遥控潜器的现状与未来

介绍遥控深潜器(ROV)的概况，尤其是它们在3 048m以下深海中的使用情况。虽然是针对系缆式自由航行的潜器，但是为完整起见，也讨论了拖曳潜器和自主潜器(AUV)。为了准确地论述这些深海潜器系统的技术发展水平，还将讨论它们在不足3 048m深度的性能。另外，对它们在新千年初期的用途进行了计划和设想。

基于改进递归最小二乘估计的潜器轨迹预测

由于海流、温度、海底地形等深海环境因素影响,同时存在潜航器自身推进器扰流、母船螺旋桨扰流等因素,超短基线(USBL)作为深海水下潜航器通信定位的系统存在通信延迟不一、异常值随机出现等问题。当潜航器与母船之间的水平夹角小于USBL自身的通信角,潜航器与母船无法实时通信,由此带来一定潜航器与船体的碰撞风险。针对上述问题及风险,提出基于改进的递归最小二乘法估计的潜航器水下轨迹预测方法,可有效降低测量扰动的影响,对航行轨迹进行预测。

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。

结合固定翼飞机原理重水潜器设计

结合固定翼飞机与潜器设计原理设计了一种密度大于水的潜器——重水潜器,它利用机翼升力平衡剩余重量,外形就像固定翼飞机。由理论分析可知在有效载荷和航行速度相同的情况下重水潜器较常规潜器的体积有明显减小,而以中高速航行时重水潜器阻力优势明显。根据固定翼飞机与潜器设计原理相结合的设计方法制作的重水潜器样机进行水池试航时顺利完成直航、水平回转、爬升、下潜等规定动作,并表现出良好的稳定性和操纵性,从而证明了该设计方法的可实现性。

载人潜器虚拟仿真实验在海洋地质教学中的应用

载人深潜是目前最先进的海洋科考技术装备之一,也是深海探测的国之重器,在海洋科学相关研究中发挥着越来越重要的作用。通过载人潜器的虚拟仿真实验,让学生以“下潜科学家”的身份进行虚拟载人潜器海底地形观测、标志物投放和沉积物取样等工作,有利于加深学生对海洋科考装备的认识,增强海洋地质专业学习的趣味性,提高学生对课程学习的主动性。载人深潜虚拟仿真课程的建立突破了传统海洋地质实习在时间和空间上的限制,提升了实验教学效果和海洋地质专业人才培养质量。

潜器的随行波减阻降噪贴敷层

21世纪 ,随着沿海战战略思想的强化 ,国际上正在加强各种水下航行器壳体贴敷层的研究。本文给出硬质随行波减阻降噪贴敷层的几何参数设计及原理。

日本深潜考察载人潜器的设计研究

涵盖了近期日本对装有自主式水下潜器和遥控潜器的深潜考察载人潜器的设计研究结果，描述该设计的基本特点和总体概貌，并介绍在每项研究中需要检验的某些主要项目。研究之初，为了确定未来深海科学研究最重要的主题，收集了许多国内科学家和学者的观点。该研究是由日本深海技术协会的特设委员会完成的。

90年代深潜器技术最新进展

深潜器技术是海洋高新技术。利用深潜器可以在海洋深处直接进行海洋生物、物理、化学和地质等科学考察活动,并可勘探深海地形地貌,采集海底样品,支持海洋开发利用。近年来的新发展是:无人遥控潜器逐渐代替有人潜器,无人无缆潜器向大深度发展,并出现了智能型潜器和仿生学潜器。 1 大深度无人潜器 日本继“深海6500”载人潜器下水之后。

仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景 ,对金枪鱼的月牙形尾鳍进行水动力分析。文中将金枪鱼的尾鳍处理为在做横移和摇摆的耦合运动的同时 ,以某一匀速向前运动的月牙形刚性尾翼。计算中应用了双曲面元和压力库塔条件 ,利用面元法计算分析该三维尾翼的非定常水动力性能。探讨了前进速度、横荡和摇首的幅度。

自主式水下潜器导航技术发展现状与展望

系统地回顾了自主式水下潜器导航技术的发展 ,主要包括航位推算、声学导航、地球物理导航、组合导航等技术的应用及限制。

潜器线性水动力系数计算方法研究

采用流体动力计算软件FLUENT,应用标准k-ε湍流模型、标准壁面函数法及动网格技术,计算了椭球体和潜器在纯升沉运动和纯俯仰运动中的水动力。通过傅立叶变换和线性假定条件,得到潜器惯性水动力系数和粘性水动力系数。椭球体附加质量的计算值与理论值吻合。计算结果表明,纯升沉运动和纯俯仰运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂外形潜器的水动力系数计算。

基于蚁群算法的水下潜器三维空间路径规划

路径规划是水下潜器智能控制的关键技术之一,其任务是在已知障碍物的环境中按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的无碰路径。使用蚁群算法对水下潜器三维空间路径规划问题进行了研究,以ACS算法为基础设计了路径优化搜索算法,详细讨论了信息素表示方法、路径点选取原则、启发式函数设计和信息素更新规则,给出了算法的具体流程,仿真实验结果表明,该算法能够方便有效的实现三维空间中的路径规划。

水下潜器导管螺旋桨在转艏摆动中的推力特性分析

采用多重滑移网格技术和计算流体力学(CFD)方法对作为水下潜器主要控制机构的导管螺旋桨在水下潜器各子系统流场影响下作转艏摆动时的推进特性进行数值模拟,研究了潜器组合体流场对导管螺旋桨所发出的推力的影响,对水下潜器系统中导管螺旋桨在其转艏摆动中的所发出的推力的规律进行了总结,并分析了水下潜器组合体与导管螺旋桨的水动力相互影响因素.计算结果表明:水下潜器组合体流场对导管螺旋桨的推进特性有不可忽略的影响,其中导管螺旋桨前端的鱼雷状浮体是影响其推进特性的主要因素,在其水动力相互影响区域长度范围内,浮体与螺旋桨之间轴向距离越小,螺旋桨所发出的推进力越大;鱼雷状浮体对导管螺旋桨推进特性的影响主要是通过改变螺旋桨盘面处的进速来体现.在研究水下潜器系统中导管螺旋桨推进力特性时,只有将潜器组合体与所研究的导管螺旋桨组合成为一个整体、同时将这样一个组合整体结合到水下潜器系统具体的运转环境来进行计算才能得到一种符合工程实际的结果.

水下智能潜器的神经网络运动控制

本文介绍一种基于神经网络的水下智能潜器的运动控制方法，该方法通过在线学习，融控制与滤波为一体。计算机仿真与水池实验验证表明，该方法的控制与滤波性能良好，对环境的学习与适应能力强。该方法事实上可用于一般动力系统的控制。

基于蚁群算法的水下潜器全局路径规划技术研究

全局路径规划是水下潜器智能控制的关键技术之一,其任务是在已知障碍物的环境中按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的无碰路径。文章使用蚁群算法对水下潜器三维空间全局路径规划问题进行了研究,讨论了三维空间的抽象环境建模方法,依据安全性、经济性和路径最短原则设计了算法适应值评价函数,综合利用迭代最优和全局最优信息设计了信息素更新规则,仿真结果验证了算法的正确性和有效性。

大深度潜器载人球壳开孔强度的理论计算及试验验证

文章根据外压球壳开孔区域的轴对称性和等面积补强所体现的主要强度特征对大深度载人厚球壳锥台形开口加强形式进行几何变换,同时求解系数十分复杂的三阶非齐次方程,完善和扩展球壳开口围壁、厚板嵌入组合加强的理论计算方法。通过两个4 500 m潜器球壳几种开口加强形式的应力集中系数理论计算、有限元计算和试验验证,证明了该方法的可靠性和适用性,可为制订大深度潜器载人球壳强度规范提供依据。

扁平潜器微速与倒航水动力试验研究

在长条水池中进行了具有扁平外形潜器的微速与倒航运动的水动力模型空间斜拖试验,测量了具有攻角和漂角同时存在下的空间运动的三个水动力和三个水动力矩。将测量的水动力和力矩整理成空间角度攻角、漂角的变化关系曲线图,初步得到了其变化规律。最后将水动力和力矩回归成攻角和漂角双变量的表达式。

水下潜器捷联惯导系统初始对准技术研究

研究摇摆基座上进行的惯导系统初始对准技术 ,提出了水平对准采用二阶调平、方位对准采用四元数补偿的初始对准方案。通过计算机仿真 ,验证了在载体的干扰频率特性已知的情形下 ,该方案可以有效地实现晃动基座上的对准。

潜器浮力调节系统的低功耗控制策略

针对潜器浮力调节系统功耗较高、严重制约潜器续航里程的问题,以剖面浮标为例分析了潜器上浮和下潜的工作过程,发现了上浮过程功耗远大于下潜过程的现象,提出了一种上浮过程的低功耗控制策略。首先推导了柱塞泵额定转速运行时电机输出转矩与海水压强的函数关系式。采用Matlab/Simulink建立了无刷直流电机的速度闭环控制仿真模型,通过对仿真数据进行回归分析,分别获得了电机启动功耗和稳定运行功率关于输入转矩的关系式;然后在考虑海水密度随深度变化的条件下,推导出总功耗与调节次数的函数关系式。最后通过对总功耗函数进行数值求解,发现总功耗与调节次数呈非线性关系。计算结果表明4km潜器上浮过程调节16次时系统功耗最低,比传统调节一次时节约能量78.883J,理论上节约能量48.3%。