一种全潜式养殖装备的坐底控制方法技术

本申请公开了一种全潜式养殖装备的坐底控制方法，涉及海洋工程技术领域，该方法采用前半程注液使全潜式养殖装备加速下潜、后半程停止注液依靠惯性下潜的控制方法，并通过水动力模型来对全潜式养殖装备下潜过程的动力特性进行快速、准确量化评估，从而选择出前半程最优的注液速率，使得全潜式养殖装备可以在尽量缩短坐底过程的总下潜时长的同时，减小触底时对海床面的冲击，缩短坐底抗台这一过程花费的时间并保证安全性。的时间并保证安全性。的时间并保证安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种全潜式养殖装备的坐底控制方法


[0001]本申请涉及海洋工程
，尤其是一种全潜式养殖装备的坐底控制方法。

技术介绍

[0002]在过去几十年内，随着全球化压力的加剧和全球对水产品需求的增大，网箱养殖行业正经历快速变化阶段，目前的发展趋势是网箱养殖逐渐向远海未开发的开放水域可以扩展，从而可以减少对近岸生态系统压力。
[0003]但是养殖平台在开放水域更容易遭受到诸如台风袭击等恶劣自然条件的影响，在遭遇台风等恶劣环境条件时，风浪强度大幅提高，养殖平台所受的环境载荷远超平时，养殖平台的系泊定位能力和安全性面临严峻的挑战，存在养殖平台失效和鱼群受损的风险。
[0004]为了提高养殖平台在恶劣自然条件下的安全性，全潜式养殖装备的概念逐渐被提出并应用，其在正常作业海况时处于半潜状态，具有大面积、深吃水的特点。在遭遇台风等恶劣环境条件时，全潜式养殖装备下潜至水底实现坐底抗台，以便远离强烈的水面波能量作用，从而大幅减小甚至完全消除风载荷，并且在一定深度下波浪载荷也会大幅降低，从而提高安全性。
[0005]全潜式养殖装备在面临台风等恶劣海况时及时有效地快速下潜并成功坐底是需要重点解决的关键技术之一，但是全潜式养殖装备的下潜过程受到各种因素的影响，技术难度较大，目前并没有很好地坐底控制方法，只能通过人为经验来控制。

技术实现思路

[0006]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种全潜式养殖装备的坐底控制方法，本申请的技术方案如下：
[0007]一种全潜式养殖装备的坐底控制方法，该方法包括：
[0008]确定在采用预定注液方案向全潜式养殖装备注液时的多种不同的候选注液速率，预定注液方案包括按照对应的注液速率向全潜式养殖装备注液直至全潜式养殖装备达到中性平衡质量m1时停止；
[0009]对于每种候选注液速率，求解全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型得到全潜式养殖装备到达海床时的坐底运动参数，水动力模型反映全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时运动参数与实时受力之间的关系，整个坐底过程包括注液阶段以及注液结束后的惯性坐底阶段；
[0010]根据各种候选注液速率对应的坐底运动参数确定目标注液速率；
[0011]在全潜式养殖装备进入坐底状态时，采用预定注液方案按照目标注液速率向全潜式养殖装备注液。
[0012]其进一步的技术方案为，坐底运动参数包括坐底到达海床时的运动速度以及到达海床所需的总下潜时长，确定目标注液速率的方法包括：
[0013]将对应的到达海床时的运动速度在预定速度范围内、且到达海床所需的总下潜时
长最短的候选注液速率作为目标注液速率。
[0014]其进一步的技术方案为，全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时运动参数包括运动速度v和下潜深度h，全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时受力包括重力G、浮力B、惯性力F
a
和阻力F
d
，全潜式养殖装备在注液阶段所受的重力G随着注液过程动态变化、在惯性坐底阶段保持不变，全潜式养殖装备在整个坐底过程受到浮力B、惯性力F
a
和阻力F
d
均随着实时运动参数而动态变化。
[0015]其进一步的技术方案为，全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型为其中，G＝mg，m是全潜式养殖装备的质量且在注液阶段动态变化、在惯性坐底阶段保持为中性平衡质量m1，g是重力加速度。
[0016]其进一步的技术方案为，全潜式养殖装备在整个坐底过程受到的浮力B＝ρ
·
Δ(h)；全潜式养殖装备在整个坐底过程受到的惯性力C
a
是惯性力系数；当全潜式养殖装备的加速度向下时，惯性力F
a
为正；当全潜式养殖装备的加速度向上时，惯性力F
a
为负；全潜式养殖装备在整个坐底过程受到阻力C
d
是阻力系数；其中，ρ是全潜式养殖装备所在水域的水体密度，Δ(h)表示全潜式养殖装备的与下潜深度h相关的排水体积，A(h)是全潜式养殖装备在与流速垂直平面上的投影面积且随着下潜深度h变化。
[0017]其进一步的技术方案为，在整个坐底过程中求解得到全潜式养殖装备的坐底运动参数的方法，包括对于任意候选注液速率a：
[0018]取m(t)＝m0+at代入全潜式养殖装备的水动力模型，并求解得到全潜式养殖装备在下潜时长的注液阶段完成时刻的运动速度v和下潜深度h，其中，m0是全潜式养殖装备在注液之前的初始质量，t是全潜式养殖装备的下潜时长；
[0019]取m(t)＝m1代入全潜式养殖装备的水动力模型，并将注液阶段完成时刻的运动速度v和下潜深度h作为惯性坐底阶段的初始值，求解得到全潜式养殖装备到达海床时的坐底运动参数。
[0020]其进一步的技术方案为，求解全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型，包括：
[0021]在注液阶段所对应的下潜时长的范围内采用四阶龙格库塔法求解
[0022]在惯性坐底阶段所对应的下潜时长的范围内采用四阶龙格库塔法求
解
[0023]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0024]求解全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型，得到全潜式养殖装备在整个坐底过程中在各个下潜时刻的实时运动参数。
[0025]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0026]利用全潜式养殖装备的水动力模型预估全潜式养殖装备完成整个坐底过程到达海床时的受力，并预估得到全潜式养殖装备受到的水平力F
H
、上拔力F
V
和弯矩M，其中，全潜式养殖装备受到的水平力F
H
是全潜式养殖装备受到的惯性力F
a
和阻力F
d
的水平分量的最大值，全潜式养殖装备受到的上拔力F
V
是全潜式养殖装备受到的惯性力F
a
和阻力F
d
的垂直向上分量的最大值；
[0027]基于全潜式养殖装备受到的水平力F
H
、上拔力F
V
和弯矩M确定全潜式养殖装备所要达到的目标湿重，并在全潜式养殖装备完成整个坐底过程到达海床后，向全潜式养殖装备补充注液直至全潜式养殖装备达到目标湿重。
[0028]其进一步的技术方案为，确定全潜式养殖装备所要达到的目标湿重的方法包括：
[0029]基于全潜式养殖装备不发生滑移和倾覆的目标，确定全潜式养殖装备所要达到的目标湿重为η是大于1的安全系数，μ是全潜式养殖装备与海床的表面的摩擦系数，r是全潜式养殖装备的中心到边缘支点的距离，表示对和取最大值。
[0030]本申请的有益技术效果是：
[0031]本申请公开了一种全潜式养殖装备的坐底控制方法，该方法采用前半程注液使全潜式养殖装备加速下潜、后半程停止注液依靠惯性下潜的控制方法，并通过水动力模型来对全潜式养殖装备下潜过程的动力特性进行快速、准确量化评估，从而选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全潜式养殖装备的坐底控制方法，其特征在于，所述方法包括：确定在采用预定注液方案向所述全潜式养殖装备注液时的多种不同的候选注液速率，所述预定注液方案包括按照对应的注液速率向所述全潜式养殖装备注液直至所述全潜式养殖装备达到中性平衡质量m1时停止；对于每种候选注液速率，求解所述全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型得到所述全潜式养殖装备到达海床时的坐底运动参数，所述水动力模型反映所述全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时运动参数与实时受力之间的关系，整个坐底过程包括注液阶段以及注液结束后的惯性坐底阶段；根据各种候选注液速率对应的坐底运动参数确定目标注液速率；在所述全潜式养殖装备进入坐底状态时，采用所述预定注液方案按照所述目标注液速率向所述全潜式养殖装备注液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐底运动参数包括坐底到达海床时的运动速度以及到达海床所需的总下潜时长，确定目标注液速率的方法包括：将对应的到达海床时的运动速度在预定速度范围内、且到达海床所需的总下潜时长最短的候选注液速率作为所述目标注液速率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时运动参数包括运动速度v和下潜深度h，所述全潜式养殖装备在整个坐底过程中的实时受力包括重力G、浮力B、惯性力F
a
和阻力F
d
，所述全潜式养殖装备在注液阶段所受的重力G随着注液过程动态变化、在惯性坐底阶段保持不变，所述全潜式养殖装备在整个坐底过程受到浮力B、惯性力F
a
和阻力F
d
均随着实时运动参数而动态变化。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述全潜式养殖装备在整个坐底过程中的水动力模型为其中，G＝mg，m是所述全潜式养殖装备的质量且在注液阶段动态变化、在惯性坐底阶段保持为中性平衡质量m1，g是重力加速度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述全潜式养殖装备在整个坐底过程受到的浮力B＝ρ
·
Δ(h)；所述全潜式养殖装备在整个坐底过程受到的惯性力C
a
是惯性力系数；当所述全潜式养殖装备的加速度向下时，惯性力F
a
为正；当所述全潜式养殖装备的加速度向上时，惯性力F
a
为负；所述全潜式养殖装备在整个坐底过程受到阻力C
d
是阻力系数；其中，ρ是所述全潜式养殖装备所在水域的水体密度，Δ(h)表示所述全潜式养殖装备的与下潜深度h相关的排水体积，A(h)是所述全潜式养殖装备在与流速垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞俊，程小明，倪歆韵，陈颖，路振，叶永林，吴波，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：