[發(fā)明專利]拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211207280.4
• 申請(qǐng)日: 2022-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115510562B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼鑫;于菲;何波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 青島匯智海納知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335
• 代理人: 雷斐

1.一種拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1.將柔性拖纜離散為數(shù)段剛性連桿，圓柱形的拖纜具有均勻分布的密度和質(zhì)量，設(shè)相鄰兩剛性連桿之間的連接點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，各剛性連桿的中部為集中質(zhì)量點(diǎn)；

S2.對(duì)傳感器集成模塊與數(shù)段拖纜進(jìn)行耦合三維建模，傳感器集成模塊設(shè)置在各剛性連桿的集中質(zhì)量點(diǎn)處，把傳感器集成模塊作為集中質(zhì)量點(diǎn)；

S3.根據(jù)步驟S2中建立的三維模型，完成網(wǎng)格劃分并進(jìn)行數(shù)值模擬，拖纜與水平方向之間的夾角在0到90°范圍內(nèi)、且拖纜采用不同的速度前進(jìn)時(shí)，計(jì)算作用在各集中質(zhì)量點(diǎn)上的法向力和切向力，推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的阻力和升力，建立水動(dòng)力特性數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)集；

S4.將拖曳式水下航行器作為末端集中質(zhì)量點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)，建立拖曳式水下航行器的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)步驟S3中的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行求解，數(shù)值模擬時(shí)拖曳式水下航行器始終處于零攻角姿態(tài)；

S5.采用遞推法自下而上依次建立每個(gè)剛性連桿的集中質(zhì)量點(diǎn)的平衡方程，采用假設(shè)和逐步逼近的方法計(jì)算每段剛性連桿與水平面的夾角；

S6.推導(dǎo)出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)并擬合拖纜的位姿，預(yù)測(cè)拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟S1中，根據(jù)模塊的安裝距離確定離散長(zhǎng)度，離散后的剛性連桿的長(zhǎng)度相同或部分相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中，基于SolidWorks進(jìn)行三維建模；

所述傳感器集成模塊為流線型，傳感器集成模塊的外殼采用上下分體式，傳感器包裹在外殼的內(nèi)部，殼體上設(shè)計(jì)水道，模塊通過(guò)不銹鋼座安裝到拖纜上；

所述拖曳式水下航行器的尾部設(shè)有導(dǎo)流翼。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟S3中，數(shù)值模擬的邊界條件設(shè)置為速度入口、壓力出口，拖纜、傳感器集成模塊和拖曳式水下航行器均為無(wú)滑移的靜止壁面，流體介質(zhì)為海水，海水的密度為1025kg/m³，且海水密度均勻。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟S3中，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算拖纜與水平方向之間的夾角在0到90°范圍內(nèi)的法向力、切向力、阻力和升力，設(shè)置夾角的變化梯度，將上述各夾角對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果作為數(shù)據(jù)集。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拖曳式傳感器陣列系統(tǒng)的深度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟S4中，對(duì)拖曳式水下航行器的受力進(jìn)行分析，在笛卡爾坐標(biāo)系下建立拖曳式水下航行器的力學(xué)平衡方程：

式中，B是拖曳式水下航行器產(chǎn)生的浮力；G是拖曳式水下航行器的重力；R是拖曳式水下航行器的阻力；L是拖曳式水下航行器的升力；T_i+1是局部拖纜的拖曳力；θ_i+1是拉力與水平方向的夾角，即第i+1個(gè)剛性連桿與水平方向的夾角，第i+1個(gè)剛性連桿與拖曳式水下航行器連接，基于公式(1)求解T_i+1和θ_i+1，用于第i個(gè)集中質(zhì)量點(diǎn)的平衡方程建立與求解。