海纜需要定期維護(hù)和檢測(cè),同時(shí)海底電纜損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,其破損后的排查及修復(fù)難度較大。本文主要工作是設(shè)計(jì)海纜檢測(cè)潛航器并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。首先,在分析了國(guó)內(nèi)外海底管線檢測(cè)相關(guān)的水下潛航器的基礎(chǔ)上,根據(jù)海底沉積物和海流特點(diǎn),提出采用電磁輪吸附海纜的檢測(cè)方式,使海纜變?yōu)閷?dǎo)軌,在海纜的引導(dǎo)作用下,降低了潛航器控制的難度。然后,提出了潛航器主體機(jī)械部分設(shè)計(jì)方案,并針對(duì)承力部件采用ANSYS Workbench進(jìn)行靜力學(xué)分析;且利用經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)了耐壓艙的理論設(shè)計(jì)厚度,和分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí),對(duì)吸附組件進(jìn)行了詳細(xì)分析,設(shè)計(jì)了采用外轉(zhuǎn)轂的電磁吸附輪,降低了密封難度。其次,對(duì)吸附式海纜檢測(cè)潛航器進(jìn)行了受力分析,并建立了潛航器六自由度空間運(yùn)動(dòng)方程。再次,本文采用有限元軟件進(jìn)行了水動(dòng)力學(xué)分析,用Fluent軟件仿真計(jì)算了直航、斜航、俯仰航三種工況下,潛航器在不同流速、漂角、攻角狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)受力情況,并對(duì)潛航器受到的正向、垂向、橫向阻力以及由這些力產(chǎn)生的力矩進(jìn)行詳細(xì)分析。利用計(jì)算得到的潛器阻力數(shù)據(jù)確定了推進(jìn)器的最小推力。此外,依據(jù)得到的阻力數(shù)據(jù),計(jì)算了潛航器的水動(dòng)力系數(shù),進(jìn)一步完善了潛航器動(dòng)力學(xué)模型。數(shù)值計(jì)算與仿真結(jié)果為潛航器運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)和操控性設(shè)計(jì)提供了重要參數(shù)依據(jù)。最后,在樣機(jī)初步研制完成后進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試、推力測(cè)試;并初步進(jìn)行了拖拽實(shí)驗(yàn),獲得了潛航器輪部淤泥阻力數(shù)據(jù),以及潛航器在不同速度下的水阻力,和仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了仿真結(jié)果的合理性。本課題研究也可為同類研究參考。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P756.1
【部分圖文】：

圖 1.1 海底電纜修復(fù)析其維修過程不難發(fā)現(xiàn)，維修的難點(diǎn)在于故障點(diǎn)的定位，海纜故障點(diǎn)的大致力監(jiān)測(cè)部門確定，但精確的損壞點(diǎn)需要水下機(jī)器人確定，否則只能下“盲鉤纜難打撈，打撈會(huì)對(duì)海纜結(jié)構(gòu)帶來?yè)p害，帶來安全隱患的同時(shí)，使得維修周劇。因此需要海纜巡檢設(shè)備，來對(duì)海纜故障點(diǎn)進(jìn)行定位，同時(shí)也可對(duì)電纜的測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)海纜的安全隱患并消除。我國(guó)用于海底電纜施工、巡檢、維護(hù)的機(jī)器人數(shù)量極少，海底通信電纜、氣田電纜等的鋪設(shè)和維護(hù)一般都是購(gòu)買或租用國(guó)外機(jī)器人及，花費(fèi)巨大且工旦損壞必須寄回原廠維修，維修期高達(dá)幾個(gè)月，延誤工期。因此研制具有自下機(jī)器人、開展海纜維護(hù)和檢測(cè)作業(yè)研究，已經(jīng)迫在眉睫。通過此類海纜巡和開發(fā)，不僅可以提高我國(guó)開展海纜作業(yè)的水平，還可滿足生產(chǎn)作業(yè)的迫切得到控制和保障，減小對(duì)國(guó)外技術(shù)人員的依賴，培育國(guó)內(nèi)技術(shù)和操作人員。纜檢測(cè)設(shè)備及原理概述檢測(cè)和探測(cè)的手段眾多，但主要有以下幾種（見表 1.1）。以下幾種設(shè)備有

貌和海纜的圖像，以到達(dá)檢測(cè)的目的[9]。水下攝像攝像是指水下機(jī)器人攜帶水下攝像機(jī)到達(dá)指定海域，利用水下燈補(bǔ)充光線潛航器改變攝像機(jī)的視角和觀測(cè)點(diǎn)，完成對(duì)海纜的路由錄像和攝影；由此效果更加直觀可靠，但受制于海底無光、海水渾濁、水下燈補(bǔ)充的光線有進(jìn)時(shí)激起的海底雜質(zhì)擾亂視野，因此其畫面往往不夠清晰，受干擾嚴(yán)重；域采用黑白攝像機(jī)進(jìn)行水下攝像可以達(dá)到一定的緩解目的。電磁感應(yīng)設(shè)備感應(yīng)設(shè)備利用電磁感應(yīng)原理，接收加載在電纜上的特定頻率信號(hào)，常見的有儀，其屬于有源探測(cè)設(shè)備。原理是利用磁感應(yīng)線圈與海纜的角度關(guān)系：當(dāng)行，感應(yīng)電流最�。淮怪睍r(shí)感應(yīng)電流最大；當(dāng)線圈與海纜成一定角度時(shí)，在數(shù)學(xué)換算關(guān)系。TSS350 設(shè)備上同時(shí)采用兩個(gè)夾角 90°的感應(yīng)線圈，通過量值獲得海纜相對(duì)探測(cè)器的夾角，由于感應(yīng)線圈的相互夾角和間距已定，角值計(jì)算出海纜的相對(duì)空間位置，從而獲得海纜的走向和深度數(shù)據(jù)[8]。其.2。

其工作原理圖如圖 1.3。圖 1.3 多波束的波束構(gòu)成和工作原理示意圖1.3 國(guó)內(nèi)外海纜檢測(cè)與鋪設(shè)相關(guān)潛航器研究現(xiàn)狀依據(jù)潛航器執(zhí)行水下任務(wù)的不同，其可大致分類為：水下環(huán)境觀測(cè)用和工程用。其中水下環(huán)境觀測(cè)用潛航器可執(zhí)行水文環(huán)境檢測(cè)、水底地質(zhì)環(huán)境檢測(cè)、水下考古等任務(wù)；工程類潛航器主要應(yīng)用在水下線管鋪設(shè)和檢測(cè)維修。目前國(guó)際上被研發(fā)用來進(jìn)行水下線管鋪設(shè)和檢測(cè)的潛航器主要有以下幾款。（1）英國(guó) SMD 系列產(chǎn)品：英國(guó) SMD 公司是全球深海機(jī)器人第二大提供商和國(guó)際領(lǐng)先海底工程機(jī)械制造商，也是全球首屈一指的商業(yè)海底采礦和管線埋設(shè)設(shè)備提供商。其海底噴沖和犁式式挖溝機(jī)、線纜鋪設(shè)工程機(jī)械在全球市場(chǎng)占半壁江山，產(chǎn)品遍及 30 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。此外其作業(yè)級(jí) ROV 成熟度高，是可靠的商業(yè)化產(chǎn)品（圖 1.4）。該公司于 2015 年被南車時(shí)代電氣收購(gòu)[11,12]。圖 1.4 SMD 履帶式 ROV 作業(yè)系統(tǒng)
【參考文獻(xiàn)】

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