全海深ARV被动升沉补偿系统缆绳张力控制分析-上海海洋大学学报.PDFVIP

文章编号：１６７４５５６６（２０１７）０２０２８７０７ ＤＯＩ：１０．１２０２４／ｊｓｏｕ．２０１６０４０１７２５ 全海深ＡＲＶ被动升沉补偿系统缆绳张力控制分析 １ １，２ ２ １，３ 崔秀芳 ，康建军 ，胡　勇 ，张　舜 （１．上海海洋大学 工程学院，上海　２０１３０６；２．上海海洋大学 深渊科学技术研究中心，上海　２０１３０６；３．浙江省海洋 渔业装备技术研究重点实验室，浙江 舟山　３１６０２２） 摘　要：本文以上海海洋大学深渊科学技术研究中心研发的１１０００ｍ全海深复合型无人潜水器（ＡＲＶ）的吊 放为研究对象，考虑潜水器在大深度水深吊放与回收过程中的平稳性与安全性等问题，为消除母船升沉运动 对潜水器吊放与回收的影响，防止带缆因张力不均而破坏甚至断裂，造成ＡＲＶ损坏，结合特定海况下的吊放 回收要求，提出了一种适应于全深海ＡＲＶ吊放回收的被动升沉补偿系统。本文简述了被动升沉补偿系统的 组成及其工作原理，对油缸进行了尺寸计算，利用ＡＭＥＳｉｍ软件对该系统进行了建模与仿真分析，并重点分析 了缆绳的张力控制。数值计算和分析结果表明，该系统的缆绳张力满足全海深ＡＲＶ吊放回收的使用要求，通 过解决升沉补偿技术问题，分析了缆绳的张力控制。 关键词：全海深；被动升沉补偿；复合型无人潜水器；张力控制分析 中图分类号：Ｕ６６４．４＋３　　　文献标志码：Ａ 　　潜水器的发展衍生出了对其配套装备——— 器（ＡＲＶ）为背景，根据全海深吊放、四级海况下 吊放系统的发展，吊放系统主要分为单臂鹤式和 的使用要求，要能确保潜水器吊放回收的安全 门形架式两种，但因门形架式具有结构简单、缓 性、可靠性和稳定性，参照被动升沉补偿方式不 冲保护、张力控制和升沉补偿功能，使用居多。 需要消耗动力源的优势，借助气液蓄能器能储存 ２０１２年万米级“挑战者”号使用单臂式吊放系统， 和释放液压能，结构较简单，补偿时间长的特 采用多方位绳索牵引防止大幅度振荡，无缆绳张 ［３］ 点 ，选用被动升沉补偿系统，实现ＡＲＶ的升沉 力控制，稳定性能不良。我国“蛟龙”号采用门形 运动补偿，把张力控制在合理的范围之内，并对 架被动式补偿吊放系统，结构简单，补偿性能良 缆绳张力控制进行分析。 好。升沉补偿张力控制是最关键技术之一，沈阳 １　被动升沉补偿系统 自动化所对海缆埋设机吊放拖曳装置缆绳恒张 力控制方法进行了研究［１］，但不适应于四级海况 １．１　总体设计 下的吊放回收。伍兹霍尔海洋研究所Ｊａｓｏｎ研究 针对１１０００ｍ的使用要求，自主设计了吊放 了垂荡运动对动张力的影响，提出悬链线上端受 系统，其中的被动升沉补偿装置（图１），该装置是 ［２］ 垂直运动引起动张力的经验模型 ，但仅仅只计 在吊放回收系统中串联了一个类似弹簧的液压 算了锚链张力的标准方差，无有无补偿器的张力 装置，通过实时被动感应缆绳的张力来实现升沉 对比分析。尽管国内外对缆绳张力控制有所研 运动补偿、恒定张力和吸收动力。它主要由定滑 究，但针对不同吊放对象，不同的使用条件，仍需 轮、动滑轮、液压油缸、蓄能器和辅助气瓶组成， 做出特定的研究分析。 其结构简图和已制作成功的实物如图 １所示。 本文以上海海洋大学深渊科学技术研究中 图中Ａ端连接绞车装置，视为固定点，Ｂ为潜水 心正在研制的１１０００ｍ全海深复合型无人潜水 器。被动升沉补偿系统的工作原理为：当承重光 收稿日期：２０１６０４０５　　　修回日期：２０１６０８０３ 基金项目：浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验室开放基金项目（ＭＦＥＴ２０１