水下臍帶纜水動力性能分析

李泯+孫新蕾+黃剛

摘 要：臍帶纜的水動力性能對水下作業(yè)裝備的設(shè)計具有重要意義，本文在建立水下臍帶纜動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過對邊值問題微分方程的求解分析，對分段綁扎臍帶和ROV攜帶自由端臍帶兩種工況進(jìn)行了定量數(shù)值計算，為解決類似工程問題提供了有效途徑。

關(guān)鍵詞：臍帶纜；水動力；水下作業(yè)

中圖分類號：U661.33+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0044-03

隨著海洋開發(fā)活動的不斷深入，多樣化的水下作業(yè)裝備如遙控潛器、自主潛器、載人潛器、飽和潛水等裝備不斷涌現(xiàn)。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，自主作業(yè)潛器（如智能水下機(jī)器人）的智能化程度尚不足以獨(dú)立完成一些較為復(fù)雜的水下作業(yè)，當(dāng)前可應(yīng)用于水下作業(yè)的裝備主要為遙控潛器（ROV）、載人潛器、飽和潛水等，其共同特點(diǎn)是需要臍帶纜，一方面為作業(yè)裝備持續(xù)提供電力。另一方面可以為作業(yè)裝備和水面支持母船之間提供信息交互，如視頻、控制信號、通訊等。

臍帶纜在水下作業(yè)裝備中的應(yīng)用主要分為兩種形式，一是作業(yè)裝備攜帶臍帶纜自由運(yùn)動，臍帶纜的兩端分別為水面母船和水下裝備，連璉等曾對該種形式臍帶纜的水動力性能進(jìn)行了分析。另一種是臍帶纜綁扎在固定引導(dǎo)纜上，隨著水下作業(yè)裝備的布放進(jìn)行分段綁扎，飽和潛水作業(yè)通常采用該種形式。本文根據(jù)某水下作業(yè)裝備的應(yīng)用開展了兩種形式的水動力計算，一是分段綁扎臍帶纜的水動力學(xué)數(shù)值分析，二是ROV攜帶自由臍帶纜的水動力學(xué)數(shù)值分析。

如上圖所示，假設(shè)ROV從導(dǎo)纜的正下方向前運(yùn)動，若設(shè)定末端坐標(biāo)為（0， 18），則ROV的坐標(biāo)位置則從（0， 0）向（-5， 0），計算結(jié)果如下表所示：

3 結(jié)論

本文在對臍帶纜微元進(jìn)行動力學(xué)建模的基礎(chǔ)上，對臍帶纜在水下的力學(xué)特性進(jìn)行了分析，對分段綁扎臍帶、自由端移動臍帶在水下的受力進(jìn)行了定量化的數(shù)值計算。計算結(jié)果表明，臍帶纜在海流作用下的水動力不容忽視，必須在工程設(shè)計中加以考慮。本文的計算結(jié)果對于解決臍帶纜的工程應(yīng)用問題具有一定的參考意義。

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