一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，針對管節(jié)自身的尺度參數(shù)非常特殊，浮運過程受航道條件、浮運距離、水文和氣象等多種因素影響，同時需要克服水上交通繁忙和多艘拖輪共同拖航的困難。本發(fā)明通過拖輪拖力和位置的不斷變化來模擬六艘拖輪在不同風、浪、流海況下協(xié)作操縱拖帶沉管浮運全過程，沉管位置每變化一次，就對沉管拖力進行一次受力分析，調(diào)整不同拖輪的操縱方式，計算單個和總體拖輪受力和沉管所受合力，并在沉管浮運拖帶系統(tǒng)中對沉管運動姿態(tài)進行顯示，獲取旋回時間、航跡帶寬度、拖輪使用功率等曲線。該方法可實現(xiàn)各艘拖輪的在航道、轉(zhuǎn)向區(qū)、基槽拖帶方式及轉(zhuǎn)向方式選擇與試驗，對操控性評價，對轉(zhuǎn)向水域尺度和拖纜長度建議；并判斷拖輪配置是否合理。
【專利說明】一種多拖輪協(xié)作沉井淳運操縱仿真控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及沉管浮運仿真操控方法，具體涉及一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真 控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 沉管隧道是如今交通運輸網(wǎng)的重要組成部分，而沉管浮運是整個水工建設(shè)的一個 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沉管浮運時間跨度長、技術(shù)要求高、監(jiān)管難度大，是大橋建設(shè)最關(guān)鍵、最核心的環(huán) 節(jié)，是一項超級工程。管節(jié)自身的尺度參數(shù)非常特殊，浮運過程受航道條件、浮運距離、水文 和氣象等多種因素影響，同時需要克服水上交通繁忙和多艘拖輪共同拖航的困難，任何擱 淺或碰撞都會帶來毀滅性的后果。管節(jié)尺寸巨大，流線型差，易受水流影響，自身無動力，多 拖輪協(xié)同操縱等特點，使得管節(jié)操控難度大；長距離拖航，復(fù)雜的海況環(huán)境，繁忙的水上交 通，脆弱的混泥土結(jié)構(gòu)，航道寬度限制和淺水區(qū)域等不利條件，使得安全保障難度大；水文 氣象條件、交通管制時間、工程施工期限都嚴格限制浮運時間，有限的時間內(nèi)須完成管節(jié)起 浮、出塢、拖航、系泊、沉放、對接等工序，使得浮運時間要求高。
[0003] 因此要求多拖輪協(xié)作管節(jié)浮運需要在較成熟的條件下進行多次試驗才能獲得較 好的浮運效果，仿真操控就是一種既省時間、節(jié)約成本、又高效可靠的方法。目前國內(nèi)外對 管節(jié)浮運在航道、轉(zhuǎn)向區(qū)、基槽內(nèi)浮運的多拖輪協(xié)作操縱仿真的研究較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控 制方法，該方法可實現(xiàn)各艘拖輪的在航道、轉(zhuǎn)向區(qū)、基槽拖帶方式及轉(zhuǎn)向方式選擇與試驗， 對操控性評價，對轉(zhuǎn)向水域尺度和拖纜長度建議；并判斷拖輪配置是否合理。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
[0006] 多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，該方法包括如下步驟：
[0007] 1. -種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在于通過仿真操縱多艘拖 輪協(xié)作拖帶沉管至目的地過程，獲得較好的拖輪配置方案。該方法包括如下步驟：
[0008] (1)設(shè)置沉管管節(jié)參數(shù)，設(shè)置風速風向，流速流向，設(shè)置拖輪數(shù)量、位置檔位和初始 拖帶角度等參數(shù)；
[0009] (2)沉管位移及姿態(tài)角每變化一次，就對多拖輪協(xié)作操縱進行一次受力分析，并把 拖輪組合力數(shù)據(jù)在拖輪拖帶系統(tǒng)中顯示；
[0010] (3)對沉管管節(jié)所受外力分析，計算縱向和橫向位移及姿態(tài)角，生成沉管管節(jié)操縱 控制軌跡圖。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)選實例中，所述步驟（2)中管節(jié)受外力分析包括如下步驟：
[0012] (2. 1)螺旋槳推力及轉(zhuǎn)矩計算；
[0013] (2. 2)舵力及力矩計算；
[0014] (2. 3)單個拖輪主動力及力矩計算；
[0015] (2· 4)拖輪組合合力及力矩計算；
[0016] 在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，所述步驟（3)包括如下步驟：
[0017] (3. 1)管節(jié)的沉管管節(jié)慣性水動力和力矩計算；
[0018] (3. 2)獲取總轉(zhuǎn)動慣量；
[0019] (3. 3)粘性類水動力及力矩計算；
[0020] (3. 4)風干涉力及力矩計算；
[0021] 進一步的，所述步驟（3. 1)通過如下公式計算：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在于通過仿真操縱多艘拖輪協(xié) 作拖帶沉管至目的地過程，獲得較好的拖輪配置方案。該方法包括如下步驟： (1) 設(shè)置沉管管節(jié)參數(shù)，設(shè)置風速風向，流速流向，設(shè)置拖輪數(shù)量、位置檔位和初始拖帶 角度等參數(shù)； (2) 沉管位移及姿態(tài)角每變化一次，就對多拖輪協(xié)作操縱進行一次受力分析，并把拖輪 組合力及力矩數(shù)據(jù)在拖輪拖帶系統(tǒng)中顯示； (3) 對沉管管節(jié)所受外力分析，計算縱向和橫向位移及姿態(tài)角，生成沉管管節(jié)操縱控制 軌跡圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（2)中拖輪組合力及力矩計算包括如下步驟： (4) 螺旋槳推力及轉(zhuǎn)矩計算； (5) 舵力及力矩計算； (6) 單個拖輪主動力及力矩計算； (7) 拖輪組合合力及力矩計算；
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（3)中沉管管節(jié)所受外力包括如下步驟： (8) 管節(jié)的沉管管節(jié)慣性水動力和力矩計算； (9) 獲取總轉(zhuǎn)動慣量； (10) 粘性類水動力及力矩計算； (11) 風干涉力及力矩計算；
4. 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（3. 1)用如下公式計算：
(1) 式中： L--管節(jié)的長； B--管節(jié)的寬； d--管節(jié)吃水； Cb--方形系數(shù)，是船型因素中的一項，管節(jié)借鑒肥大型船舶取方形系數(shù)為0.935左 右。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（9)中的管節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)通過實驗獲得。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（10)通過對模型實驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)回歸，找出水動力導數(shù)與沉管設(shè)計參數(shù)之 間的關(guān)系，得出近似估算公式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的一種多拖輪協(xié)作沉井浮運操縱仿真控制方法，其特征在 于，所述步驟（11)通過如下公式計算：
(2) 式中： Va--風速； P a-空氣密度； Af--水線以上管節(jié)正投影面積； As--水線以上管節(jié)側(cè)投影面積； C?(aE)-縱向風壓力系數(shù)； Cwy(aE)-橫向風壓力系數(shù)； Cwn(aE)-繞Z軸的風壓力矩系數(shù)。
【文檔編號】G05B17/02GK104298124SQ201410366120
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】張 浩, 肖英杰, 周偉, 白響恩, 楊小軍, 陳亮 申請人:上海海事大學