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钻井平台拖带的建模与仿真

张玉喜  
【摘要】: 本文以船舶操纵运动数学模型为理论基础,吸取了分离型建模(MMG)的思想,建立了包括拖船、螺旋桨、平台的数学模型,考虑其各部分之间的相互干涉作用,结合前人在这一领域的研究成果,建立一个海上石油平台拖带系统操纵数学模型,并用龙格—库塔法对操纵运动方程的数学模型进行解算,采用MATLAB数学工具语言中的Simulink工具箱对平台的拖航操纵运动进行仿真。本文对拖航操纵的研究采用定量和定性相结合的方法,详细研究了受限水域内平台拖航系统在静水及风流中的运动,不同拖带方式下的平台转向运动,以及直航和转向运动过程中的影响因素。 通过分析,得出以下结论: 根据MMG建模思想,建立了平台拖航航行状态的运动模型。模型中,拖船、平台和拖缆的运动状态能够被体现出来。 考虑到平台拖带系统操纵的特殊性,结合各种拖带方案的特点,给出了各种拖航方法的适用条件。 通过分析和比较拖航状态的平台各运动参数的变化,并在单拖轮龙须缆受力分析的基础之上,给出了受限水域中直航最优的拖航方法—单拖轮龙须缆拖带平台。 风、流等外界干涉力对平台拖航安全的影响,尤其在受限水域使操纵风险大大增加。风中拖航平台将产生严重的偏荡,流将使系统整体发生偏移,考虑到操纵过程中最不利因素,即横风、横流的影响,进行了大量的仿真实验,根据仿真结果中的平台各运动参数的变化,并结合实际给出了风、流的限定。 平台拖航转向运动过程中会出现偏荡,将使操纵风险大大增加。本文对平台的各种拖航方式转向运动的仿真,并对实验结果进行了细致的分析,得出了转向操纵过程中转向角的限制。 本课题的研究结果比较客观地描述了平台拖航系统运动特性,对驾驶人员安全拖带平台有着实际上的指导意义,并为拖航操纵安全评估提供了理论参考,同时也为该系统仿真研究提供一定的理论基础。


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