深水網(wǎng)箱的單錨腿系泊系統(tǒng)動(dòng)力特性分析研究

王紹敏，陶啟友，袁太平，黃小華，胡 昱，劉海陽

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部外海漁業(yè)開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省網(wǎng)箱工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510300）

深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖是近二十年來發(fā)展較快且較好的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。目前網(wǎng)箱的系泊主要采用輻射式多點(diǎn)系泊方式，但該系泊方式對(duì)施工要求較高，所以對(duì)缺乏專業(yè)施工裝備的養(yǎng)殖者而言存在較高難度。在既定海域中盡可能多的布置網(wǎng)箱是業(yè)者追求高經(jīng)濟(jì)利潤的手段之一，而輻射式多點(diǎn)系泊方式由于安全系泊半徑的要求往往會(huì)占用較多海域，且水深越深海域占用越大，這些現(xiàn)實(shí)問題與矛盾在一定程度上制約了網(wǎng)箱養(yǎng)殖走向深遠(yuǎn)海。

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要相對(duì)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)而言，是實(shí)現(xiàn)海洋結(jié)構(gòu)物僅以結(jié)構(gòu)物上某一處或區(qū)域?yàn)橄挡次恢枚鴮?shí)現(xiàn)錨固的系泊系統(tǒng)。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)不僅具備投資小、易于回收、施工簡(jiǎn)便、工期較短，抵抗惡劣環(huán)境優(yōu)勢(shì)明顯等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且由于其特殊的風(fēng)標(biāo)效應(yīng)給養(yǎng)殖行為帶來的生態(tài)優(yōu)勢(shì)[1]，近些年來引起了業(yè)內(nèi)相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。HUANG Chaicheng，et al[2]研究了各種環(huán)境載荷條件下單點(diǎn)系泊重力式網(wǎng)箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及可靠性；DECEW，et al[3]分析了一種單點(diǎn)系泊的梯形網(wǎng)箱在純流作用下的動(dòng)力特性；SHAINEE，et al[4]和XU Tiaojian，et al[5]計(jì)算了規(guī)則波和水流作用下單點(diǎn)系泊網(wǎng)箱的自潛特性。不難發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究大多聚焦于養(yǎng)殖網(wǎng)箱本身，而單點(diǎn)系泊系統(tǒng)本體的研究尚未涉及。

在單點(diǎn)系泊系統(tǒng)中，單錨腿系泊系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱SALM （single anchor leg mooring）系統(tǒng)是應(yīng)用較廣泛的一類，因此本文依據(jù)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)一種單錨腿單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，對(duì)之展開力學(xué)特性研究，并對(duì)其與網(wǎng)箱建立時(shí)域耦合分析模型，分別研究錨泊線頂端激勵(lì)、浮筒與底部重量的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，以期為單點(diǎn)系泊深遠(yuǎn)海網(wǎng)箱產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)和參考依據(jù)。

1 單錨腿系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

養(yǎng)殖行為過程中對(duì)占海面積小的要求，最終便是要求系泊網(wǎng)箱離開平衡位置的距離短、系泊系統(tǒng)的系泊半徑小或者盡可能長的以海底臥鏈形式呈現(xiàn)。系泊物在水平面偏移量與系泊系統(tǒng)的系泊剛度密切相關(guān)，系泊系統(tǒng)的水平剛度主要提供網(wǎng)箱水平方向的恢復(fù)力，該恢復(fù)力主要通過系泊腿的懸鏈線自重和預(yù)張力提供；而在垂直方向上，恢復(fù)力主要依賴于系統(tǒng)頂端浮體自身浮力提供，傳統(tǒng)網(wǎng)箱的系泊便是直接將系泊纜索與網(wǎng)箱浮管連接，由浮管的浮力提供垂向恢復(fù)力。

為了高效利用海域，本文借鑒軟鋼臂系泊系統(tǒng)的工作原理，[W 用7]結(jié)合利用單錨腿系泊系統(tǒng)中配重緩沖系統(tǒng)與浮筒緩沖系統(tǒng)的各自特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種符合養(yǎng)殖行業(yè)的新型、簡(jiǎn)易且施工方便的單錨腿系泊裝置，設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。系統(tǒng)由水面浮筒、海床重量1、海床重量2 和船錨通過中間錨鏈連接組成，其工作原理為：系統(tǒng)工作過程中，網(wǎng)箱因?yàn)槭艿饺粘－h(huán)境合力發(fā)生位移帶動(dòng)水面浮筒離開初始平衡位置“Ⅰ”，平衡于新位置“Ⅱ”處，此時(shí)的狀態(tài)為鋼鏈B 發(fā)生偏轉(zhuǎn)、浮筒吃水增加、重量1 未離開海床；當(dāng)極限海況情況發(fā)生，網(wǎng)箱遭受更高的環(huán)境載荷時(shí)進(jìn)一步帶動(dòng)浮筒從位置“Ⅱ”處平衡于位置“Ⅲ”處，此時(shí)的狀態(tài)為鋼鏈B進(jìn)一步發(fā)生偏轉(zhuǎn)、浮筒吃水更大、重量1 離開海床、鋼鏈C 發(fā)生偏轉(zhuǎn)但重量2 依舊保持于海床上，維持重量2 持續(xù)在海床上的狀態(tài)以防止對(duì)錨產(chǎn)生上拔力而走錨，達(dá)到網(wǎng)箱于指定點(diǎn)安全系泊的目的。通過合理的尺寸設(shè)計(jì)優(yōu)化，滿足水面浮筒與海床重塊之間形成一個(gè)“柔性緩沖臂”[6]并使系泊系統(tǒng)自帶兩級(jí)剛度，最終實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖網(wǎng)箱于各環(huán)境條件情況下的系泊要求。

圖1 單錨腿系泊系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of single anchor leg mooring system

2 系泊系統(tǒng)計(jì)算

2.1 計(jì)算理論

按三維勢(shì)流理論，流場(chǎng)存在不定常速度勢(shì)φ，可分解為入射勢(shì)φI、繞射勢(shì)φD及輻射勢(shì)φR，對(duì)于系泊系統(tǒng)的浮筒在靜水自由面上進(jìn)行六自由度搖蕩時(shí)，φ 滿足以下定解條件[7]：

采用GREEN 函數(shù)法[8-9]，將上述定解條件下的控制方程變換成邊界上的積分方程來進(jìn)行求解。求得速度勢(shì)φ 后依據(jù)Bernoulli 方程，對(duì)流場(chǎng)的壓力分布進(jìn)行求解，即可得到浮筒受到的總體流體作用力，包括波浪激振力、流體反作用力及回復(fù)力。其中，波浪激振力由入射勢(shì)φI和繞射勢(shì)φD引起的壓力積分求得，流體反作用力則由輻射勢(shì)φR所引起的壓力積分得出。由于現(xiàn)有網(wǎng)箱使用海域的水深大多還未超出20 m，為了有效計(jì)及浮筒的淺水效應(yīng)，使用遠(yuǎn)場(chǎng)法對(duì)由速度勢(shì)引起的二次傳遞函數(shù)QTF（quadratic transfer function）展開計(jì)算，求解全QTF 矩陣，以獲得浮筒的二階波浪力。

在分析錨泊線的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)，把錨泊線假定為完全撓性構(gòu)件，選取單位長度錨泊線，其運(yùn)動(dòng)控制方程采用Berteaux[10]提出的公式：

式中：m 為單位長度鋼鏈的質(zhì)量；V 為鋼鏈速度矢量；T 為鋼鏈中產(chǎn)生的張力；G 為單位長度鋼鏈的重力；Ff為單位長度鋼鏈在受到的流場(chǎng)作用力，流場(chǎng)對(duì)鋼鏈的作用力主要由慣性力和粘性力兩部分組成，采用Morison 公式計(jì)算。

式中，F(xiàn)f為流場(chǎng)作用力；Δ 為鋼鏈排開流體的質(zhì)量；af為流體的絕對(duì)加速度；Ca為附加質(zhì)量系數(shù)；ar為流體的相對(duì)加速度；ρ 為流體密度；Vr為流體的相對(duì)速度；Cd為鋼鏈粘性力系數(shù)；A 為鋼鏈的迎流面積。

采用快速Fourier 變換，產(chǎn)生波浪激勵(lì)的時(shí)間序列，將已經(jīng)確定的波浪譜轉(zhuǎn)化到時(shí)間域，通過卷積積分的方式以求得相應(yīng)的一階和二階波浪載荷的時(shí)間歷程，然后采用數(shù)值積分求解時(shí)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)微分方程，得到浮筒六自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)歷。單錨腿系泊系統(tǒng)時(shí)域耦合運(yùn)動(dòng)基本方程[7，11]為：

2.2 系統(tǒng)剛度計(jì)算與實(shí)測(cè)驗(yàn)證

系泊系統(tǒng)海上實(shí)測(cè)地點(diǎn)位于我國南海北部放雞島海域西側(cè)，平潮水深12.7 m，平均潮差2 m，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為100 kN 量程的水密高靈敏度拉力傳感器與配套采集系統(tǒng)，由南京凱基特電氣有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為KNW301-PG，精度0.1 kN。傳感器設(shè)置于浮筒與鋼鏈B 的連接處，采用水面干電池供電，干電池由太陽能板充電，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一起設(shè)置于浮筒頂部。系泊系統(tǒng)主要構(gòu)成部件參數(shù)為：水面輕質(zhì)浮筒（聚脲塑料）體積4.5 m3，底面直徑1.5 m，高2.4 m，自重400 kg，；重量1 自重5 760 kg；重量2 自重1 500 kg；錨為大抓力船錨，自重500 kg；鋼鏈B 長11 m，鋼鏈C 長5 m，鋼鏈D 長10 m，鋼鏈B、C 和D 均選用鏈徑φ22 mm的AM2 級(jí)有檔錨鏈，破斷負(fù)荷240 kN。2017 年12 月30 日，等待平潮、微風(fēng)、有義波高約0.5 m 的天氣窗口時(shí)展開實(shí)測(cè)。實(shí)測(cè)環(huán)節(jié)，由漁船展開拖帶作業(yè)實(shí)現(xiàn)浮筒沿X 向離開平衡位置進(jìn)而在鋼鏈B 中產(chǎn)生不同張力，由傳感器測(cè)量并記錄，以獲得系泊系統(tǒng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。海上實(shí)測(cè)的時(shí)候正處于平潮向落潮發(fā)展過程中，而系泊系統(tǒng)為按平潮水位設(shè)計(jì)，因此低潮位時(shí)勻質(zhì)浮筒會(huì)發(fā)生歪倒，給實(shí)測(cè)與數(shù)據(jù)采集造成困難，同時(shí)距離小于2 m 浮筒離開平衡位置過小在風(fēng)浪中的搖擺頻率高，距離大于5 m 已經(jīng)超出拖帶漁船的拖帶能力，因此實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)是水平位移為2～5 m 范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)鋼鏈B 頂端的張力數(shù)據(jù)。

對(duì)實(shí)際海域布置的系泊系統(tǒng)水平剛度進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)情況如圖2 所示。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比于數(shù)值計(jì)算數(shù)據(jù)偏小，這是因?yàn)椋?）可能存在平潮水位水深的實(shí)際測(cè)量值不夠精確，最終選擇的12.7 m 大于實(shí)際水深；2）系統(tǒng)是以平潮水位設(shè)計(jì)，實(shí)測(cè)處于潮水回落時(shí)刻，測(cè)試海域水深逐漸減小，浮筒吃水減小導(dǎo)致浮筒離開設(shè)計(jì)的水平平衡位置時(shí)，鋼鏈張力值偏小。但是，數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)值最大相對(duì)誤差可以接受，如，當(dāng)浮筒離開平衡位置4.7m 時(shí)，錨鏈張力實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)平均值為17.9 kN，數(shù)值計(jì)算理論值為20.75 kN，相對(duì)誤差為13.75%；同時(shí)數(shù)值計(jì)算值變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，可認(rèn)為本研究數(shù)值方法具備一定合理性和精度。

圖2 水平剛度曲線Fig.2 Horizontal stiffness curves

3 案例數(shù)值計(jì)算

3.1 計(jì)算模型與參數(shù)

本研究以文獻(xiàn)[12]中的NACA0030 對(duì)稱翼形網(wǎng)箱為系泊對(duì)象，將本文設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)與其耦合并展開計(jì)算，研究系泊系統(tǒng)鋼鏈B 頂部的張力、浮筒沿環(huán)境載荷方向位移、重量1 的垂向位移變化特性關(guān)系。依據(jù)圖1，針對(duì)平潮水深為D=15 m、潮差2 m 的養(yǎng)殖海域完善系泊系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件參數(shù)，分別為：勻質(zhì)浮筒底面直徑1.5 m，高2.4 m，自重400 kg，初始位置（-24，0，0）；鋼鏈B 長14 m，鋼鏈C 長5 m，鋼鏈D長10 m，鋼鏈均為鏈徑φ 22 mm 的AM2 級(jí)有檔錨鏈，破斷負(fù)荷240 kN；重量1 自重5 760 kg，體積2.3 m3，初始位置（-24，0，-D），重量2 自重1 500 kg，體積0.2 m3；船錨為大抓力錨，自重500 kg；海床為水平、泥沙底質(zhì)，法向剛度為100 kN/m/m2；耦合系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)為處于海面的網(wǎng)箱浮管系泊點(diǎn)處，環(huán)境載荷沿X 軸正向，養(yǎng)殖海域的環(huán)境條件如表1 所示。

表1 養(yǎng)殖海域環(huán)境條件Tab.1 Environmental conditions in cultured sea areas

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

由于海水潮汐特性會(huì)使得水深產(chǎn)生變化，在一個(gè)潮時(shí)會(huì)出現(xiàn)3 個(gè)水深：滿朝水深、平潮水深和干潮水深，如圖1 所示，不同水深情況下鋼鏈B 的張力情況會(huì)發(fā)生變化；鋼鏈B 的張力除與水深相關(guān)，還與其長度有一定關(guān)聯(lián)，浮筒的移動(dòng)距離與其受力和鏈長有關(guān)聯(lián)，也會(huì)影響重量1 的受力與運(yùn)動(dòng)，因此從這些方面展開比較計(jì)算，明確環(huán)境條件、水深、鏈長與張力、浮筒位移與重量1 位移之間的關(guān)系。

3.2.1 張力與水深、鏈長的關(guān)系

2 種海況與不同組合情況下鋼鏈B 的張力時(shí)歷曲線如圖3 所示，通過圖3a）曲線可知，10YRP 海況下張力極值約50 kN，在同等鏈長情況下，水深越小，張力最大值相反較大，而同等水深情況下，張力最大值隨鏈長增加而減??；通過圖3b）曲線可知，50YRP 海況下鋼鏈B 頂端張力極值約55 kN，同等鏈長情況下，3種水深下張力最大值較為接近，而水深相同鏈長不同的4 種情況下的張力最大值亦比較接近。

圖3 2 種海況與不同組合下鋼鏈B 張力時(shí)歷曲線Fig.3 Time history of steel chain B tension under two sea conditions with different chain lengths and water depths

對(duì)張力時(shí)歷曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如表2 所示。在鏈長均為14 m 時(shí)，張力的均值、最小值均隨著水深變深而變大，而最大值基本呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，除10YRP、D=16 m 情況下的張力最大值46.149 kN 相比較于15 m 水深時(shí)的45.733 kN 略有變大，且50YRP 海況下3 個(gè)張力最大值非常接近；而當(dāng)水深一定，張力均值與極值隨著鏈長的增加而逐步減小，除10YRP 海況下，鏈長15 m 的張力最大值相比14 m 略有增加后，再次隨著鏈長增加而減?。煌ㄟ^張力的總均方差的變化趨勢(shì)：水深一定，張力總均方差隨鏈長的增加而增加，說明系泊系統(tǒng)的柔性緩沖臂在各海況情況中處于受力張緊狀態(tài)下較為穩(wěn)定；鏈長一定，張力總均方差隨水深增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，說明在平潮水深15 m 情況下張力值振蕩較為平緩。

表2 張力統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Tab.2 Statistical results of tension

通過張力譜的對(duì)比，如圖4、圖5 所示。通過圖4a）可知，10YRP 海況、鏈長14 m 情況下，隨著水深的逐漸增加，張力譜從起初的頻譜寬0～0.4 Hz 范圍且無明顯譜峰的情況，逐漸變化為帶寬變窄至0.24～0.32 Hz且譜峰峰值變大，直至水深16 m 時(shí)的頻譜帶寬進(jìn)一步變窄為0.2～0.25 Hz、譜峰峰值變大約為550 kN2/Hz。通過圖5a）可知，50YRP 海況、鏈長14 m 情況下，隨著水深的逐漸增加，頻譜曲線的變化情況與圖4a）有一定的區(qū)別。張力譜在水深14 m 時(shí)的頻譜帶寬依舊較寬為0～0.5 Hz，但在0～0.2 Hz 范圍內(nèi)存在較為明顯的譜峰，峰值約200 kN2/Hz；水深15 m 時(shí)，譜峰峰值向高頻區(qū)域0.21～0.3 Hz 偏移，峰值略有變大，約240 kN2/Hz，其它頻率范圍對(duì)應(yīng)的峰值開始減?。凰?6 m 時(shí)，譜峰峰值帶寬區(qū)域向低頻0.2～0.28 Hz 區(qū)域偏移，峰值再次變大，約307 kN2/Hz，其它頻率范圍對(duì)應(yīng)值在15 m 基礎(chǔ)上略有減小。說明鋼鏈長度一定，鋼鏈B 中的張力由低頻與波頻載荷共同形成，而隨著水深增加，低頻部分逐漸降低，波頻分布逐漸變窄；同時(shí)水深15 m 和16 m 兩種情況下曲線在0～0.18 Hz 和0.33～0.6 Hz 兩個(gè)范圍內(nèi)非常接近，因此這兩個(gè)頻率范圍內(nèi)的載荷的影響基本趨于穩(wěn)定，但其影響不能忽略。

對(duì)比圖4b）、圖5b）可知，隨著鏈長增加，張力譜曲線的頻譜峰值先向高頻區(qū)域發(fā)展且低頻區(qū)域的譜值變大，而后峰值再次向低頻區(qū)域發(fā)展，且峰值逐漸變大，高頻區(qū)域的譜值逐漸變小。

圖4 10 年一遇海況與不同組合下鋼鏈B 張力譜密度曲線Fig.4 Tension spectral density curves of steel chain B under 10 YRP sea conditions with different water depths and chain lengths

圖5 50 年一遇海況與不同組合下鋼鏈B 張力譜密度曲線Fig.5 Tension spectral density curves of steel chain B under 50 YRP sea conditions with different water depths and chain lengths

3.2.2 浮筒、重量1 運(yùn)動(dòng)與水深、鏈長的關(guān)系

浮筒離開初始位置距離的遠(yuǎn)近直接關(guān)系系泊網(wǎng)箱離開初始位置的遠(yuǎn)近，也是對(duì)網(wǎng)箱占用海域面積的直接影響因素。兩個(gè)海況下浮筒的離開初始位置的情況如圖6 所示，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表3）可知，設(shè)計(jì)狀態(tài)下，隨著水深從14 m 增加到16 m，浮筒離開初始位置的距離逐漸減小，這是因?yàn)殇撴淏 中的張力隨水深增加逐漸變大，其張力水平方向的分力也變大限制了浮筒離開平衡位置；且均值、極值與均方差均隨水深增加而減小。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，水深一定情況下，浮筒位移的均值、總均方差與極值均體現(xiàn)出了較明顯的規(guī)律，隨著鋼鏈長度的增加，浮筒離開初始位置的距離亦逐漸增加，鏈長17 m 時(shí)達(dá)到最大，約12.6 m。

圖6 2 種海況與不同組合下浮筒位移時(shí)歷曲線Fig.6 Time history of buoy's displacement under two sea conditions with different water depths and chain lengths

表3 浮筒離開初始位置統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Tab.3 Statistical results of the buoy leaving its initial position

重量1 在遭受鋼鏈B 張力的垂向分力時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生垂向運(yùn)動(dòng)而離開海床，該垂向運(yùn)動(dòng)的幅度大小直接關(guān)系系泊系統(tǒng)中重量2 的受力與運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)重量1 垂向位移時(shí)歷曲線的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4所示，鏈長一定，水深逐漸變深的情況下，兩個(gè)海況下重量1 離開海床的距離逐漸變大，最小值為水深14 m 時(shí)的14-12.143=1.857 m，最大值為水深16 m 時(shí)的16-12.434=3.566 m，且均值、總方差與最大值均為遞增趨勢(shì)，這是因?yàn)殇撴淏 的張力逐漸增大并導(dǎo)致施加于重量1 的作用力增加而引起；當(dāng)水深一定，鏈長逐漸變大的過程中，重量1 離開海床的距離也變小，最大值為鏈長14 m 時(shí)的15-12.187=2.813 m，最小值為鏈長17 m 時(shí)的15-13.799=1.201 m，且均值、總方差與最大值均為遞減趨勢(shì)。

表4 重量1 垂向位移的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Tab.4 Statistical results of vertical displacement of weight 1

3.2.3 系泊系統(tǒng)的安全與適用情況分析

10YRP 和50YRP 的兩種海況鋼鏈B 內(nèi)的張力最大值產(chǎn)生于水深14 m、鏈長14 m 的組合工況中，其值53.532 kN，如表2 所示，由于鋼鏈的破斷負(fù)荷為240 kN，安全系數(shù)可達(dá)4.48，系統(tǒng)具備足夠的安全性。在鏈長14 m 情況下，浮筒偏移最大值為水深14 m 時(shí)的-14.554 m，如表2，可通過計(jì)算知其X 向偏移距離不到10 m，而此時(shí)重量1 的離開海床的垂向距離最大為3.566 m，此組合情況下重量2 持續(xù)位于海床（限于篇幅，文章并未羅列），確保了鋼鏈C 作為海床臥鏈防止產(chǎn)生上拔力而走錨。因此綜合評(píng)判設(shè)計(jì)狀態(tài)下的系泊系統(tǒng)，雖然鋼鏈B 中的張力大于鏈長增加的組合，但仍舊足夠安全，且從養(yǎng)殖海域的節(jié)約程度而言具有更好的收益，符合當(dāng)下養(yǎng)殖現(xiàn)狀的需求。

總體而言，本文設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)，浮筒、重量1、重量2 的外形和尺度選擇和鋼鏈B 乃至鋼鏈C 的長度對(duì)系統(tǒng)安全有效發(fā)揮作用比較重要，其相互間的影響亦比較復(fù)雜，特別是水面浮筒的大小和外形會(huì)直接關(guān)系到鋼鏈B 中張力，如3.2.1 節(jié)有關(guān)分析，而且其搖蕩運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)的受力和壽命都密切相關(guān)。鑒于系統(tǒng)水面浮筒波頻與低頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)整體的重要影響，在錨泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還需要進(jìn)行更加細(xì)致的分析。

4 結(jié)論

本文在充分掌握現(xiàn)有養(yǎng)殖網(wǎng)箱系泊系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟鋼臂系泊系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種自帶“柔性緩沖臂”與兩級(jí)剛度的單錨腿單點(diǎn)系泊系統(tǒng)服務(wù)于網(wǎng)箱養(yǎng)殖。通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)下不同水深以及改變系統(tǒng)鋼鏈B 長度情況下各部件的受力與位移變化規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，分析了浮筒大小和位置對(duì)錨泊線阻尼特性的影響，可以得到以下結(jié)論：

（1）鏈長一定情況下，鋼鏈B 中的張力均值雖然隨水深增加而增加，但最大值卻隨水深的增加而減?。凰钜欢〞r(shí)，鋼鏈B 中張力均值和最大值基本呈現(xiàn)隨鏈長的增加而減小的趨勢(shì)；各組合下鋼鏈B 的張力均由低頻與波頻共同作用產(chǎn)生。

（2）水面浮筒離開平衡位置距離隨鋼鏈B 長度的增加而增加，隨水深的減小而增加；而海床重量1 的垂向位移距離隨水深的增加而變大，隨鏈長的增加而減小。

（3）所設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)在兩種海況下具有較高的安全系數(shù)，且不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)殄^點(diǎn)的上拔力而走錨的現(xiàn)象，同時(shí)浮筒的偏移距離也最小，具備較高的安全性與產(chǎn)業(yè)適用性。

（4）由于所有的研究過程中均未對(duì)浮筒自身的六自由度響應(yīng)展開細(xì)致分析，其作為該系泊系統(tǒng)的核心部件，自身的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)會(huì)關(guān)乎到水下與其連接部件的設(shè)計(jì)與安全壽命；同時(shí)由于鋼鏈B 中會(huì)持續(xù)存在一定的預(yù)張力，亦會(huì)對(duì)其連接部件提出更高的要求，建議在后續(xù)研究中就兩方面展開細(xì)致研究。

（5）該系泊系統(tǒng)下，養(yǎng)殖海域的往復(fù)流現(xiàn)象會(huì)引起網(wǎng)箱發(fā)生180°的旋轉(zhuǎn)，若此刻遭遇同向極限海況，還需對(duì)系泊系統(tǒng)在本文基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充與完善，可參照文獻(xiàn)[13]中的形式，并據(jù)此進(jìn)行有關(guān)研究。