水下实验有线测量技术综述

水下实验是海洋工程、船舶工程、海洋资源开发、水下兵器研制等诸多领域的必要手段,有线测量是水下实验和水下测量的重要手段,它为水下实验提供数据支撑和评判依据,是一项基础性的工作。本文针对水下实验领域特点,详细阐述了有线测量水下实验技术的特点和着重点,综合介绍了水下实验测量技术。

世界唯一的水下实验室

潜水员在美国佛罗里达州附近海域水下62英尺处的实验室外工作。科学家可以在这个实验室里连续工作16天。

超声波检测水下掩体的模型实验研究

简要介绍超声波检测技术的基本原理,通过超声波在空气中的实验研究了超声波的传播特性和换能器的指向性。通过超声波在介质中传播时参数的变化来判断介质的物理性质,并将超声波应用于对水下掩体的检测,用回波探测法来检测水下掩体的位置和形态,通过模型实验来验证了用超声波回波探测方法检测水下地形的可行性。

信号级水下作战实验复杂声纳系统仿真技术研究

首先,给出了水下作战实验仿真的内涵和重要作用,并从水下信息攻防精细化仿真及复杂系统高性能计算两类应用需求,讨论了发展信号级水下作战实验复杂声纳系统仿真技术发展需求,介绍了国内外相关的技术概况。接着,分析了信号级水下作战实验复杂声纳系统仿真技术需要重点研究的科学问题,并从水声信号宽带波形快速预报、基于高性能平台的信号级仿真建模及大规模信号级仿真系统调控策略等3个方面论述了信号级水下作战实验复杂声纳系统关键仿真技术,包括其研究内容和作者所在团队研究成果;最后,给出了信号级水下作战实验复杂声纳系统仿真技术进一步的研究方向。

“宝瓶宫”:大西洋底水下实验室

这里活跃着一些生物学家。他们在佛罗里达近海20米的水下与珊瑚礁为邻,分析它们的生存状况,为地球把脉。

水下实验室疑案

太平洋上的一座小岛上建造了一个水生动物研究所, 那儿有很多来自世界各国的科学家,专门从事研究海洋哺乳动物如海豚、鲸鱼等的生活习性。在离小岛不远的海洋,水下60多米的海中。

新型两关节机器鱼的研制及实验研究

以鲹科加新月形尾鳍推进模式鱼类的仿生学研究成果为基础,采用模块化设计思想,设计了新型两关节仿生机器鱼"HRF-II",其尾部模块采用单电机驱动,易于实现尾部运动参数的调整;其升潜模块采用吸排水实现机器鱼升潜.对仿生机器鱼直线推进、转向、升潜和逆向游动的动作进行了水下实验.实验结果表明"HRF-II"具备良好的推进特性和升潜特性,并且实现了逆向游动.

双叶片半转叶轮水轮机水动力性能实验研究

双叶片半转叶轮水轮机是一种升阻复合新型垂直轴水轮机,水动力性能优劣直接影响着其工程应用价值。本文首先介绍了双叶片半转叶轮水轮机工作原理,分析了主要性能参数与实验参数的关系;在水轮机样机制造和水下实验平台设计的基础上,开展了水轮机低速启动性能测试、不同流速下获能效率测试以及获能效率稳定性测试等水下实验项目,并将水下实验与数值模拟进行结果对比分析。实验结果表明:双叶片半转叶轮水轮机在低流速(0.5 m/s)下依然保持良好的启动特性,来流速度对水轮机获能效率影响较小,最佳负载下水轮机平均获能效率可达46%,明显高于传统垂直轴水轮机获能效率;提高能量输出稳定性是该水轮机设计研究下一步需要努力的方向。

小型单关节机器鱼设计与游动稳定性分析

该文基于鲹科鱼的推进模式和鱼鳍模块化设计了一款结构紧凑、成本低廉、高效游动的小型单关节仿生机器鱼,其胸鳍、腹鳍和尾鳍拆装方便。此外,该文对仿生机器鱼的直线推进、静止转弯、鱼头稳定性进行了水下实验,研究了胸鳍和腹鳍对游动性能的影响。在样机游动测试中,该文利用一台高速相机和一面平面镜构建了一个记录机器鱼运动的“双目视觉系统”,可对鱼头最前端和质点上方两处标记点进行追踪,并可记录三维位置信息,这为机器鱼的游动性能、姿态变化和头部稳定性的定量分析提供参考。结果表明:机器鱼的直线推进和转弯性能较好;在稳定性实验中,配备胸鳍和腹鳍的机器鱼在低频游动时,头部稳定性更优,而在高频游动时,未显示出优势,这与自然界中鱼类在高频游动时除尾鳍外的各种鳍紧贴身体的现象一致。

中性浮力下实验体模拟对地定向控制律设计

中性浮力法是模拟空间微重力环境的一种常用手段,其原理是利用水的浮力平衡物体所受的重力,使物体处于漂浮状态。该方法模拟的微重力环境相似度高,持续时间长,可以提供6自由度运动模拟,因此采用该方法实现空间飞行器空间任务的地面模拟演示和功能验证是可行的。研究了中性浮力下实验体模拟对地定向控制律设计问题。首先根据流体力学和动量矩定理推导出实验体的姿态动力学方程,并通过本体坐标系与参考坐标系的关系,得出用于控制的动力学方程。然后在理想状态下基于该动力学方程,使用Lyapunov方法设计实验体模拟对地定向控制律,并证明了闭环系统的渐进稳定性。最后通过仿真验证了控制算法的性能。为中性浮力环境下实验体的空间任务模拟提供理论基础。

水下机器人的设计与CSMA/CD局域网控制系统的研究

通过对水下机器人的结构设计。对耐压电子舱的耐压性进行了理论值校核和仿真实验,求出了耐压电子舱的在水下所受的应力。在控制原理中,介绍了总体的运动控制总体框架图,并对BeagleBoard驱动功率器件和ArduinoMega2560控制器进行了选择和参数分析。分析了CSMA/CD技术局域网控制,采用CSMA/CD技术局域网,通过控制器,改变电脑无线网的IP设置和子网掩码,实现对水下机器人的运动控制,界面简单,操作方便。针对设计图对实物进行了制造,在制造的过程中,介绍了水下水下照明灯的选型、摄像头视角转换功能原理与设计方法及摄像头的选型及制造装配。采用了激光测距技术,利用脉冲法原理方便测量水下机器人和水下生物之间的距离。最后对制造出的水下机器人进行了水下运动和拍摄实验,运动状态良好,拍摄的水下画面清晰且视角灵活。

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。

层压封装平面LED光源的耐候实验

研究了层压封装的平面LED光源在高温高湿与水下环境的可靠性。平面LED光源采用标准层压工艺封装,对封装后的LED模组进行高温高湿耐候试验与水下环境试验,并与未封装的LED模组进行对比实验。实验结果表明,在环境温度为80℃、相对湿度为80%,模组工作电流为300 mA,连续33天高温高湿条件下,层压封装的平面LED模组的照度变化和温度均高于未封装的LED模组。在40℃水下环境下连续工作400 h,层压封装的平面LED模组的照度略有变化,且光衰小于1%。因此,层压封装能有效阻断外界高温高湿环境对LED模组可靠性的影响,更适合在常温水下照明应用。

多用途的水下声波监听系统

冷战期间,水下监听系统(SOSUS)用于对敌方潜水艇和舰船进行探测、跟踪的军事用途达35年之久。随着冷战的结束,这种原先只用于军事目的的装置开始为民用服务。几年前,设立在华盛顿州温德比岛上的美国海军监听站就与科学领域的研究人员合作,进行跟踪鲸类、研究海底火山喷发、侦探非法的漂网捕鱼等一系列工作。

水下对空中声源的运动参数估计

空中声源的辐射噪声谱包括宽带连续谱和窄带线谱,线谱能量高于连续谱。与水下声源相比,空中声源的运动速度普遍较高,线谱多普勒频移明显,可用于进行水下对空中声源的运动参数估计。首先通过时频分析提取接收信号的瞬时频率,而后利用非线性最小二乘法将瞬时频率提取值与预测值相拟合,进而估计声源的运动参数(声源的运动速度、静止频率、与接收器最小水平距离及经过最近点时刻)。仿真与实验均能较为准确地估计出声源运动参数,同时在实验中实现了水下对空中运动声源的测距和定位,测距误差小于15.8%。在满足一定信噪比和保证足够多普勒信息的情况下,该参数估计方法具有很好的适用性。

基于多线谱干扰抑制的水下对空运动声源线谱探测

针对水下对空运动声源探测时面临的多线谱水下强干扰问题,提出一种稳健可靠的基于多线谱干扰抑制的线谱检测方法。采用该方法对接收声场进行线谱提取,限定每个信源所在方位的空间谱能量主要来自一条线谱的贡献,抑制多线谱干扰的能量,最后综合所有线谱贡献,得到最终的方位估计结果。两次水下对空探测实验验证了所提方法的有效性,结果表明,线谱检测方法可有效抑制同频干扰,在低信噪比、多干扰环境下成功实现了水下对空运动声源的线谱探测。

2FSK水下通信仿真与硬件实现

水声通信系统用于在水下环境中完成信息的传输。为了实现水下数据传输,文章设计一款2FSK水下通信系统,通过Simulink对该系统进行仿真,利用STM32搭建了基于2FSK的水下通信实验硬件平台,发送端STM32控制DDS模块生成2FSK信号,接收端电路完成2FSK信号的非相干解调。在水池中进行了短距离的数据传输实验,实验结果表明,该通信系统能够实现数据的发射、传输、接收与恢复,具有易于嵌入、功耗低的特点,实验验证了该系统的可行性,能够实现水下数据传输任务。

真实尾流的光学特性

在实验室对模拟尾流气泡幕研究的基础上 ,设计了用于真实尾流测试的水下实验系统 通过对千湖 1号船在不同航速下尾流的几何特征进行观察和分析计算 ,得到了尾流深度、宽度与航速的关系 ,并且对尾流的水面宽度以及散开角进行了估计 在 5km/h ,1 0km/h和 1 5km/h的航速下对尾流不同几何部位的激光透射强度进行了测量 ,结果与理论计算基本一致 从透射光的相对强度来分析实验结果 。

基于视觉系统的双介质下目标定位

针对传统的摄像机三角测量原理无法实现光线折射情况下物体位置准确测量的问题,在双目定位原理和折射定理的基础上,提出了一种双介质下目标定位的理论方法。运用安装在空气介质中的双目相机对玻璃水缸中实验体进行测量定位,考虑了光线通过不同介质在临界面发生一次折射的情况,建立物点双介质成像数学模型,并用该方法完成水中实验体的定位解算,求得物体质心坐标。试验结果表明该方法可用于双介质下的视觉定位测量,具有较高的测量精度和良好的稳定性。

仿生机器鱼巡游性能的优化研究

传统的螺旋桨式水下推进器存在机械效率低和机动性能差等缺点,为大幅提高水下航行器的推进性能,仿生鱼类身体\尾鳍泳动模式研制出仿生机器鱼。为研究鱼体运动特征参数对推进性能的影响,建立身体\尾鳍推进模式的运动学方程和动力学模型。通过多步态仿真计算和仿生机器鱼水下游动实验,表明为保证高游速和高水平姿态稳定性,可设计一组特定的波幅包络线系数和体波摆动频率,以实现仿生机器鱼的巡游性能优化。