CN113008512A

CN113008512A - 一种深海作业平台运动响应试验测试***及试验方法

Info

Publication number: CN113008512A
Application number: CN202110201733.1A
Authority: CN
Inventors: 周念福; 冯康佳; 张亦驰; 渠继东
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2041-02-23
Also published as: CN113008512B

Abstract

本发明涉及一种深海作业平台运动响应试验测试***及试验方法，由水下平台试验模型、钢丝绳、滚轮及其支撑座、滑轮及其支撑杆、位移传感器、纵倾仪、销轴式力传感器及控制电机等组成。实现了深海起吊、铺缆、海流或内波等环境载荷模拟与施加，无需水下平台试验直接模拟深海作业场景，有效降低了水下平台试验设计难度与试验成本；在载荷模拟施加的基础上，通过钢丝绳与滚轮组合方式，在限制其他方向自由度运动的同时，实现了水下平台试验模型的自由升沉和纵摇，并采用位移传感器、纵倾仪进行运动响应实时测量，该试验***结构简单、工作可靠、安装方便，为深海作业运动响应预报研究提供了新方法和新手段。

Description

一种深海作业平台运动响应试验测试***及试验方法

技术领域

本发明涉及测试***技术领域，尤其是一种深海作业平台运动响应试验测试***及试验方法。

背景技术

深海作业平台通过水下悬停，利用所携带的缆控潜水器(ROV)、水下吊车等装备在深海开展水下起吊、水下铺缆、水下施工维护、维修等作业，具有不受海面风浪影响、隐蔽性强等特点，可有效发挥有人/无人协同探测作业的优势。此时作业装置-脐带缆-水下平台形成缆接多体耦合***，且水下平台悬停状态处于微恢复力状态，较大的作业干扰力或外部环境载荷造成平台垂荡或纵摇运动，从而影响平台安全性；不同于常规潜艇以较大直航速度为主，作业工况下，深海平台处于零航速、悬停状态，其运动响应预报方法有待进一步研究和验证。

目前，深海作业平台的运动响应预报主要采用数值计算或半实物仿真等方式进行预报，暂无试验规程，缺乏有效验证手段。传统潜艇水动力试验主要包含约束模型试验和自航模试验；其中约束模型试验以成熟的潜艇六***方程为理论依据，开展模型水动力和其系数测量，不能直接地反映深海作业平台的运动响应，且由于深海作业工况下无成熟的运动响应预报理论模型，约束模试验测量结果不能较好的运用至运动响应预报中，传统约束模型试验应用受限；而开展操纵性自航模试验模拟深海作业工况，需要模型具备模拟水下起吊、铺缆、施工等作业场景能力，对试验模型要求较高，试验费用高昂，同时存在数据采集实时性差、水下干扰力或环境载荷控制、监测等困难。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海作业平台运动响应试验测试***及试验方法，从而以低成本、高精度、变量可控的深海作业平台运动响应试验测试***，实现深海平台作业干扰力或海流环境载荷条件下的运动响应试验测量，对开展深海平台作业工况下的水动力数值预报方法、运动控制算法等研究，及提升平台安全性具有重要意义。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深海作业平台运动响应试验测试***，

包括水下平台试验模型，所述水下平台试验模型上带有多个辅推力器，水下平台试验模型内部设置有纵倾仪，水下平台试验模型的中部开有通孔，通孔处的水下平台试验模型内对称设置有支撑座，两个支撑座的内侧通过连接杆均安装滚轮，两个滚轮正好位于水下平台试验模型的重心位置，

还包括一号钢丝绳，所述一号钢丝绳的表面粘附有位移传感器，所述一号钢丝绳穿过两个滚轮之间，所述一号钢丝绳的上端与位于水面以上的上壁面固定，下端与位于水面以下的下壁面上设置的重物固定；

所述重物的上表面固定有支撑杆，其中一个支撑杆的顶面安装一号滑轮，另一支撑杆的顶面安装二号滑轮；

测试平台或试验码头上设置有控制电机，所述上壁面的底面通过支撑杆安装有三号滑轮，

二号钢丝绳一端与水下平台试验模型固定，另一端依次绕过一号滑轮、二号滑轮、三号滑轮与控制电机连接。

其进一步技术方案在于：

所述滚轮的外圆周面开有凹槽，一号钢丝绳嵌入凹槽中。

所述三号滑轮的转轴处安装有销轴式力传感器。

一种深海作业平台运动响应试验测试***的测试方法，包括如下步骤：

试验前：

第一步：调整水下平台试验模型为中性浮力或微正浮力，且无纵倾状态；

第二步：二号钢丝绳、一号钢丝绳一端与重物连接，将水下平台试验模型、重物、一号滑轮、二号滑轮放入水下；

第三步：一号钢丝绳另一端与上壁面连接、二号钢丝绳另一端与控制电机相连；

第四步：根据试验工况要求，调节二号钢丝绳初始张力，使得水下平台试验模型在水下自由悬浮；

试验中：

第一步：通过控制电机向二号钢丝绳施加张力，并通过销轴式力传感器的力反馈，实现张力的控制，

模拟水下平台深海起吊重物、铺缆作业或内波工况下的瞬态载荷或环境载荷曲线；

第二步：二号钢丝绳与水下平台试验模型的连接点模拟作业干扰力或环境载荷作用点；

第三步：由二号钢丝绳及一号钢丝绳限制水下平台试验模型的水平横移、横摇、纵移、转艏的运动；

第四步：在模拟环境载荷作用下，水下平台试验模型通过滚轮沿一号钢丝绳产生自由升沉及小幅纵摇运动；

第五步：同时，辅推力器根据预设定的环境载荷曲线实施推力控制，并通过位移传感器及纵倾仪实时测量水下平台试验模型的升沉位移及纵摇运动角度，将试验测量结果与数值计算或仿真结果进行对比，从而实现深海作业平台运动响应试验验证。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，具备作业干扰力、海流或内波环境条件下的深海作业平台运动响应测量能力。

本发明提供了一种深海作业平台的运动响应试验测量***及方法，为深海作业运动响应预报及控制算法研究奠定了基础，提供了新方法和新手段。

本发明实现了深海起吊、铺缆、海流或内波等环境载荷模拟与施加，无需水下平台试验模型直接模拟深海作业场景，有效降低了水下平台试验模型设计难度与试验成本。

本发明在载荷模拟施加的基础上，通过钢丝绳与滚轮组合方式，在限制其他方向自由度运动的同时，实现了水下平台试验模型的自由升沉和纵摇，并采用位移传感器、纵倾仪进行运动响应实时测量，结构简单、工作可靠、安装方便。

本发明适用于深海作业平台运动响应测试的试验***，实现了深海起吊重物、铺缆等深海施工以及海流或海水“断崖”等环境条件下深海装备运动响应低成本、高精度、变量可控的实时测量，对开展深海装备作业运动响应研究与控制算法试验验证具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1中A部的局部放大图。

其中：1、水下平台试验模型；2、辅推力器；3、一号钢丝绳；4、位移传感器；5、通孔；6、滚轮；7、支撑座；8、二号钢丝绳；9、一号滑轮；10、支撑杆；11、纵倾仪；1201、上壁面；1202、下壁面；13、销轴式力传感器；14、控制电机；15、二号滑轮；16、三号滑轮；17、重物。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图3所示，本实施例的深海作业平台运动响应试验测试***，包括位于水面以上的上壁面1201、以及位于水面以下的下壁面1202，

下壁面1202设置有重物17，

还包括水下平台试验模型1，水下平台试验模型1上带有多个辅推力器2，水下平台试验模型1内部设置有纵倾仪11，水下平台试验模型1的中部开有通孔5，通孔5处的水下平台试验模型1内对称设置有支撑座7，两个支撑座7的内侧通过连接杆均安装滚轮6，两个滚轮6正好位于水下平台试验模型1的重心位置，

还包括一号钢丝绳3，一号钢丝绳3的表面粘附有位移传感器4，一号钢丝绳3穿过两个滚轮6之间，一号钢丝绳3的上端与位于水面以上的上壁面1201固定，下端与位于水面以下的下壁面1202上设置的重物17固定；

重物17的上表面固定有支撑杆10，其中一个支撑杆10的顶面安装一号滑轮9，另一支撑杆10的顶面安装二号滑轮15；

测试平台或试验码头上设置有控制电机14，上壁面1201的底面通过支撑杆10安装有三号滑轮16，

二号钢丝绳8一端与水下平台试验模型1固定，另一端依次绕过一号滑轮9、二号滑轮15、三号滑轮16与控制电机14连接。

滚轮6的外圆周面开有凹槽，一号钢丝绳3嵌入凹槽中。

三号滑轮16的转轴处安装有销轴式力传感器13。

本实施例的深海作业平台运动响应试验测试***的测试方法，包括如下步骤：

试验前：

第一步：调整水下平台试验模型1为中性浮力或微正浮力，且无纵倾状态；

第二步：二号钢丝绳8、一号钢丝绳3一端与重物17连接，将水下平台试验模型1、重物17、一号滑轮9、二号滑轮15放入水下；

第三步：一号钢丝绳3另一端与上壁面1201连接、二号钢丝绳8另一端与控制电机14相连；

第四步：根据试验工况要求，调节二号钢丝绳8初始张力，使得水下平台试验模型1在水下自由悬浮；

试验中：

第一步：通过控制电机14向二号钢丝绳8施加张力，并通过销轴式力传感器13的力反馈，实现张力的控制，

模拟水下平台深海起吊重物17、铺缆作业或内波工况下的瞬态载荷或环境载荷曲线；

第二步：二号钢丝绳8与水下平台试验模型1的连接点模拟作业干扰力或环境载荷作用点；

第三步：由二号钢丝绳8及一号钢丝绳3限制水下平台试验模型1的水平横移、横摇、纵移、转艏的运动；

第四步：在模拟环境载荷作用下，水下平台试验模型1通过滚轮6沿一号钢丝绳3产生自由升沉及小幅纵摇运动；

第五步：同时，辅推力器2根据预设定的环境载荷曲线实施推力控制，并通过位移传感器4及纵倾仪11实时测量水下平台试验模型1的升沉位移及纵摇运动角度，将试验测量结果与数值计算或仿真结果进行对比，从而实现深海作业平台运动响应试验验证。

本发明所述的深海作业平台运动响应试验测试***基本布置图如图1、图2所示。

主要包括水下平台试验模型1；

一号钢丝绳3、二号钢丝绳8；

滚轮6及其支撑座7；

一号滑轮9、二号滑轮15、三号滑轮16及其支撑杆10；

位移传感器4；

纵倾仪11；

销轴式力传感器13；

控制电机14组成。

水下平台试验模型1带有多个辅推力器2，水下平台试验模型1内部布置有支撑座7、纵倾仪11、通孔5；

在模型重心位置G处布置有两个滚轮6，并通过连接杆与模型内部支撑座7连接；一号钢丝绳3表面粘附有位移传感器4，由通孔5及两个滚轮6凹槽中穿过一号钢丝绳3的两端分别与上壁面1201、重物17固定连接，重物17固定在下壁面1202上，滚轮6可沿一号钢丝绳3滚动；二号钢丝绳8一端与水下平台试验模型1点F固定连接，另一端分别通过一号滑轮9、二号滑轮15、三号滑轮16与控制电机14连接，一号滑轮9、二号滑轮15分别通过支撑杆10与重物17相连，三号滑轮16通过支撑杆10与上壁面1201固定；其中三号滑轮16转轴处安装有销轴式力传感器13。

实际使用过程中：

本试验测试***的主要作用是将水下平台作业干扰力、海流或内波等环境载荷施加于水下平台试验模型1上，并完成水下平台试验模型1升沉与纵摇运动响应测量。

试验前，水下平台试验模型1调整为中性浮力或微正浮力,且无纵倾状态,二号钢丝绳8、一号钢丝绳3一端与重物17连接，将水下平台试验模型1、重物17、一号滑轮9、二号滑轮15等设备放入水下后，一号钢丝绳3另一端与上壁面1201连接、二号钢丝绳8另一端与控制电机14相连；根据试验工况,调整二号钢丝绳8初始张力，使得水下平台试验模型1水下自由悬浮；。

试验过程中，通过控制电机14根据试验工况需求向二号钢丝绳8施加张力，并通过销轴式力传感器13的力反馈，实现张力的控制，模拟水下平台深海起吊重物17、铺缆作业或内波等工况下的瞬态载荷或环境载荷曲线，二号钢丝绳8与水下平台试验模型1的连接点F模拟作业干扰力或环境载荷作用点；由二号钢丝绳8及一号钢丝绳3限制水下平台试验模型1的水平横移、横摇、纵移、转艏等运动；在模拟环境载荷作用下，水下平台试验模型1通过滚轮6沿一号钢丝绳3产生自由升沉及小幅纵摇运动；试验过程中，辅推力器2根据预设定的环境载荷曲线实施推力控制，并通过位移传感器4及纵倾仪11实时测量水下平台试验模型1的升沉位移及纵摇运动角度，将试验测量结果与数值计算或仿真结果进行对比，从而实现深海作业平台运动响应试验验证。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种深海作业平台运动响应试验测试***，其特征在于：

包括水下平台试验模型(1)，所述水下平台试验模型(1)上带有多个辅推力器(2)，水下平台试验模型(1)内部设置有纵倾仪(11)，水下平台试验模型(1)的中部开有通孔(5)，通孔(5)处的水下平台试验模型(1)内对称设置有支撑座(7)，两个支撑座(7)的内侧通过连接杆均安装滚轮(6)，两个滚轮(6)正好位于水下平台试验模型(1)的重心位置，

还包括一号钢丝绳(3)，所述一号钢丝绳(3)的表面粘附有位移传感器(4)，所述一号钢丝绳(3)穿过两个滚轮(6)之间，所述一号钢丝绳(3)的上端与位于水面以上的上壁面(1201)固定，下端与位于水面以下的下壁面(1202)上设置的重物(17)固定；

所述重物(17)的上表面固定有支撑杆(10)，其中一个支撑杆(10)的顶面安装一号滑轮(9)，另一支撑杆(10)的顶面安装二号滑轮(15)；

测试平台或试验码头上设置有控制电机(14)，所述上壁面(1201)的底面通过支撑杆(10)安装有三号滑轮(16)，

二号钢丝绳(8)一端与水下平台试验模型(1)固定，另一端依次绕过一号滑轮(9)、二号滑轮(15)、三号滑轮(16)与控制电机(14)连接。

2.如权利要求1所述的一种深海作业平台运动响应试验测试***，其特征在于：所述滚轮(6)的外圆周面开有凹槽，一号钢丝绳(3)嵌入凹槽中。

3.如权利要求1所述的一种深海作业平台运动响应试验测试***，其特征在于：所述三号滑轮(16)的转轴处安装有销轴式力传感器(13)。

4.一种利用权利要求1所述的深海作业平台运动响应试验测试***的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

试验前：

第一步：调整水下平台试验模型(1)为中性浮力或微正浮力，且无纵倾状态；

第二步：二号钢丝绳(8)、一号钢丝绳(3)一端与重物(17)连接，将水下平台试验模型(1)、重物(17)、一号滑轮(9)、二号滑轮(15)放入水下；

第三步：一号钢丝绳(3)另一端与上壁面(1201)连接、二号钢丝绳(8)另一端与控制电机(14)相连；

第四步：根据试验工况要求，调节二号钢丝绳(8)初始张力，使得水下平台试验模型(1)在水下自由悬浮；

试验中：

第一步：通过控制电机(14)向二号钢丝绳(8)施加张力，并通过销轴式力传感器(13)的力反馈，实现张力的控制，

模拟水下平台深海起吊重物(17)、铺缆作业或内波工况下的瞬态载荷或环境载荷曲线；

第二步：二号钢丝绳(8)与水下平台试验模型(1)的连接点模拟作业干扰力或环境载荷作用点；

第三步：由二号钢丝绳(8)及一号钢丝绳(3)限制水下平台试验模型(1)的水平横移、横摇、纵移、转艏的运动；

第四步：在模拟环境载荷作用下，水下平台试验模型(1)通过滚轮(6)沿一号钢丝绳(3)产生自由升沉及小幅纵摇运动；

第五步：同时，辅推力器(2)根据预设定的环境载荷曲线实施推力控制，并通过位移传感器(4)及纵倾仪(11)实时测量水下平台试验模型(1)的升沉位移及纵摇运动角度，将试验测量结果与数值计算或仿真结果进行对比，从而实现深海作业平台运动响应试验验证。