舰船花瓣航迹下多分枝拖曳线列阵的动态响应.pdf

第21期(总第843期)科学咨询科技前沿

舰船花瓣航迹下多分枝拖曳线列阵的动态响应

11*1123

谢博洲，张大朋，孙一方，赵博文，严谨，姜淏予

（1.广东海洋大学船舶与海运学院，广东湛江524088；2.广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备

重点实验室，广东湛江524088；3.广东海洋大学电信学院，广东湛江524088）

摘要：本文结合某多分枝系统具体参数及其在花瓣运动轨迹下的作业过程，将拖曳缆索离散成凝集质量

模型，建立了多分枝拖曳线列阵在舰船花瓣航迹下的动力学分析模型。运用时域耦合分析得到了拖曳线沿缆长方

向的张力、拖曳端尾端的张力等的变化情况，对具体工程实践有一定的指导意义。

关键词：多分枝拖曳线列阵；花瓣航迹；动力学分析

海洋拖曳线列阵在勘探海洋资源、水下军事侦听对于拖缆的形态有着十分重要的影响。舰船的花瓣运

等方面有着不可替代的作用。针对一些特殊的任务，舰动轨迹曲线主要由两部分构成，一部分是拖船直航时

船要做出特别的航行轨迹，如直航、回转及花瓣轨迹直线段一部分是回转式的圆弧构成，如图2所示。如将

等。对于直航、回转轨迹下拖曳线列阵的动态响应，国其轨迹放到平面坐标系xoy中，且以各个迹线的交点为

内外学者已经有着十分广泛的研究，而对于舰船在花瓣原点o。分析该轨迹可知，其主要是由形状相同的四部

[1-7]

运动轨迹下多分枝拖曳线列阵的动态响应，如直接分图像组成，将其中一个花瓣描述清楚，就可以知道

编程，工作量过于浩大，由于其运动轨迹的复杂性，使拖拖船在整个时域上是如何运动的。

曳线列阵上端边界运动条件难以给出明确的限定且难如图2所示，舰船在OA段运动为直航速度为5m/s的

以保证程序的收敛性。相比单线阵，多分枝拖曳线列阵直线运动，到达A点后，沿着弧AMB做角速度为5.73°/s

是一个更为复杂的水下系统，包含拖缆控制器等组件，的回转运动，回转200°后，到达B点，此时舰船速度

并且极易出现拖缆间的缠结。为解决上述问题，本文建沿着B点的切线方向，然后沿着这个速度方向以大小

立了舰船在花瓣运动轨迹下多分枝拖曳线列阵的动力为5/s的速度直航返回交点O处。舰船在时域上往返重

学分析模型（如图1所示），并对其进行模拟仿真，通过复这个轨迹即可得到花瓣轨迹。

时域耦合动力分析方法分析系统的非线性动力学特性。

为了最大限度地确保模拟的真实性，模拟的时间步长必

须小于最短自然节点的周期，不应超过模型最短自然周

期的1/10。结合水动力性能的计算结果给出了一些指导

性的建议，对于保证海上安全作业有重要意义。

图2单个花瓣航迹示意图

（二）拖缆的运动方程

忽略惯性项，在切向—法向的坐标系中，给出拖缆

的牛顿运动定律以动量方程：

（1）

图1多分枝舰船花瓣航迹示意图

一、拖曳系统的运动计算理论（2）

（一）拖船的运动轨迹

为表示缆索的形状和方向对于相应的速度分量的

拖船作为拖曳线列阵运动的上边界，其运动轨迹

影响，给出缆索的运动学方程：

基金项目：广东海洋大学科研启动经费资助项