水下拖曳系统拖缆末端不确定性量化分析

作     者：程顺钊 汪俊 梁晓锋 王健 CHENG Shunzhao;WANG Jun;LIANG Xiaofeng;WANG Jian

作者机构：上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240 

出 版 物：《水下无人系统学报》 (Journal of Unmanned Undersea Systems)

年 卷 期：2024年第32卷第1期

页      面：105-113页

学科分类：082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 082403[工学-水声工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52071215) 上海交通大学深蓝计划(SL2022MS003) 

主　　题：水下拖曳系统 拖缆 不确定性量化 集中质量法 多项式混沌 

摘      要：在多变的海洋环境中,水下拖曳系统拖缆优化设计与拖体精确控制的关键在于拖缆末端不确定性的量化。针对传统不确定性量化方法蒙特卡罗(MC)法计算成本高、精度低的问题,提出一种基于多项式混沌(PC)的拖缆末端不确定性量化方法。利用拉丁超立方采样获取拖缆参数的样本集,并代入集中质量法模型求得拖缆末端位置坐标。通过PC方法生成拖缆末端响应的代理模型,根据正交多项式的特点量化拖缆末端的不确定性,同时与MC方法进行对比。结果表明:相比于MC方法,PC方法的计算结果关于样本数量的收敛速度更快,精度更高;运动响应不确定性与拖缆轴向长度近似正比例关系;缆长增大将导致末端的不确定性增大,且增大趋势逐渐平缓;拖缆参数不确定性一定时,增大母船航速有助于提高拖体在高度上的稳定性。PC方法的准确性和高效性得到验证。同时,拖缆末端不确定性量化分析结果可为相关工程问题提供指导。