ROV同步航行水下缆索运动仿真

习刚，杨兴满，陈卫东

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

0 引言

水下无人有缆潜器现已广泛应用于海洋军事、水下资源勘探、地球物理学测量等诸多领域。本文所研究的水下潜器通过1根缆索提供电源并和母船保持通信。通常，潜器执行任务时母船必须保持与潜器同步航行或作适当的机动。当缆索放出长度达到一定值时，缆索所受到的水阻力将达到动力输出的60%以上。因此，水下缆索的状态将对整个系统的工作产生严重影响。对水下缆索进行运动学、动力学研究，不仅能为绞车提供缆索收放控制优化提供参考，还能指导母船作适当机动，尽量减少缆索阻力及防止缆索缠绕螺旋桨。

目前，水下缆索系统运动研究方法主要有理论解析法和数值方法2种，而对这种复杂水下缆索系统进行试验研究将消耗巨大的人力物力财力。因为水下缆索系统的运动是强非线性的，而且是时变的，理论解析法只限于非常简单的情形或准稳态情形。在大多数实际情况下，解析方法难度特别大，现在的主流方法是采用大型数值方法［1－4］。

本文将基于有限段法结合多体动力学分析平台建立数值仿真模型对水下缆索的运动进行研究，分析各种因素如缆长、潜器相对母船的位置、同步航行速度等对缆索运动的影响，并计算在各种工况下缆索的形状、拉力等重要信息。

1 缆索动力学分析

1.1 有限段法

将缆索划分成若干段，段间用铰链连接，这样对柔性缆索进行建模，随着段数的增多，段长的减小，计算结果将逐渐收敛于真实解［1］。……