1.适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述模拟器包括浮体单元、工作台面、推进系统、波高测定系统、水声定位系统、流速测定系统、无线电通讯系统、GPS定位系统、陀螺姿态控制系统、六自由度台架、中央控制柜、实验扬矿硬管模型和快拆式电池箱,所述浮体单元通过横梁结构与工作台面固定连接,所述中央控制柜和快拆式电池箱分设于工作台面上台面的前后端,所述推进系统设置在所述模拟器尾部,所述波高测定系统、水声定位系统和流速测定系统均布置在工作台面的下台面上,工作台面中部设有重心投影孔,工作台面上设有固定于重心投影孔两侧部的工作塔架,工作塔架上部悬吊固定有六自由度台架,六自由度台架下部悬吊固定有陀螺姿态控制系统,所述重心投影孔的圆心、陀螺姿态控制系统的重心和六自由度台架的重心均与所述模拟器整体重心的竖直投影相重合,陀螺姿态控制系统与六自由度台架的协同联动能够模拟出采矿船横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇、垂荡共六个自由度的运动状态,工作塔架顶部两侧固定有无线电通讯系统与GPS定位系统,无线电通讯系统顶端布置有超大广角视觉系统,实验扬矿硬管模型与重心投影孔相连接或穿过重心投影孔与陀螺姿态控制系统底部相连接。
2.根据权利要求1所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述浮体单元由第一浮体材料和第二浮体材料组成,所述第一浮体材料和第二浮体材料分所述模拟器左右两侧布置,所述第一浮体材料和第二浮体材料均为中空腔体结构,内部填充物为砂砾或石子,第一浮体材料底部设置有第一填充阀门,第二浮体材料底部设置有第二填充阀门。
3.根据权利要求2所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述横梁结构包括第一横梁、第二横梁和第三横梁,第一浮体材料和第二浮体材料依靠第一横梁、第二横梁和第三横梁固定连接,三根横梁顶部均与工作台面固定连接。
4.根据权利要求2所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述推进系统包括主推进系统、第一侧推进系统和第二侧推进系统,主推进系统布置在工作台面后端,第一侧推进系统布置在第二浮体材料后端,第二侧推进系统布置在第一浮体材料后端,所述主推进系统、第一侧推进系统和第二侧推进系统均可独立控制推进角度和螺旋桨转速。
5.根据权利要求1所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述快拆式电池箱底部设有多个通用卡扣,能够与工作台面的上台面多个位置固定扣接。
6.根据权利要求1所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述六自由度台架由上台面、万向节、伸缩缸和下台面组成,所述上台面通过螺栓与工作塔架固定连接,所述伸缩缸为六个,伸缩缸两端通过万向节分别与上、下台面相连接。
7.根据权利要求6所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,所述陀螺姿态控制系统由dy转台、陀螺壳体、检修盖、dx转轴和扩展连接口组成,dy转台通过螺栓与下台面固定连接,陀螺壳体上设置有检修盖、内腔装有可高速旋转的大质量陀螺体,dy转台相对于六自由度运动的陀螺姿态控制系统主体转动,陀螺壳体可沿dx转轴转动,所述扩展连接口设置在陀螺姿态控制系统下端部。
8.根据权利要求7所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器,其特征在于,实验扬矿硬管模型通过带锁万向节与工作台面的重心投影孔相连接或穿过重心投影孔、通过带锁万向节与扩展连接口直接连接。
9.采用权利要求1‑8之一所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器的模拟方法,其特征在于,所述模拟方法包括以下步骤:步骤1:根据待测实验模型的缩尺比、质量和自身浮力参数确定所述模拟器所需浮力,进而确定浮体单元腔内所需填充物的质量;
步骤2:将快拆式电池箱安装至工作台面后端居中位置;
步骤3:通过码头或母船将所述模拟器下放至水面,接通位于中央控制柜面板上的总电源开关,进行全方面自检,空车试机并采集数据作为实验对照样本数据与零点标点参考,确认模拟器状态一切正常;
步骤4:将待测实验模型通过码头或母船下放至水面,将待测实验模型的实验扬矿硬管模型部位通过带锁万向节连接至工作台面下部的重心投影孔部位;
步骤5:检测所述模拟器姿态,若发生偏斜,可通过调整快拆式电池箱在工作台面的上台面的前后左右位置,进行整体模拟器姿态配平;
步骤6:根据实验的工况要求,通过控制台远程进行程序设定,可任意独立搭配所述模拟器各工况模拟功能的使用;
步骤7:所述模拟器将获取的各数据通过中央控制柜初步处理后将通过无线电通讯系统与远程控制台交互数据;
步骤8:实验人员实时核验模拟器各传感器所采集的数据是否有效且正常,用以控制实验进度,调整实验方案;
步骤9:实验结束后,通过码头或母船回收所述模拟器并清洁维护妥善安置待下次使用。
10.根据权利要求9所述的适用自然水体的深海采矿系统自航拖曳模拟器的模拟方法,其特征在于,所述步骤6中模拟器的工况模拟功能包括以下工况模拟功能:姿态模拟,所述模拟器通过陀螺姿态控制系统与六自由度台架的协同联动来模拟出采矿船的横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇和垂荡六个自由度的运动状态,对模拟器的姿态干预既可是正向的亦可是负向的,适用于自然水域不可控,利用本功能进行减摇减摆或增摇增摆来贴近实验要求工况;
拖曳航行,模拟器所搭载的主推进系统、第一侧推进系统和第二侧推进系统均可独立控制推进角度和螺旋桨转速,通过改变螺旋桨转速,使得模拟器可模拟出匀速拖航、匀变速拖航、变加速拖航、以及各类复杂开采路径规划航行及各类半径转向航行工况;
转向拖航,模拟器所搭载的主推进系统、第一侧推进系统、第二侧推进系统均可独立控制推进角度和螺旋桨转速,通过改变推进角度和螺旋桨转速,实现各种形式的曲线运动,模拟出采矿船各类路径规划的拖航工况;
激励震动,模拟器所搭载的陀螺姿态控制系统与六自由度台架可以对模拟器施加高频的震动,通过模拟器主体结构传递至实验扬矿硬管模型或通过带锁万向节与陀螺姿态控制系统下部的扩展连接口直接连接,更为直接的产生激励震动,用来观测扬矿管线系统的动态响应特性;
铰接固接切换,所述带锁万向节存在两个正交的水平轴,可提供两个自由度的自由转动,带锁万向节将扬矿硬管顶端以铰接的形式与模拟器连接,可独立限制两个水平轴中的任意一个轴的转动后与模拟器连接或两个水平轴的转动都限制后最终将连接形式变为固接的方式与模拟器连接。