運動拖纜導管阻力的建模與分析.pdf

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1、總第227期2013年第5期艦船電子工程ShipElectronicEngineeringV01．33No．5105運動拖纜導管阻力的建模與分析+王新華宋立軍(武漢船舶通信研究所武漢430079)摘要拖纜主要應用在船舶、航空等行業(yè)中。在拖纜收放運動的影響因素中，除負載阻力外，導管阻力是一個極其重要的因素。論文擬對導管阻力進行理論研究，建立數(shù)學模型并進行分析，最后進行實驗測定，從而為減小導管阻力，提高拖纜運動性能提供依據(jù)。關鍵詞拖纜；導管阻力；拖曳點；拖曳角中圖分類號TP391．9ModelingandAnalysisofResistanceoftheMovingCableWANGXinh

2、uaSONGLijun(WuhanMaritimeCommunicationsResearchInstitute，Wuhan430079)Aht哺ctThemovingcableisusuallyusedinthetrade0fmaritime，aircraftandSOon．TheresistanceOfshellisthemostfactorswhicheffectsthemovementofcableexcepttheresistanceofcabletrailing．Inthispaper，theresistanceofshellhasbeenstudied．Andthenama

3、the—maticalmodelisbuilt．Atllast，ithasbeentestedandverified．Itispossiblefordecreasingtheresistanceofshell．a(chǎn)ndincreasingthebehaviorofmovement．KoyWm'tkmovingcable，resistanceofshell，trailingpoint，trailingangleCIm№耵由吖TP391．91引言在船舶、航空等行業(yè)中會有一些運動拖纜的應用，由于受結構布局的制約，絞車的拖纜存儲裝置不能直接布置在拖曳點附近，因此需要引入導管將拖纜從存儲裝置引導到拖

4、曳點，從而實現(xiàn)安全的釋放回收以及拖曳運動。在拖纜收放運動的影響因素中，除負載阻力外，導管阻力是一個極其重要的因素。它根據(jù)運動方向以及拖曳力的變化而變化，因此需要進行深入研究。本文擬對導管阻力進行理論研究，建立數(shù)學模型并進行分析，并通過實驗測定摩擦系數(shù)，最后與經(jīng)驗計算結果比較，從而為減小導管阻力，提高運動性能提供理論依據(jù)。如果能顯著降低拖纜導管阻力，就能有效降低回收功率，提高回收速度或降低機械噪聲。2建模與分析2．1導管建模假設2．1．1導管幾何形狀假設由于安裝裝置和布局空間的限制，拖纜通道的路徑比較復雜，但拖曳點和拖曳角基本確定，因此，理想狀態(tài)下可以簡化為一個90。彎曲的導管。但實際使用

5、中，拖纜導管需要規(guī)避各種障礙，空間彎曲比較多。不同方向的空間彎曲的影響，本文簡化為同一平面內(nèi)的彎曲。2．1．2導管摩擦力假設拖纜在導管中運動，由于拖纜是柔性體，受重力、拉力等的影響，有支撐就有摩擦力。實驗發(fā)現(xiàn)在直段導管內(nèi)的摩擦力很小，如果直段導管不是很長，與彎管段相比，可以忽略不計，比如十幾米長直導管，摩擦力大約幾公斤力。因此簡化認為導管摩擦阻力主要是由彎管段產(chǎn)生的。2．1．3電纜變形假設本拖纜外護套材料為發(fā)泡聚乙烯，是柔性體，在外壓力作用下會產(chǎn)生顯著變形，從使用和實驗看，在許用外壓力范圍內(nèi)，外壓力消除后，電纜外護套形變能基本恢復，因此簡化為彈性形變。2．2導管摩擦阻力建模圖1單個彎管兩

6、側線纜張力模型對于包繞在單個彎管上的線纜，線纜與導管之間只有相對滑動，其兩側張力變化多采用張力遞增定律進行分析。導管內(nèi)的拖纜，在彎管段的建模，如圖1所示。F-、E分別為導管兩側線纜張力，口為線纜包角。線纜在牽引力R的作用下沿導管順時針滑動，取包角為血的微小段線纜為研究對象，對其進行受力分析可知，導管對微小段線纜的正壓力為N—F1sin(譬)+(F1+△F)sin(等)(1)對上述微小段線纜，可以認為其兩端張力改變量大小·收稿日期：2012年10月30日，修回日期：2012年12月4日作者簡介：王新華，男，碩士，工程師，研究方向：天線結構設計、水下機器人。宋立軍，男，工程師，研究方向：機械

7、制造。106王新華等：運動拖纜導管阻力的建模與分析總第227期等于其摩擦力，即：△F一廠一pN(2)式(2)中岸為線纜與導管的動摩擦系數(shù)。對式(1)，由于sin(譬)≈譬，并且二元微量△FSin(譬)≈o。由此，對式(1)進行約簡并將其代入式(2)中，可得：△F一業(yè)F1△a(3)求解上述微分方程得：F(口)一C]e-J‘一P’由=C1已嚴+C2(4)式(4)中，C·，C2為微分方程解中的常數(shù)，根據(jù)邊界條件有：Fl—F(0)一CleC