[发明专利]一种模拟拖船摇荡拖航下海洋拖缆动力响应试验装置

说明书

本发明公开了一种模拟拖船摇荡拖航下海洋拖缆动力响应试验装置，涉及流体力学及结构力学交叉技术研究领域，其特征在于，包括平面运动模块、拖缆悬挂模块、连接模块和拖缆模型；所述平面运动模块与所述连接模块相连，所述连接模块包括第一万向节，所述平面运动模块能带动所述第一万向节在X方向和Z方向上运动；所述拖缆悬挂模块包括第二万向节，所述拖缆悬挂模块可以调节所述第二万向节在X方向和Z方向上的位置并进行固定；所述拖缆模型与所述第一万向节和所述第二万向节相连。本发明可以实现不同摇荡周期和摇荡幅值下的海洋拖缆动力响应试验，在试验时不影响拖缆周围的流场，试验装置可以拆分成小件，便于运输和安装。

技术领域

本发明涉及流体力学及结构力学交叉技术研究领域，尤其涉及一种模拟拖船摇荡拖航下海洋拖缆动力响应试验装置。

背景技术

海洋地震勘探系统是探测海底资源的重要系统，它由勘探船、海洋拖缆和水下拖体三部分组成。海洋拖缆作为重要的附属连接系统，为水下拖体提供电力，并将水下拖体采集得到的信号传输回勘探船。在工作过程中，海洋拖缆处于恶劣的环境中，受到复杂的流体作用力、拖船摇荡力、自身重力等的作用，由于海洋拖缆细长比大、刚度小，在海流作用下会在拖缆两侧产生周期性变化的升力，使拖缆发生大幅值的涡激振动，对拖曳系统的采集效率和拖缆的疲劳损伤产生影响。同时，由于波浪的作用，勘探船会发生垂荡、纵荡等运动，拖缆受到拖船摇荡的影响，会产生波致振动，波致振动和涡激振动相互耦合会激发更剧烈的响应，对拖曳系统造成更大的危害，因此开展相关的拖缆流致振动试验，研究波致振动和涡激振动机理至关重要。

拖缆由于工作要求的不同，会呈现不同的平衡位形，相应的遭遇流场也会产生变化，最显著的特点是拖缆的轴线与流场的方向呈一定的角度，由此产生的沿拖缆轴向的流体分量会对拖缆的涡激振动产生影响，若再计及拖船摇荡的作用，响应会更加复杂，且机理尚不明确，因此开展计及拖船摇荡的拖缆动力响应试验具有重要的意义。以现有的技术和试验条件，开展实尺度试验成本高，所需的场地大，测量设备要求高，不切合实际，开展相应的模型试验更具有可行性，但同时会遇到以下问题：(1)勘探船制作成本大，且当考虑波浪作用会，船模很难达到一个稳定的动态平衡状态，对测量效果产生影响，且波浪对船模的作用难以量化，难以做系统性研究；(2)在拖曳过程中，拖体受到的流体载荷会和拖缆的涡激振动相互耦合，拖体难以稳定，很难检测出拖缆受到纯涡激振动作用下的响应。现有技术中，实用新型专利CN210953321U公开了一种海洋脐带缆涡激振动试验装置。该试验装置虽然能够模拟不同海洋管缆与来流方向夹角对涡激振动的影响，但是无法模拟拖船摇荡对缆线涡激振动和波致振动的影响。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够模拟拖船摇荡对缆线涡激振动和波致振动影响的海洋拖缆动力响应试验装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在海洋拖缆动力响应试验装置中模拟拖船摇荡对缆线涡激振动和波致振动的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种模拟拖船摇荡拖航下海洋拖缆动力响应试验装置，其特征在于，包括平面运动模块、拖缆悬挂模块、连接模块和拖缆模型；所述平面运动模块固定在拖车上，所述平面运动模块与所述连接模块相连，所述连接模块包括第一万向节，所述平面运动模块能带动所述第一万向节在X方向和Z方向上运动；所述拖缆悬挂模块包括第二万向节，所述拖缆悬挂模块可以调节所述第二万向节在X方向和Z方向上的位置并进行固定；所述拖缆模型与所述第一万向节和所述第二万向节相连。

进一步地，所述平面运动模块包括两个丝杠模组和型材，所述两个丝杠模组包括X方向丝杠模组和Z方向丝杠模组，所述X方向丝杠模组通过所述型材固定在所述拖车上，所述Z方向丝杠模组安装在所述X方向丝杠模组的滑块上。

进一步地，所述连接模块还包括连接杆和六分力仪，所述连接杆的上端与所述Z方向丝杠模组的滑块相连，所述连接杆的下端与所述六分力仪的上端相连。

进一步地，所述第一万向节与所述六分力仪的下端相连，所述拖缆模型与所述第一万向节的下端相连。