水下脐带缆水动力性能分析

    李泯+孙新蕾+黄刚

    

    

    

    摘 要：脐带缆的水动力性能对水下作业装备的设计具有重要意义，本文在建立水下脐带缆动力学模型的基础上，通过对边值问题微分方程的求解分析，对分段绑扎脐带和ROV携带自由端脐带两种工况进行了定量数值计算，为解决类似工程问题提供了有效途径。

    关键词：脐带缆；水动力；水下作业

    中图分类号：U661.33+1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）11-0044-03

    随着海洋开发活动的不断深入，多样化的水下作业装备如遥控潜器、自主潜器、载人潜器、饱和潜水等装备不断涌现。由于海洋环境的复杂性，自主作业潜器（如智能水下机器人）的智能化程度尚不足以独立完成一些较为复杂的水下作業，当前可应用于水下作业的装备主要为遥控潜器（ROV）、载人潜器、饱和潜水等，其共同特点是需要脐带缆，一方面为作业装备持续提供电力。另一方面可以为作业装备和水面支持母船之间提供信息交互，如视频、控制信号、通讯等。

    脐带缆在水下作业装备中的应用主要分为两种形式，一是作业装备携带脐带缆自由运动，脐带缆的两端分别为水面母船和水下装备，连琏等曾对该种形式脐带缆的水动力性能进行了分析。另一种是脐带缆绑扎在固定引导缆上，随着水下作业装备的布放进行分段绑扎，饱和潜水作业通常采用该种形式。本文根据某水下作业装备的应用开展了两种形式的水动力计算，一是分段绑扎脐带缆的水动力学数值分析，二是ROV携带自由脐带缆的水动力学数值分析。

    如上图所示，假设ROV从导缆的正下方向前运动，若设定末端坐标为（0， 18），则ROV的坐标位置则从（0， 0）向（-5， 0），计算结果如下表所示：

    3 结论

    本文在对脐带缆微元进行动力学建模的基础上，对脐带缆在水下的力学特性进行了分析，对分段绑扎脐带、自由端移动脐带在水下的受力进行了定量化的数值计算。计算结果表明，脐带缆在海流作用下的水动力不容忽视，必须在工程设计中加以考虑。本文的计算结果对于解决脐带缆的工程应用问题具有一定的参考意义。

    参考文献：

    [1]连琏（2001）. 深海观测系统脐带缆形态分析及计算. 海洋工程.

    [2]连琏（1992）. 三维空间水下缆索性状计算初值问题的解. 海洋工程.

    [3]Zoysa， A.P.K.D. （1978）. Steady-state analysis of undersea cables， Ocean Engineering.

    [4]Fang，M.-C. and C.-S.H.， Jhih-Hong Luo（2007）. On the motions of the underwater remotely operated vehicle with the umbilical cable effect. Ocean Engineering.