不严肃的题记
用浅水多波束和相干声呐条带测深系统的朋友们，你们还在玩儿侧挂么？
让我听到你们热情的呼喊声~~
让我们一起摇摆！！！
以下是严肃滴正文
针对近岸浅水区域使用的专业测量艇这种高大上的东东我相信国内还没几家玩儿得起，多数情况下是租用当地渔船来实施调查项目，所以临时使用的侧挂式安装就成了最符合现场条件的选择
But！
最符合现场条件的选择有时候也是一种无奈的选择，因为这并非是最好的选择……
Why？
因为杆子会摇摆……
这是为什么呢？
因为流体流近竖直放置的钢管时压力升高，促使水质点在钢管前缘逐渐形成附面层并向两侧发展，在流体粘性较低（高雷诺数）的情况下，附面层在管壁截面最宽处附近脱离，尾流在钢管背流面形成一个规则的漩涡形流，出现周期性发放的涡街（Vortex street）。
恒定流速下孤立柱体背流侧形成的涡街
形成涡街的最小边壁距离——约0.25倍管径
这种漩涡流动作用于钢管时，会产生一个垂直于流向，大小、方向周期性变化的扰动力，当这个力的频率接近钢管的固有频率时，钢管发生共振，此时即使很小的外力，也能引发钢管的剧烈振动，这揍是著名的
“涡激振动（VIV）”。
孤立柱体涡激振动轨迹示意图
钢管发生的横向振动对流场中涡旋和尾流有极强的整理作用，由于钢管垂直于流向发生位移，附面层与管道外表面分离处水质点的相对速度提高，且密度增大，因此涡旋增强，其尾流也同时被增强, 涡脱落频率锁定在管跨固有频率附近，即旋涡脱落频率不受外流速控制而固定在钢管固有频率附近，这种现象就称为频率锁定（lock-in）。
管子振动，水下的换能器自然会一起摇摆~~
这种摆动对数据质量产生两方面影响，一方面发生高频率小振幅振动时声源和反射点的相对位置改变，海底同一个点的声信号往返时间发生变化,产生大量噪音信号，且随着发射角增大而增多；
发生涡激振动时水深误差分布
另一方面，对于接收换能器而言，振动不仅是一种噪音，还会严重影响相位检波的精度……
这种情况下采集的数据处理出来通常是这个情（xiong）况（yang）：
侧挂安装的多波束条带测深系统连接杆发生涡激振动时的海底图像
侧挂安装的相干声呐条带测深系统连接杆发生涡激振动时的海底图像
而且钢管的振幅达到一定程度后涡街会消失，钢管停止振动，但过一会儿新的涡街生成后又会开始振动，完全木有规律啊亲~~
我相信看到这种数据的时候很多攻城尸的内心是崩溃的……
那么，我们应该怎么避免这种问题的发生呢？
第一种方法：
控制速度——不要让外流速度进入能够引发钢管涡激振动的区间，涡激振动力的计算公式如下：
式中的Ω就是涡激振动力的频率
钢管的固有频率计算比较复杂，有兴趣的可以查查结构动力学里的算法，这里就不做累述，以70mm外径，壁厚分别为 3.5mm 和 5.0mm 的钢管为例，不考虑轴向力的前提下，用悬挂长度和外流速度计算可得：
70mm外径，壁厚分别为 3.5mm 和 5.0mm 的钢管不同悬挂长度的控制流速
这里需要注意两点：1.控制流速是钢管的对水速度，而非对地速度；2.悬挂长度是指固定点以下的自由段的长度；
—— 测线要来回跑……潮流速度、方向会变化……受船型限制不好上固定点……似乎都有难度啊亲~~
第二种方法：
避振——干掉涡街，让钢管不会受涡激振动力作用
具体方法：1.在钢管上打孔，消除管壁周围的压力差，但需要注意钢管的整体强度和孔的大小；2.安装螺旋形套管，破坏切变层，不能装太大太长的，否则水花太大产生新的噪音源。
这两个路子可以根据情况选用。
相当严肃滴参考文献：
[1] R.D.白莱文斯著，吴恕三等译，流体诱发振动 [M].机械工业出版社
[2] R.克拉夫,J.彭津著，王光远 译，结构动力学[M].高等教育出版社
[3] 蒲进菁等，涡激振动对船舷安装的相干声纳条带测深系统测量精度影响分析，《中国海洋大学学报：自然科学版》2011年 第12期 86-90页
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发表于 2015-7-8 15:27:05
楼主
发表于 2015-7-9 15:10:31
