(8.2.1)--8.12系泊系统的设计.pdf
系泊系统的设计一、问题描述近海观测系统传输节点包括浮标系统、近海观测系统传输节点包括浮标系统、系泊系统和水声通讯系统系泊系统和水声通讯系统，系泊系统包括，系泊系统包括钢管、钢桶、重物球、电焊锚链和钢管、钢桶、重物球、电焊锚链和锚。锚。水声通讯系统放在钢桶内，钢桶垂直时，其水声通讯系统放在钢桶内，钢桶垂直时，其信号最好。而倾斜角度大于信号最好。而倾斜角度大于5度，则影响效果。同时，锚与锚度，则影响效果。同时，锚与锚链链的连线处切线的的连线处切线的夹角夹角不能大于不能大于16度度。一、问题描述如何选择不同的固定型号如何选择不同的固定型号和尺度和尺度锚链、锚链、重物球的质量，使得浮标的吃水深度、钢重物球的质量，使得浮标的吃水深度、钢桶的倾斜角度尽可能的小？桶的倾斜角度尽可能的小？浮标：直径浮标：直径2米，高两米圆柱，米，高两米圆柱，1000公斤公斤钢管：每节长钢管：每节长1米，直径米，直径50mm,10公斤公斤钢桶：长钢桶：长1米，外径米，外径30cm，100公斤公斤锚：锚：600公斤公斤型号型号长度长度(mm)单位长度的质量单位长度的质量(kg/m)I783.2II1057III12012.5IV15019.5V18028.12重物球：密度重物球：密度37.65g/cm锚链：密度锚链：密度37.82g/cm二、问题提出I）选用选用II型锚链型锚链22.05m，重物球，重物球1200公斤，传输节点所放位置水深公斤，传输节点所放位置水深18m,海水密度海水密度为为1025kg/m3,计算海面风速为计算海面风速为12m/s和和24m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状，浮标的吃水深度和游动区域。形状，浮标的吃水深度和游动区域。II）在问题在问题1的假设下，计算海面风速为的假设下，计算海面风速为36m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域，调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过形状和浮标的游动区域，调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过5度，度，锚与锚链的夹角不大于锚与锚链的夹角不大于16度。度。三、模型分析浮标钢管钢桶锚链锚三、模型分析-浮标的静力学分析2h00F风风G重重10F浮浮11F拉拉0011sinFF1011cosFFG2110.625sinfvR hF 11()cosfghhFG11,Fh未知三、模型分析-钢管的静力学分析11sinsin0iiiiFF110coscos0iiiiiiFFFG力平衡：力平衡：力矩平衡：力矩平衡：i1iiF1iF0iF重重iGli1111sin()sin()022iiiiiiFlFl cosiiHl,2,3,4,5iiFi,1,2,3,4ii未知未知三、模型分析-钢桶的静力学分析5566sinsin0FF5566060767coscos+0FFFFGG力平衡：力平衡：力矩平衡：力矩平衡：555z566511sin()+0.5T sinsin()022FlF 551 cosH 665,F未知未知707zTGF这里这里55F06F6F6浮浮重重6G07F浮浮重重7G5三、模型分析-锚链的静力学分析cos()cos(d)FFdFsegsin()sin(d)gdsdsaFFdF力平衡：力平衡：cos()(coscosdsinsin)FFdFdgsin()(sincosdcossin)gdsdsseaFFdFd g0cossingdsseaFddFds 0sincosFddF g()cosseagddsF g()sinseadFgds6(0)26(0)FF60sinSdsHFFdFdds初始条件初始条件三、模型分析-锚的静力学分析0cossfFF0sinsNNFFG力平衡：力平衡：NFNGfFsF0平躺在海底平躺在海底0悬浮状态悬浮状态锚固定在海底水平面上，摩擦力足够大，稳定不动锚固定在海底水平面上，摩擦力足够大，稳定不动三、模型分析2h00F风风G重重10F浮浮11F拉拉i1iiF1iF0iF重重iGli55F06F6F6浮浮重重6G07F浮浮重重7G11,Fh,2,3,4,5iiFi,1,2,3,4ii 665,Fs0,F共共20个个未知变量未知变量共共19个方程个方程FFdFddsNFNGfFsF0四、模型计算假设临界风速在假设临界风速在12，24m/s时，以其总高度和为时，以其总高度和为18作为目标值，进行遍历搜索作为目标值，进行遍历搜索50,2,0,5h以以作为自变量，逐次计算作为自变量，逐次计算h,iiiF浮标吃水深度浮标吃水深度游动区域半径游动区域半径钢桶倾斜角度钢桶倾斜角度系统高度系统高度漂浮锚链漂浮锚链/总锚链总锚链0.621014.69891.377917.9734151/210钢管钢管1倾斜角度倾斜角度钢管钢管2倾斜角度倾斜角度钢管钢管3倾斜角度倾斜角度钢管钢管4倾斜角度倾斜角度与锚的夹角与锚的夹角1.45711.46891.48091.4931012m/s浮标吃水深度浮标吃水深度游动区域半径游动区域半径钢桶倾斜角度钢桶倾斜角度系统高度系统高度漂浮锚链漂浮锚链/总锚链总锚链0.696017.82854.581817.415210/210钢管钢管1倾斜角度倾斜角度钢管钢管2倾斜角度倾斜角度钢管钢管3倾斜角度倾斜角度钢管钢管4倾斜角度倾斜角度与锚的夹角与锚的夹角4.42794.45654.48564.51503.161924m/s参数参数11.616211.717811.821211.92649.920418.50280.5900m值值II）在问题在问题1的假设下，计算海面风速为的假设下，计算海面风速为36m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域，调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过形状和浮标的游动区域，调节重物球的质量，使得钢桶的倾斜角度不超过5度度，锚与，锚与锚链的夹角不大于锚链的夹角不大于16度。度。四、模型计算123450h四、模型计算这样就需要调整重物球的质量，逐渐增加进行调整，同时对两个角度：钢桶角度5，0的角度16，来做为约束条件。浮标吃水深度浮标吃水深度游动区域半径游动区域半径钢桶倾斜角度钢桶倾斜角度系统高度系统高度漂浮锚链漂浮锚链/总锚总锚链链0.808018.55984.983717.8161210/210钢管钢管1倾斜角度倾斜角度钢管钢管2倾斜角度倾斜角度钢管钢管3倾斜角度倾斜角度钢管钢管4倾斜角度倾斜角度与锚的夹角与锚的夹角5.56515.59285.62095.649314.2226重物球1985公斤55F06F6F6浮浮重重6G07F浮浮重重7G5谢谢倾听！谢谢倾听！本视频课程中的部分图片、视频引自有关图书、网络，特向这些图片、视频的制作者和有关图书的出版者和相关网络表示感谢；因多种原因，事先未与作者和出版社取得联系，特向他们表示歉意。
