可潜浮式沉积物捕获器结构设计与稳性分析

[目的]针对可潜浮式沉积物捕获器(FST)的时变姿态会影响采样效率的问题,对全采样流程内FST的质心偏移规律及姿态角变化进行定量分析与评估.[方法]设计一种包含采样模块及浮力调节模块的FST,然后利用SolidWorks软件进行建模,建立坐标系;通过Matlab软件完成静力学分析,模拟得到全流程内各时刻FST质心相对于坐标原点的偏移量;基于力矩平衡公式,推导因质心偏移造成的机体姿态变化;运用平面射影定理,定量分析姿态变化对有效采集面积的影响.[结果]结果显示,质心偏移被限制在以载体坐标系原点为圆心、半径为8×10-3 m的圆内,质心坐标域为xg ∈(-6×10-3 m,3×10-3 m),yg ∈(-1×10-3 m,7×10-3 m);姿态角变化域为俯仰角θ ∈(-1.5◦,16.6◦),横滚角ϕ∈(-2.6◦,16.8◦);当θ=14.7◦,ϕ= 13◦时,有效采集面积缩减为捕获装置面积的 94.27%,为最小值,当其他条件相同时,捕获相同质量的沉降颗粒所需时间比100%实采面积所需捕获时间多 0.057 8 倍.[结论]研究工作可为FST的稳性分析和浮力调节系统设计提供有益的参考.