[發明專利]一種空間拖曳系統的介質阻力獲取方法及裝置

有效

• 申請號: 201910331461.X
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110110404B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 王巧;張苗;蔣士亮;鄧海華;曹為午
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F17/13;G06F17/16;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明實施例提供的一種空間拖曳系統的介質阻力獲取方法及裝置，所述方法包括：將拖索系統劃分為多個拖索單元，并獲取對應的邊界條件；建立全局坐標系以及局部坐標系；根據全局坐標系和局部坐標系，獲得拖索單元的坐標轉換矩陣；根據拖索微元的動力學微分控制方程沿拖索單元的長度進行積分，獲得拖索單元局部坐標系下的微分方程；根據坐標轉換矩陣和局部坐標系下的微分方程，獲得拖索單元全局坐標系下的微分方程；然后進行微分方程的裝配，獲得拖索系統的微分方程；根據拖索系統的微分方程和邊界條件，獲得拖索系統的介質阻力。本發明解決了目前仿真過程中需要對介質阻力進行冗雜的討論，且目前的商業軟件也無法施加介質阻力的問題。

技術領域

本發明涉及空間拖曳技術領域，具體而言，涉及一種空間拖曳系統的介質阻力獲取方法及裝置。

背景技術

空間拖曳系統廣泛的應用于海洋裝備、航天航空等技術領域，例如空間繩系衛星、空中加油系統、無人機(Unmanned?Aerial?Vehicles，UAV)、無人遙控潛水器(RemoteOperated?Vehicles,ROV)等。

拖曳系統通常由三部分構成：(1)控制系統，(2)拖索結構，(3)拖體?？刂葡到y通常固定在拖船或者其他工程設備上，為整個拖曳系統提供動力及控制拖曳軌跡。拖索結構連接控制系統和拖體，通過連接效應，為拖體提供能量并承擔信號傳輸的作用。拖體進行實際作業，采集數據并轉化為相應的電信號，通過拖索結構傳遞回控制系統，并由控制系統進行數據分析，進而對拖體進行實時的拖曳動力和拖曳軌跡的調整。作為拖曳系統的重要組成部分，柔性纜索結構具有耗材少，強度高、低柔度等特性，極易連接遠距離的兩個系統。柔性纜索系統動力學受工作環境的影響顯著，呈現強非線性特征，動力學響應行為復雜。為了準確描述和預測纜索系統的運動狀態，分析其動力學響應，國內外學者研究開發出了多種纜索動力學的數值模型，采用不同的纜索單元，對纜索系統的動力學控制微分方程進行空間離散和時間離散，采用不同的數值方法求解柔性纜索系統動力學響應?，F有的數值求解方法主要包括：直接積分法、集中質量法、有限差分法、有限單元法及相關的改進方法。

但是，現有的方法通常需要對介質阻力進行冗雜的討論，并且現有的商業軟件也無法施加介質阻力，因此如何準確有效的確定介質阻力成為了拖曳系統仿真的關鍵問題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種空間拖曳系統的介質阻力獲取方法及裝置，解決了目前仿真過程中需要對介質阻力進行冗雜的討論，且目前的商業軟件也無法施加介質阻力的問題。

第一方面，本申請通過一實施例提供如下技術方案：

一種空間拖曳系統的介質阻力獲取方法，包括：

將拖索系統劃分為多個拖索單元，并獲取對應的邊界條件；建立所述拖索系統的全局坐標系以及每個所述拖索單元的局部坐標系；根據所述全局坐標系和每個所述拖索單元的局部坐標系，獲得所述拖索單元的坐標轉換矩陣；根據拖索微元的動力學微分控制方程沿所述拖索單元的長度進行積分，獲得所述拖索單元局部坐標系下的無阻尼動力學控制微分方程；根據所述坐標轉換矩陣和所述局部坐標系下的無阻尼動力學控制微分方程，獲得所述拖索單元全局坐標系下的無阻尼動力學控制微分方程；基于自由度標準的有限元裝配方法，對所述拖索單元全局坐標系下的無阻尼動力學控制微分方程進行裝配，獲得所述拖索系統的無阻尼動力學控制微分方程；根據所述拖索系統的無阻尼動力學控制微分方程和所述邊界條件，獲得所述拖索系統的介質阻力，以用于進行所述拖索系統的仿真模擬。

優選地，所述根據所述全局坐標系和每個所述拖索單元的局部坐標系，獲得所述拖索單元的坐標轉換矩陣，包括：

基于所述局部坐標系，對所述全局坐標系進行Tait-Bryan角度轉換，獲得所述拖索單元的坐標轉換矩陣。

優選地，所述動力學微分控制方程包括：單元質量陣、單元動量陣、單元剛度陣、單元重力陣、單元外力陣、單元坐標陣和單元速度陣。