用于海底观测网络水下接驳盒的电能监控系统

海底观测网络科学仪器的电能是由陆地电网通过光电复合海缆和水下接驳盒提供的。为了提高海底电力系统的可靠性和用能效率,设计了用于水下接驳盒的电能监控系统。该系统通过检测密封腔体内的环境参数、直流变换器的工作状态和内外部负载的用电情况,诊断系统故障并采取相应的保护措施,同时根据优先级管理内外部负载供电,并可通过海岸基站控制台实现远程控制和维护。在额定-2kV/2kW接驳盒上的原型实验表明,该系统运行稳定可靠,适用于海底长期观测网络。

海底观测网非接触式水下接驳系统的设计与实现

为充分利用海底观测网与自主水下航行器各自优势,构建海洋立体观测网络,设计并实现了海底观测网非接触式水下接驳系统.考虑水下接驳需求和海水环境特殊性,设计接驳系统机械结构,包括导引结构、耐压腔体.利用高频电磁波通信技术,并结合水下实际环境,实现水下高速非接触信号传输.基于电磁耦合方式,并考虑电路拓扑和耦合线圈的设计,利用胶封线圈实现水下大功率、高效率的非接触电能传输.基于WinCC组态软件设计系统上位机,并结合嵌入式PC控制器,建立系统中央控制系统.在实验室环境下对耐压腔体的深水工作能力进行了压力试验验证,湖上试验对系统进行了非接触信号传输、非接触电能传输和中央控制系统测试.测试结果验证了各功能模块间的兼容性和系统整体方案的可靠性,并为后续海试提供了试验方案的验证.

一种AUV水下接驳站的研究

AUV水下接驳站为AUV提供能源补充、信息交换,是AUV提升续航力,扩展作业内容、降低作业成本的重要保障。本文介绍了一种包容式的AUV水下接驳站,基于接触式插拔传输技术对插拔机构进行独创性设计。经试验验证,接驳站运行稳定无故障,插拔机构对接成功率高,具有良好的工程应用前景。

一种AUV水下接驳系统的设计与研究

AUV水下接驳系统主要用于海底观测网的能量补给与信息交互,是观测网建设的关键技术。本文介绍了一种自主研发的AUV水下接驳系统,并对系统的接驳流程进行阐述。该系统在渤海海域已进行了数十次对接试验,得到了超过90%的接驳成功率。

AUV接驳系统水下系泊悬浮运动建模与分析

水下对接是自主水下航行器(AUV)能量补充和数据交换的关键技术,为提升对接成功率,针对拖曳式导向罩对接方法进行改进,设计了一种新型开合式接驳装置。分析该装置是否满足对接要求,本文基于机构质心位移分析和Newton-Euler动力学理论建立具有变质心特性的接驳装置水下六自由度运动模型,系绳简化为一变刚度——阻尼轻质弹簧模型,结合系绳运动和受力边界条件建立系统缆-体耦合运动模型;并使用CFD软件STARCCM+对系泊悬浮接驳系统建立动态仿真模型。通过拖曳实验验证2种方法的有效性,其中仿真结果与实验数据的相关性更好,相关性系数最高时可达0.936 7。最后利用动态仿真模型详细分析外界水流和波浪干扰以及接驳装置拖点变化、导向罩开合对接驳装置运动状态的影响,波浪幅值不宜超过0.2 m,拖曳架固定时接驳装置更有利,导向罩开合时对接驳装置的姿态角影响较小,对其位置的变化影响较大。

AUV接驳装置悬浮平衡分析与配重优化设计

为了保证用于对接回转型自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的开合式接驳装置处于水下单点系泊悬浮状态时的平衡与稳定,须对其进行配重优化设计。通过对开合对接机构的位移分析,获得接驳装置体重心和浮心位置的变化范围;基于静力学理论,建立并分析重心、浮心和拖点的相对位置与接驳装置悬浮平衡纵倾角的关系。为了使接驳装置悬浮平衡纵倾角及其波动幅值小,及配重后接驳装置的质量最小,建立AUV接驳装置配重优化模型,并采用序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)方法对配重铅块、浮力材的特征尺寸和拖点位置等配重参数进行优化设计。通过接驳装置单点系泊悬浮实验,验证了优化配重后接驳装置满足设计要求。研究结果表明:相比自由拖架形式,采用固定拖架形式可以增大拖点与重心之间的垂向距离,非常有利于装置的水下悬浮平衡;相比经验配重设计,优化配置后装置总质量约减小了13.4 kg,悬浮平衡纵倾角波动幅值约减小90.68%,稳心高约增加7.63 mm,配重优化后AUV接驳装置系泊悬浮平衡状态良好。配重优化模型的建立及分析结果对水下接驳拖体的衡重设计及其拖架方案设计具有一定的指导意义。

水下信息传输网及其关键技术分析研究

水下信息传输网是一种以海光缆为主要传输介质,基于多种水下探测技术的水下传输网,承担着接入、汇聚和传输水下各类探测、情报信息,以及下发、传送岸基指挥控制信息的重要任务,涉及通信、材料、能源、电子、制造工艺和工程实施等多个技术领域,是未来水下重要的基础信息传输平台。以水下信息传输网的总体架构为基础,对信息传输与接入、远程供电、水下接驳和水下网络监控四个方面的关键技术进行了详细总结分析与对比研究。

线缆式海底地震观测技术——以浯屿岛海底地震观测台为例

地球科学研究的新型观测平台——线缆式海底地震观测台(网),是一种基于海底光电复合缆的光电传输技术,将传统的陆地地震观测台站向海区延伸、弥补海区地震观测台站的不足,实现实时、长期连续观测地球内部过程的新技术,目前已成为海洋科学的创新性研究平台,相关的技术方法也有了突飞猛进的进步.2018年,我国研发建设的“福建近海海底地震观测台”,在前人探索研究的基础上,突破了线缆式海底地震观测台(网)关键技术,实现数据实时传输功能,具备进入地震行业网的能力.经过超过三个月的试运行检验,证实了系统的稳定性和可靠性.本文详细介绍了福建浯屿岛海底地震台(网)研发的关键技术与建设流程、关键技术环节相关规范和检测结果.地震采集数据结果表明,浯屿岛海底地震观测台实现了数据实时流服务,并可接入中国地震局JOPENS系统,数据实时传输正常,并自动存储实时波形数据;试运行期间以实际99%以上的高运行率,达到了国家测震台网管理规定的优秀标准.研发结果可为我国今后的海底地震观测台(网)建设提供重要参考指标与经验借鉴.

加拿大“海王星”海底观测网络系统

海底观测科学正朝着多元、立体、实时、长期、持续的趋势发展。加拿大"海王星"海底观测网(NEPTUNE Canada)是世界上第一个区域性海底电缆观测网络,位于加拿大西海岸20万km2的胡安·德富卡板块的北部,拥有全长800 km的主干网,5个海底观测站,自2009年12月业务运行以来为海洋学界的科学家们源源不断地提供着各种宝贵数据。首先对该系统工程的建设规模等基本构架进行简要介绍,然后从科学与机遇、关键技术、安全措施、业务运行与管理等方面阐述了该网络工程在设计、建造和运行整个过程中的几个主要关键问题,希望以此为我国海底观测工程的建设提供参考。