通过自升式钻井平台风洞试验获得平台实际风载荷的方法

摘要

本发明公开了一种通过自升式钻井平台风洞试验获得平台实际风载荷的方法，本发明主要原理是将风洞试验分为水上和水下两部分进行，试验结果以无量纲的形式分别给出各个风向角度下的水上和水下两部分的数据结果，包括水平、纵向、垂向三个方向的力和力矩的无量纲系数。使用本方法对所有自升式钻井平台或类似平台风洞试验进行分析，过程十分简便，大大提高了工作效率。本发明通过将对自升式平台风倾力矩的快速确定，可以提高稳性分析的效率，节省成本。

主权项

一种通过自升式钻井平台风洞试验获得平台实际风载荷的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、为自升式钻井平台设定坐标系，平台面为XY平面，垂直所述平台面为Z轴；S2、设计、测量，以及通过风洞试验获得数据，并以下述a)‑f)公式获得参数：风洞试验分为水上和水下两部分进行，试验结果以无量纲的形式分别给出风向角ψ下的水上和水下两部分的数据结果，包括水平、纵向、垂向三个方向的力和力矩的无量纲系数，分别记作如下：a)纵向力系数：$X^{\prime }=\frac{X}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^2}$b)横向力系数：$Y^{\prime }=\frac{Y}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^2}$c)垂向力系数：$Z^{\prime }=\frac{Z}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^2}$d)横倾力矩系数：$K^{\prime }=\frac{K}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^3}$e)纵倾力矩系数：$M^{\prime }=\frac{M}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^3}$f)扭矩系数：$N^{\prime }=\frac{N}{1/2·{\mathrm{\rho U}}^2{L}_{PP}^3}$其中：X—纵向力，即X方向的力，中文单位为牛顿，英文单位为N；Y—横向力，即Y方向的力，中文单位为牛顿，英文单位为N；Z—垂向力，即Z方向的力，中文单位为牛顿，英文单位为N；K—横倾力矩，即绕X轴的力矩，中文单位牛顿·米，英文单位Nm；M—纵倾力矩，即绕Y轴的力矩，中文单位牛顿·米，英文单位Nm；N—扭矩，即绕Z轴的力矩，中文单位牛顿·米，英文单位Nm；ρ—空气比重＝1.21，中文单位千克/米³，英文单位kg/m³；U—风速，中文单位米/秒，英文单位m/s；L_pp—主船体长度，中文单位米，英文单位m；此外，力臂应从总的受风表面压力中心至该平台水下壳体侧向阻力中心垂直量计；而且水下部分的阻力中心取作吃水的一半；计算获得参数包括：根据设计或测定的参数计算得到平台水上参数X'_aw，Y′_aw，K′_aw，M'_aw，以及平台水下参数X'_uw，Y′_uw，K'_uw，M'_uw；试验获得参数包括：Z'_aw，N'_aw，Z'_uw；其中，下标aw为水上参数，下标uw为水下参数；S3、利用S2获得的数据，依据下述公式，获得所述风向角ψ下对应的风倾力矩M_t：水上部分风倾力臂H_aw，单位为m：$H_{aw}=\frac{-K_{aw}^{\prime }·sin(180-\psi )+M_{aw}^{\prime }·cos(180-\psi )}{X_{aw}^{\prime }·cos(180-\psi )+Y_{aw}^{\prime }·sin(180-\psi )}{L}_{pp}$水下部分风倾力臂H_uw，单位为m：$H_{uw}=\frac{-K_{uw}^{\prime }·\sin \left(-\psi \right)+M_{uw}^{\prime }·\cos \left(-\psi \right)}{X_{uw}^{\prime }·\cos \left(-\psi \right)+Y_{uw}^{\prime }·\sin \left(-\psi \right)}{L}_{pp}$水上受力，即风力D_aw，单位为N：D_aw＝X_aw·cos(180‑ψ)+Y_aw·sin(180‑ψ)水下受力D_uw，单位为N：D_uw＝X_uw·cos(‑ψ)+Y_uw·sin(‑ψ)平台总的风倾力矩M_t，单位为Nm：M_t＝(|H_aw|+H_uw)·D_awS4、给定各种风向角ψ，重复S2‑S3获得相应风倾力矩M_t。