一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法与流程

本发明涉及船舶运动控制，尤其涉及一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法。

背景技术：

1、装备有动力定位系统的自升式平台在执行插拔桩作业时，需要能够在复杂的近岸海洋环境中保持定位于目标区域内，是典型的动力定位船舶。在动力定位船舶的系统设计阶段，需要通过定位能力分析来评估船舶能力，验证所安装的推进器能否完成所需的功能。然而，在自升式平台的桩腿下放过程中，自升式平台处于漂浮状态，随着桩腿下放长度的不断增加，作用在桩腿上的流载荷也不断变化，显著增加了全船受力的复杂性，进而影响自升式平台的动力定位能力评估的准确性。现有的常规推力分配程序中，均未考虑自升式平台桩腿流载荷特性，导致对插拔桩作业的自升式平台动力定位能力分析的准确度降低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，可以有效计算自升式平台在插拔桩过程中桩腿在流场中所遭受的流载荷力，并将其应用到动力定位能力分析计算程序中，提高了动力定位船舶的动力定位能力分析结果的准确度。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其包括如下步骤：

4、s1:通过水池实验获取动力定位船舶的自升式平台单独一个桩腿在流场中不同下放深度下相对于桩腿自身重心的流载荷力，并以自升式平台桩腿的几何特征为变量，建立自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型；

5、s2: 通过水池实验获取自升式平台每个桩腿在受到桩腿之间耦合干扰作用下相对于桩腿自身重心的流载荷力，并结合桩腿分布在自升式平台的位置建立桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型；

6、s3: 根据步骤s1建立的自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型及步骤s2建立的桩腿体与桩腿的耦合干扰特性模型建立考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型；

7、s4:将考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型引入到自升式平台常规动力定位能力分析程序中，建立环境载荷模型，并通过建立环境载荷模型进行自升式平台动力定位能力分析计算，得到考虑桩腿作业状态的动力定位船舶定位能力分析结果。

8、进一步：步骤s1中自升式平台桩腿的几何特征包括每一个桩腿的桩靴高度、桩腿下放深度、桩腿直径及桩靴直径。

9、进一步，步骤s1建立的自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型为式（1）：

10、

11、其中：表示第号桩腿在流场中不同下放深度下相对于桩腿自身重心的流载荷力，表示海水的密度，表示第号桩腿的流载荷系数，表示第号桩腿下放深度，表示自升式平台所处流场位置的相对流速，表示同第号桩腿下放深度相关的第号桩腿的流载荷系数，表示表达式中的分段函数时中的次幂项拟合系数；表示表达式分段函数中的常数项拟合系数，表示表达式分段函数中的一次项拟合系数；表示第号桩腿的直径；表示第号桩腿的桩靴高度；表示第号桩腿的桩靴直径。

12、进一步，步骤s2建立的桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型为式（2）：

13、（2）；

14、其中：表示桩腿与桩腿耦合干扰作用对第号桩腿水动力的干扰影响力，表示考虑桩腿与桩腿耦合干扰作用下第号桩腿所受到的流载荷力，表示第号桩腿与同流向上前方最近桩腿之间的距离，表示第号桩腿的桩腿间距影响因子，表示第号桩腿的桩腿间距影响因子与之间的函数，表示自升式平台所处流场位置的相对流向，表示以表格形式描述的第号桩腿与所对应的函数，表示第号桩腿下放深度比影响因子，表示第号桩腿的下放深度与第号桩腿下放深度的比值，表示与之间的函数。

15、进一步，步骤s3中建立的考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型为式（3）：（3）；

16、其中：表示自升式平台在纵荡方向上因全部桩腿所受到的流载荷力，表示自升式平台在横荡方向上因全部桩腿所受到的流载荷力，表示自升式平台在艏摇方向上因全部桩腿所受到的流载荷力矩，表示自升式平台的桩腿总个数，表示第号桩腿在横荡方向上相距自升式平台重心位置的长度，表示第号桩腿在纵荡方向上相距自升式平台重心位置的长度。

17、进一步，步骤s4中建立的环境载荷模型为式（4）：

18、（4）；

19、其中，表示自升式平台在纵荡方向上受到的全部环境载荷力，表示自升式平台在横荡方向上受到的全部环境载荷力，表示自升式平台在转艏方向上受到的全部环境载荷力矩，表示自升式平台在纵荡方向上受到的风载荷力，表示自升式平台在横荡方向上受到的风载荷力，表示自升式平台在转艏方向上受到的风载荷力矩，表示自升式平台在纵荡方向上受到的波浪载荷力，表示自升式平台在横荡方向上受到的波浪载荷力，表示自升式平台在转艏方向上受到的波浪载荷力矩，表示自升式平台在纵荡方向上受到的流载荷力，表示自升式平台在横荡方向上受到的流载荷力，表示自升式平台在转艏方向上受到的流载荷力矩。

20、发明的有益效果：

21、本发明提供的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，基于实验数据建立独立桩腿的流载荷特性模型，再结合动力定位船舶自升式平台的桩腿在流场中的耦合特性，建立桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型，再根据建立独立桩腿的流载荷特性模型及桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型建立考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型，并将其应用到常规的动力定位能力分析中，建立环境载荷模型，并通过环境载荷模型对动力定位船舶自升式平台桩腿插拔桩作业过程的动力定位能力分析，得到的计算结果符合实际作业工况，提高了动力定位船舶动力定位能力的分析精度。

技术特征：

1.一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：步骤s1中自升式平台桩腿的几何特征包括每一个桩腿的桩靴高度、桩腿下放深度、桩腿直径及桩靴直径。

3.根据权利要求2所述的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：步骤s1建立的自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型为式（1）：

4.根据权利要求3所述的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：步骤s2建立的桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型为式（2）：

5.根据权利要求4所述的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：步骤s3中建立的考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型为式（3）：（3）；

6.根据权利要求5所述的一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，其特征在于：步骤s4中建立的环境载荷模型为式（4）：

技术总结
本发明涉及船舶运动控制技术领域，尤其涉及一种动力定位船舶的动力定位能力分析方法，包括如下流程：建立自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型；建立桩腿与桩腿的耦合干扰特性模型；根据自升式平台独立桩腿的流载荷特性模型及桩腿体与桩腿的耦合干扰特性模型建立考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型；将考虑相邻桩腿影响的桩腿流载荷耦合模型引入到自升式平台常规动力定位能力分析程序中，建立环境载荷模型，并进行自升式平台动力定位能力分析计算，得到考虑桩腿作业状态的动力定位船舶定位能力分析结果。本发明提供的方法分析结果符合实际作业工况，从而提高了动力定位船舶动力定位能力的分析精度。

技术研发人员：赵宾,郭颖,黄炜,徐凯,王岭,王福,王小东,李佳川,孟令桐
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17