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基于LightGBM的拖曳系统动力响应预报方法
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作者 董磊磊 张鑫 +2 位作者 豆东阳 李豹 张崎 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第3期34-40,共7页
针对传统数值仿真计算方法耗时长、占用计算机资源多等缺点,提出基于LightGBM算法的拖曳系统动力响应进行评估的回归预测模型,以已有的OrcaFlex数值模拟得到的数据为样本,以拖曳系统上的海洋环境条件、拖船航速和下放缆长为特征,以动力... 针对传统数值仿真计算方法耗时长、占用计算机资源多等缺点,提出基于LightGBM算法的拖曳系统动力响应进行评估的回归预测模型,以已有的OrcaFlex数值模拟得到的数据为样本,以拖曳系统上的海洋环境条件、拖船航速和下放缆长为特征,以动力响应为目标,引入LightGBM算法,对拖曳缆顶端张力最大值等动力响应进行预测分析。与传统数值模拟方法相比,LightGBM算法在保证结果准确性的同时大幅度提高了计算效率。通过与随机森林(RF)、极限梯度提升(XGBoost)算法相比,其准确度和计算效率的表现更好。最后提出了贝叶斯参数优化的LightGBM算法,准确度进一步提高,为提前采取措施保障拖曳系统的作业安全提供了一条高效的技术途径,同时为建立拖曳系统数字孪生体提供了有力的技术支撑。 展开更多
关键词 拖曳系统 贝叶斯优化 LightGBM 动力响应
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拖曳系统中瑞利阻尼系数变化在回转过程中对拖缆动力学振动响应的影响
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作者 张大朋 严谨 +2 位作者 赵博文 朱克强 白勇 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期106-114,共9页
海洋拖曳系统是典型的刚柔多体系统。需要指出的是,到目前为止,绝大多数的关于海洋拖曳缆体系统的动力学问题研究都没有非常充分地考虑到阻尼的作用。但在海洋拖曳系统的结构动力学分析中,特别是拖缆回转过程中的动态响应分析中,阻尼的... 海洋拖曳系统是典型的刚柔多体系统。需要指出的是,到目前为止,绝大多数的关于海洋拖曳缆体系统的动力学问题研究都没有非常充分地考虑到阻尼的作用。但在海洋拖曳系统的结构动力学分析中,特别是拖缆回转过程中的动态响应分析中,阻尼的作用是不可忽略的。且由于阻尼的存在,拖缆的模态特性也会呈现出高度的复杂性。为探究瑞利阻尼在拖缆回转过程中的影响,基于凝集质量法对瑞利阻尼的在拖缆系统中的表达形式进行了进一步的整理与分解,并对各个阻尼分量的影响进行了归纳总结,得到了一些较为通用性的结论,对于实际海上拖曳作业有一定的指导意义。 展开更多
关键词 海洋拖曳系统 拖缆 瑞利阻尼 动力学 凝集质量法
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水下拖曳系统拖缆末端不确定性量化分析
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作者 程顺钊 汪俊 +1 位作者 梁晓锋 王健 《水下无人系统学报》 2024年第1期105-113,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 水下拖曳系统 拖缆 不确定性量化 集中质量法 多项式混沌
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吊放声呐拖曳系统带速回收动力学建模与仿真
4
作者 安莉 丁立超 张艳来 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第11期160-164,共5页
吊放声呐是航空反潜重要的搜潜设备,吊放声呐采用带速回收的模式可减少作业时间,有效提高反潜作战效能。带速回收过程吊放电缆所受最大拉力、吊放电缆的偏转角以及水下分机的偏角对吊放声呐系统设计影响较大。建立带速回收过程的动力学... 吊放声呐是航空反潜重要的搜潜设备,吊放声呐采用带速回收的模式可减少作业时间,有效提高反潜作战效能。带速回收过程吊放电缆所受最大拉力、吊放电缆的偏转角以及水下分机的偏角对吊放声呐系统设计影响较大。建立带速回收过程的动力学模型,根据风洞试验结果,对模型进行标定完善,并对吊放声呐的带速回收过程进行仿真。仿真结果表明,带速回收过程吊放电缆最大拉力基本保持稳定,吊放电缆偏转角与水下分机偏转角变化趋势一致,角度相差不大,同时风速对吊放电缆最大拉力影响很小,在一定范围内风速与吊放电缆偏转角负相关,有利于回收。 展开更多
关键词 吊放声呐 带速回收 拖曳系统 动力学建模
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基于弹性微元的拖曳系统动力学研究
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作者 孔祥晖 吴家鸣 张天 《广州航海学院学报》 2024年第1期35-42,共8页
针对水下拖曳系统的水动力特性分析问题,提出一种全新的数值求解平台.该平台将求解过程分为拖缆和拖曳体两部分.通过增加微元内部阻尼,提升拖缆求解过程的瞬态计算稳定性,然后用力耦合方法将两部分耦合.与现有试验结果进行对比,验证本... 针对水下拖曳系统的水动力特性分析问题,提出一种全新的数值求解平台.该平台将求解过程分为拖缆和拖曳体两部分.通过增加微元内部阻尼,提升拖缆求解过程的瞬态计算稳定性,然后用力耦合方法将两部分耦合.与现有试验结果进行对比,验证本平台的有效性,分析拖曳速度、拖缆长度及海流扰动多种因素影响下的系统响应情况.结果表明,拖曳速度增加会减小拖曳体的沉深;拖缆长度增加在增大拖曳体深沉的同时会影响拖曳体纵倾角度的变化;相较于定常来流,在频率为1.57的非定常海流条件下,拖曳体的平均沉深减小0.07~0.11 m、周期性变化幅值为0.1~0.17 m,平均倾角减小0.4°~1.2°、倾角变化幅值为7.8°~9.8°,表明海流对拖曳体维持深度和姿态稳定带来不利影响.该方法可应用于拖曳系统的初步设计阶段,并且在计算合理性、计算速度与计算精度之间能够取得较好的综合平衡. 展开更多
关键词 水下拖曳系统 计算流体力学 弹性微元 水动力特性
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潜器水下拖曳系统操作运动敏感性分析
6
作者 孔培云 王志博 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第18期54-60,共7页
为了研究潜器水下拖曳系统各参数对操纵运动响应的影响,采用缆索动力学数值仿真方法对拖曳系统的运动响应灵敏度进行分析。在集中质量法建立拖曳缆动力学方程的基础上,拖曳深度变化和拖曳缆张力变化作为分析指标,拖曳系统操纵运动为变... 为了研究潜器水下拖曳系统各参数对操纵运动响应的影响,采用缆索动力学数值仿真方法对拖曳系统的运动响应灵敏度进行分析。在集中质量法建立拖曳缆动力学方程的基础上,拖曳深度变化和拖曳缆张力变化作为分析指标,拖曳系统操纵运动为变速直线运动和匀速回转,计算系统各参数的敏感性指数,从拖曳操纵参数和结构参数两方面分析参数变化对潜器水下拖曳系统操纵运动的影响,通过敏感性分析确定不同参数对拖曳系统运动响应影响的重要性大小。有助于在工程应用中实现快速、正确地调节拖曳系统的运动状态,为设计潜器水下拖曳系统和简化系统的操纵运动方程提供理论支撑。 展开更多
关键词 潜器水下拖曳系统 操纵运动 敏感性 集中质量法
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水下拖曳系统姿态建模与快速预报
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作者 陈家瑞 申和平 +1 位作者 张咏鸥 张卫超 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2024年第3期459-463,共5页
文中将拖曳缆等效为多段刚性杆模型,对水听器阵与拖曳缆建立稳定状态下的力平衡和力矩平衡控制方程,采用非线性方程组的迭代求解方法进行数值求解,得到了基于多段杆模型进行非线性方程组求解的快速预报方法.与文献中实验的结果和围绕该... 文中将拖曳缆等效为多段刚性杆模型,对水听器阵与拖曳缆建立稳定状态下的力平衡和力矩平衡控制方程,采用非线性方程组的迭代求解方法进行数值求解,得到了基于多段杆模型进行非线性方程组求解的快速预报方法.与文献中实验的结果和围绕该实验数据进行的部分文献仿真结果进行了对比,在10与18.5 kn两种情况下,该计算与所进行对比的文献仿真计算结果的误差较小,并且与实验结果更为接近,验证了计算结果的准确性.结果表明:该数学模型可以快速解决拖曳阵姿态仿真问题,缩减了计算时间,实现了快速预极的目的. 展开更多
关键词 水下拖曳系统 姿态建模 快速预报 杆模型
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深海布放L型线列阵拖曳系统设计
8
作者 陈琦 陈赓 +1 位作者 聂嵩 应晓伟 《声学与电子工程》 2024年第1期44-48,共5页
为开展深海近底层仰视探测,文章设计了一种用于深海布放L型线列阵的拖曳系统,主要由水面浮体、拖缆、触底拖体、水平线列阵和垂直线列阵构成。对拖曳系统的静稳定性和低速拖曳下的动态稳定性进行了仿真与校核,结果表明系统具有拖曳稳定... 为开展深海近底层仰视探测,文章设计了一种用于深海布放L型线列阵的拖曳系统,主要由水面浮体、拖缆、触底拖体、水平线列阵和垂直线列阵构成。对拖曳系统的静稳定性和低速拖曳下的动态稳定性进行了仿真与校核,结果表明系统具有拖曳稳定性。海试过程中,根据回传的航向及深度传感器数据,将两条大尺度的线列阵布放在深海近底层,组成L型线列阵。触底拖曳后,拖体最终坐底深度为4378 m,水平阵各子阵段的航向角与拖体航向角基本保持一致,表明水平阵处于近乎完全伸展拉直的状态;垂直阵各子阵深度差保持120m左右,与各深度传感器实际距离一致,表明垂直阵姿态竖直绷紧;水平阵和垂直阵成功组成近正交的L型阵列,实现了一缆拖双阵的探测系统从海底到海面的高可靠性坐底系留与布放回收。 展开更多
关键词 深海布阵 L型线阵 拖曳系统 拖体稳定性
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深海拖曳系统水下控制技术研究 被引量:2
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作者 李志彤 董凌宇 +2 位作者 陆凯 单瑞 周吉祥 《海洋地质前沿》 CSCD 北大核心 2023年第3期30-39,共10页
深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中,深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术,从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外... 深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中,深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术,从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外研究现状等进行梳理,分析对比不同控制手段的优缺点,并对深海拖曳系统水下控制技术未来的研究方向进行展望,以期为深海拖曳系统的应用与发展提供参考。 展开更多
关键词 深海拖曳系统 水下控制技术 控制手段 控制策略
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循环拖曳系统中储缆绞车的设计与仿真分析 被引量:1
10
作者 王新宇 曹吉胤 +3 位作者 张刚 罗燕 徐文英 杨侠 《机械工程与自动化》 2023年第3期47-49,共3页
当前绞车设备需求量大,但存在因缆绳张力过大而导致绞车装置失效的问题。结合绞车在循环拖曳系统中的工作需求,设计了一种牵引和储缆功能分离的双绞车结构。介绍了储缆绞车的设计影响因素与总体结构,计算得出储缆绞车的结构参数,通过AN... 当前绞车设备需求量大,但存在因缆绳张力过大而导致绞车装置失效的问题。结合绞车在循环拖曳系统中的工作需求,设计了一种牵引和储缆功能分离的双绞车结构。介绍了储缆绞车的设计影响因素与总体结构,计算得出储缆绞车的结构参数,通过ANSYS对模型进行有限元分析,然后与同工况下传统绞车(牵引与储缆同用一个滚筒)进行对比。分析结果表明,双绞车的设置极大地减小了滚筒的应力及变形,同时又减小了缆绳间的张力,提高了缆绳的使用寿命。研究结果可为今后储缆绞车的设计优化提供理论参考。 展开更多
关键词 循环拖曳系统 储缆绞车 有限元分析
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深海拖曳系统升沉补偿控制探究
11
作者 庞师坤 《中文科技期刊数据库(引文版)工程技术》 2023年第11期5-8,共4页
作为重要的海洋装备,拖曳系统广泛一级应用于海洋探测、海底科研、考古等领域,是海洋强国战略的支撑之一。拖曳系统一般由拖曳母船、水面绞车、拖缆、拖体等组成。海洋环境比较复杂,拖曳系统的运动状态容易受到海况、母船状态的扰动,从... 作为重要的海洋装备,拖曳系统广泛一级应用于海洋探测、海底科研、考古等领域,是海洋强国战略的支撑之一。拖曳系统一般由拖曳母船、水面绞车、拖缆、拖体等组成。海洋环境比较复杂,拖曳系统的运动状态容易受到海况、母船状态的扰动,从而影响采集数据的质量,以至导致任务的失败。在执行任务过程中,为保证探测精度,拖曳系统的稳定性至关重要,需在不同海况下保持相对稳定。为减缓水面扰动对拖曳系统的影响,提高探测数据质量,保证任务完成度,设计了拖曳系统升沉补充控制系统,实现拖曳系统在不同海况下的相对稳定。综合考虑拖曳母船、水面绞车、拖缆、拖体等运动状态以及各运动单元之间的耦合作用,计算了系统的响应幅值算子(Response Amplitude Operator RAO),建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析了其耦合关系,利用波浪同步方法,通过水面绞车收放缆补偿拖体的垂向运动,实现了拖体运动的有效可控。数值仿真结果表明,利用该方法设计的升沉补偿系统能够有效减缓水面扰动,可在最高4级海况下工作。 展开更多
关键词 拖曳系统 波浪同步 升沉补偿 深度控制
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一种拖曳系统用铠装电缆的研制
12
作者 刘鹏飞 靳志杰 《现代传输》 2023年第6期39-41,共3页
本文主要探讨一种拖曳系统用铠装电缆的研制,从设计输入、设计的思想、设计的方法以及产品验证等步骤来探讨产品开发过程。
关键词 拖曳系统 铠装电缆
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海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究 被引量:11
13
作者 苑志江 金良安 +2 位作者 迟卫 蒋晓刚 郑智林 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第10期1252-1261,共10页
为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方... 为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方程相结合,利用拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体三者耦合模型,进而采用数值计算方法,对比分析了该模型与常规算法。结果表明,该模型考虑船/缆/体三者的耦合影响,可更加准确全面地反映拖曳母船的速度、旋回半径、横摇角等操纵性特征以及拖曳体的深度、姿态等信息所受到的影响,从而为准确预报海洋拖曳系统的运动响应提供更为直观、科学的理论依据。 展开更多
关键词 船舶 海洋拖曳系统 耦合模型 拖缆 拖曳
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拖曳系统计算中拖缆与拖体的耦合计算 被引量:22
14
作者 李英辉 李喜斌 +2 位作者 戴杰 庞永杰 徐玉如 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2002年第4期37-42,共6页
针对带有水下设备舱的拖曳系统,提出了一种有效的算法,来获得拖曳系统的运行状态。将拖曳系统分成拖缆和水下拖体两个部分,分别建立运动数学模型。拖缆部分的模型以Ablow和Schechter的运动数学模型为基础;拖体部分的模型采用类似潜器的... 针对带有水下设备舱的拖曳系统,提出了一种有效的算法,来获得拖曳系统的运行状态。将拖曳系统分成拖缆和水下拖体两个部分,分别建立运动数学模型。拖缆部分的模型以Ablow和Schechter的运动数学模型为基础;拖体部分的模型采用类似潜器的水下六自由度运动方程。将这两部分方程联立,统一求解,解决两个模型之间的耦合问题。经过数值仿真的检验证明算法具有可行性。 展开更多
关键词 拖曳系统 拖体 数值仿真 拖缆 运动数学模型 海洋探测仪器
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水下多缆多体拖曳系统运动建模与模拟计算 被引量:10
15
作者 王飞 丁伟 +1 位作者 邓德衡 吴小峰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期441-450,共10页
针对水下多缆(阵列)多体拖曳系统,给出了其动力学数学模型及其对应的数值求解方案,用以预报分析其在各种情况下的运动响应特性.模型由3部分组成:基于集中质量法给出了拖缆的运动控制方程;水下工作拖体因其为系统的关键部件而采用潜艇6... 针对水下多缆(阵列)多体拖曳系统,给出了其动力学数学模型及其对应的数值求解方案,用以预报分析其在各种情况下的运动响应特性.模型由3部分组成:基于集中质量法给出了拖缆的运动控制方程;水下工作拖体因其为系统的关键部件而采用潜艇6自由度运动控制方程进行精确描述;而系统中另一个小型拖曳体因其尺度相对很小则简化为质量点融入拖缆的控制方程中.通过建立拖缆和拖体耦合边界条件将其耦合成一个整体,并采用4阶龙格库塔方法进行积分求解.最后针对4缆2拖曳体系统展开数值计算,研究了系统在不同情况下的运动响应特性,给出了一些规律性结论. 展开更多
关键词 水下拖缆 集中质量法 拖曳系统 数值计算
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海洋拖曳系统的水动力理论与控制技术研究综述 被引量:12
16
作者 苑志江 金良安 +1 位作者 田恒斗 卢祎斌 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第2期408-415,420,共9页
海洋拖曳系统在海洋探测、水文调查、海上打捞救助、军事反潜、水声对抗等领域具有重要而广泛的应用,有关其水动力理论和控制技术的相关研究一直倍受国内外的高度重视。在总结当前国内外有关拖曳系统的拖缆、拖体水动力理论研究成果的... 海洋拖曳系统在海洋探测、水文调查、海上打捞救助、军事反潜、水声对抗等领域具有重要而广泛的应用,有关其水动力理论和控制技术的相关研究一直倍受国内外的高度重视。在总结当前国内外有关拖曳系统的拖缆、拖体水动力理论研究成果的基础上,进而概括了拖体控制技术、拖缆缆形优化技术等关键控制技术,并对海洋拖曳系统未来的研究方向进行了展望。为我国海洋拖曳系统的水动力理论和控制技术研究提供了有益的参考。 展开更多
关键词 海洋拖曳系统 水动力理论 控制技术 综述
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500m深度拖曳系统的设计与试验 被引量:8
17
作者 王岩峰 易杏甫 +2 位作者 官晟 何志强 郭心顺 《海洋技术》 北大核心 2011年第3期1-4,共4页
针对500 m波浪式拖曳系统的技术要求,介绍了拖体、流线型拖缆、电控绞车和总控程序4个关键部分的设计;根据海上的试验情况,分析了拖体的缆深比和定深拖曳等数据,表明本系统达到预期要求,可以为上层海洋学的调查与观测提供良好的平台。
关键词 拖曳系统 波浪式运动 上层海洋
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不同Munk矩系数作用下海洋拖曳系统水动力响应分析 被引量:14
18
作者 张大朋 朱克强 +2 位作者 李园园 牛天鑫 王少鹏 《船舶工程》 北大核心 2016年第4期86-90,共5页
海洋拖曳系统在海洋开发过程中具有重要作用。文章参考某海域下的环境参数,应用大型水动力分析软件Orca Flex建立了拖船匀速回转过程中拖曳系统的动态模拟。通过改变不同的Munk矩系数,实现了不同Munk矩作用下拖缆张力和拖体水下形态的... 海洋拖曳系统在海洋开发过程中具有重要作用。文章参考某海域下的环境参数,应用大型水动力分析软件Orca Flex建立了拖船匀速回转过程中拖曳系统的动态模拟。通过改变不同的Munk矩系数,实现了不同Munk矩作用下拖缆张力和拖体水下形态的实时响应,得到了不同Munk矩系数对张力变化的影响,为拖曳系统中缆的选择提供了依据。 展开更多
关键词 拖曳系统 OrcaFlex Munk矩系数
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用于海洋生态动力监测的拖曳系统设计 被引量:9
19
作者 王岩峰 张杰 +3 位作者 易杏甫 官晟 曹海林 周凯 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2006年第9期975-979,共5页
设计了一种海洋船载拖曳式多参数剖面测量系统,该系统集成了测量海水盐度、温度、深度、溶解氧、pH、叶绿素荧光、浊度和营养盐的传感器.对系统的总体构成以及水动力设计、测量系统的布局和采样设计的要点做了论述.该系统在抚仙湖的湖... 设计了一种海洋船载拖曳式多参数剖面测量系统,该系统集成了测量海水盐度、温度、深度、溶解氧、pH、叶绿素荧光、浊度和营养盐的传感器.对系统的总体构成以及水动力设计、测量系统的布局和采样设计的要点做了论述.该系统在抚仙湖的湖试结果表明,剖面深度最大可达80m,缆深比为1.2~1.4,传感器数据符合现场生态要素的剖面分布特征. 展开更多
关键词 拖曳系统 海洋生态动力 剖面观测
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海洋拖曳系统稳定姿态的影响因素研究 被引量:5
20
作者 苑志江 金良安 +2 位作者 迟卫 田恒斗 卢祎斌 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第5期1127-1134,共8页
目前在进行海洋拖曳系统稳定姿态研究时,仅能针对单一的影响变量进行分析,难以将多个相互关联的物理参数作为一个整体进行考虑。鉴于此,根据拖曳系统的受力平衡,建立了海洋拖曳系统运动计算模型;并基于该模型,提取出了影响系统稳定姿态... 目前在进行海洋拖曳系统稳定姿态研究时,仅能针对单一的影响变量进行分析,难以将多个相互关联的物理参数作为一个整体进行考虑。鉴于此,根据拖曳系统的受力平衡,建立了海洋拖曳系统运动计算模型;并基于该模型,提取出了影响系统稳定姿态的四个关键因素,实现了多个物理参数的耦合分析。使用四阶龙格库塔法仿真计算了这个四个因素对系统稳定姿态产生的影响。数值结果表明了模型的正确性,并分别给出了各因素对系统稳定姿态的影响规律,为海洋拖曳系统的设计提供一定的理论参考和更加明确的设计依据。 展开更多
关键词 拖曳系统 稳定姿态 影响因素 拖缆 拖曳
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