Динамический анализ буксируемого троса переменной длины при поворотах

Oct 16, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3525 (2023) Цитировать эту статью

298 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Конфигурация морского буксирного троса существенно меняется в процессе поворота, причем наиболее часто встречается процедура вращения с фиксированной длиной троса. Чтобы преодолеть эти проблемы, необходимо учитывать конфигурацию и динамические свойства морского буксирного троса. Однако в некоторых особых рабочих ситуациях буксир должен освобождать морской буксируемый трос во время вращения, что приводит к постоянному изменению длины морского троса. С учетом этого буксируемый трос дискретизируется в модель сосредоточенной массы на основе метода сосредоточенных масс и создается модель динамического анализа процесса вращения буксируемого троса переменной длины при различных скоростях выпуска и разной глубине. Это делается с привязкой к конкретным параметрам буксируемой системы в сочетании с конкретными морскими условиями конкретного морского района. Анализ связи во временной области используется для определения динамических изменений конфигурации и напряжения морского буксирного троса при различных скоростях и глубинах отпускания. Результаты расчетов имеют определенное руководящее значение для определенной инженерной практики.

По мере освоения океана системы океанской буксировки становятся все более важными в различных дисциплинах, включая мониторинг океана, военное обнаружение, картографирование морского дна и военно-морскую оборону1,2,3. Системы для самых разных применений включают буксирующее судно, буксируемый трос и буксируемый корпус. Буксируемая система во время работы часто выполняет различные движения, включая линейное ускорение, поворот и зигзагообразное движение4,5,6,7. Стационарные исследования Чу и Касареллы8 в первую очередь ответственны за наше нынешнее понимание того, как конфигурируется подводный буксирный трос во время маневрирования корабля. Чепмен9 выделил три типа динамического поведения троса: постепенный поворот с низкой скоростью буксировки и большим отношением радиуса поворота к длине троса, резкий поворот с высокой скоростью буксировки и малым радиусом поворота R к длине троса L отношение R/L и переходное состояние между двумя витками. Для заданной скорости буксировки он определил критический радиус поворота судна, выше которого система трос/транспортное средство сохраняет равновесную форму, почти эквивалентную плоской конфигурации, связанной с прямолинейной траекторией буксировки корабля. Буксирный механизм фактически выходит из строя ниже необходимого радиуса поворота. Пример полного поворотного маневра был использован в качестве иллюстрации и подтверждения практичности их нелинейных динамических модальностей Аблоу и Шехтером10, Милинаццо и др.11, Гобатом и Грозенбо12 и многими другими.

Многие исследователи сейчас изучают динамическое поведение подводных кабелей во время маневров корабля. Например, Кишор и Ганапати13 смоделировали поведение буксируемой группы во время полного поворота. Тематические исследования проводились для различных радиусов петель, буксируемой длины, скорости буксировки и усеченных петель. Было обнаружено, что снижение скорости буксировки на петле с 9,85 м/с до примерно 3,5 м/с приводит к резкому снижению натяжения точки буксировки. Быстрое ослабление натяжения буксирной точки может привести к серьезным проблемам на бортовом конце троса. Грозенбо14 исследовал динамическое поведение буксируемой тросовой системы, возникающее в результате изменения курса буксирующего судна с прямой траектории буксировки на траекторию, включающую устойчивый круговой поворот с постоянным радиусом. Бакхэм и др.15 и Ламберт и др.16 разработали математическую/вычислительную модель системы буксируемого подводного аппарата и обсудили применение модели для улучшения характеристик системы во время маневра. Математическая модель была связана с нелинейным численным моделированием автономного надводного аппарата и активно управляемой буксируемой рыбы. Для моделирования буксируемого кабеля использовалось приближение сосредоточенной массы. Результаты показали, что моделирование буксируемого подводного аппарата можно использовать в алгоритме оптимизации для поиска оптимальной геометрии разворота аэростата для маневра разворота. Ван и Сан17 параметрически смоделировали динамическую реакцию буксируемой кабельной системы на маневр корабля. Исследовано влияние трех безразмерных параметров на маневренность буксируемой канатной системы: отношения общей длины к радиусу поворота, отношения массы кабеля к массе транспортного средства и отношения длины единицы массы к гидродинамической силе. Результаты показали, что переходное поведение между двумя поворотами по окружности малого радиуса выявило возрастающий эффект поворота при постепенном повороте, который доминирует на горизонтальной траектории. Чжан и др.18 изучали динамические характеристики тросов фиксированной длины в состоянии поворота буксирующего судна. Было обнаружено, что изменения изгиба кабелей были более частыми и сильными на расстоянии около 15 м по направлению к головному и хвостовому концам. Чжао и др.19 разработали полносопряженную трехмерную динамическую модель буксируемой тросовой системы кузова. Численное моделирование было проведено для различных маневров, включая буксировку по прямой и с разворотом. Данные численного моделирования и ходовых испытаний были сопоставлены, и результаты показали, что данные численного моделирования и ходовых испытаний хорошо согласуются. Используя численный метод, Юань и др.20 оценили, как подводная буксируемая система повлияет на маневренность буксирующего корабля. Было обнаружено, что скорость буксирующего корабля, радиус поворота и угол крена снижались во время маневра поворота. Чжан и др.21 изучали динамическую реакцию буксируемой системы во время разворота корабля на 180 градусов. Численная модель морских кабелей с жесткостью на изгиб была представлена ​​на основе трехмерного подхода с параметрами массы и проверена OrcaFlex.