律，分别按照动力学理论确定数学模型，然后求解出系留索上的最大张力，从而得到系留索的设计强度。

技术领域

本发明涉及潜标技术领域，具体涉及一种潜标系统布放时水下分离系留索强度仿真方法。

背景技术

潜标用于海洋勘测，必须将潜标布放于一定范围、深度的海域水中，由于潜标系统的体积庞大，海况的不确定性也很大，因此布放过程难度大，往往布放前将潜标系统组装成一个整体，通过科考船将潜标整体布放入水，然后整体自动下沉、浮体与锚分离、系留索受力、锚牵引浮体下沉，锚着底，整个过程非常复杂，其中一点就是总体分离时由于潜标浮体的正浮力和锚的负浮力使浮体与锚之间的系留索受到拉力的作用，要求这个拉力必须满足系留索的强度要求，不允许被拉断。

因此，在布放前，必须根据浮体和锚的衡重参数以及系留索的弹性系数，海水的密度等物理参数以及布放过程中分离特性，计算出系留索的最大拉力，确保能够满足索的强度要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种潜标系统布放时水下分离系留索强度仿真方法，能够通过对潜标系统在布放过程中各个阶段浮体和锚的运动曲线计算系留索的最大张力，从而得到系留索的设计强度。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种潜标系统布放时水下分离系留索强度仿真方法，潜标系统包括浮体、锚、系留索以及尼龙缓冲索，浮体通过系留索以及尼龙缓冲索与锚相连，锚为杯式锚，上部具有杯状空间，仿真方法具体为：

潜标系统初始状态为浮体置于杯状空间内；潜标系统的布放过程顺次包括三个阶段；第一阶段为进入海水后，潜标系统总体下沉运动；第二阶段为潜标系统总体达到预定深度后，浮体与锚分离，浮体向上运动以及锚向下运动；第三阶段为系留索受力后，浮体和锚在系留索的作用下联合运动直至锚着底。

在第一阶段，构建潜标系统总体运动曲线，计算获得潜标系统总体达到预定深度后，浮体与锚分离时，潜标系统总体的分离位移与分离速度作为第二阶段的初始条件。

在第二阶段，构建第二阶段浮体运动曲线和第二阶段锚运动曲线，计算系留索受力开始时刻浮体的位移和速度以及锚的位移和速度作为第三阶段的初始条件。

在第三阶段，构建第三阶段浮体运动曲线和第三阶段锚运动曲线，解算系留索的张力曲线，取系留索的张力曲线中最大值为最大张力，并依据最大张力设计系留索的强度。

进一步地，在第一阶段，构建潜标系统总体运动曲线，具体为：

其中M_z为潜标系统总体的质量；y_z为潜标系统总体的位移；F_z为潜标系统总体浮力；g为自由落体加速度；ρ为海水密度；S_z为潜标系统总体迎流面积；C_z为潜标系统总体阻力系数。

在第一阶段，y_z＜y_f；y_f为潜标系统总体达到预定深度后，浮体与锚分离时，潜标系统总体的分离位移。

初始条件为从海水平面开始，潜标系统总体的速度初始值为0。

进一步地，在第二阶段，构建第二阶段浮体运动曲线和第二阶段锚运动曲线，具体为：

所构建的第二阶段浮体运动曲线为：