载人潜水器有机玻璃视窗蠕变-疲劳特性分析

通过对棒状有机玻璃试样进行短期蠕变试验,揭示载人潜水器视窗玻璃材料的蠕变特性。开展有机玻璃蠕变断裂试验,获得有机玻璃材料的蠕变断裂寿命,给出蠕变断裂时间和保载应力水平成双对数线性相关的结论及相应的线性拟合方程,并开展拉伸疲劳试验获得不同峰值应力下的拉伸疲劳寿命。对300 m观光潜器有机玻璃视窗在不同下潜深度下的应力水平进行分析,并结合基于线性累计损伤理论的时间寿命分数法,实现对300 m载人潜水器有机玻璃视窗考虑保载蠕变的疲劳寿命估算。

深海载人潜水器直流无刷电机驱动控制研究

为提高深海载人潜水器电机工作效率和故障诊断能力,并降低系统工作噪声,对直流无刷电机的高效低噪驱动控制技术进行研究。采用具有智能相位控制功能的三相全波正弦波控制芯片TB6605结合智能功率模块(IPM)设计直流无刷电机驱动器。采用单片机对系统的电压、电流、温度、转速、位置信息进行检测,为控制系统提供必要的信息反馈,对应用直流无刷电机的系统状态起到实时信息监测的功能。实验结果表明,研制的直流无刷电机驱动器在电机全转速范围内具有较高的工作效率,额定工况点效率高达90%以上,且在全转速范围内,提高了电机运转的平稳度,降低了系统噪声。研究成果对提高深海载人潜水器电机的工作效率和故障诊断能力,并降低系统工作噪声具有很好的支撑作用。

系统思维在载人潜水器设计中的应用

系统思维以及系统方法论在复杂巨系统的设计上有着极大优势。载人潜水器作为一种大型装备,其设计过程中大量采用了系统方法论。本文对载人潜水器的组成、功能等进行介绍,对系统思维和系统方法论应用于载人潜水器设计的必要性进行分析,对常见的系统方法论进行介绍。并结合具体示例,从载人潜水器总体、载人潜水器分系统之间、载人潜水器分系统自身等层面,对载人潜水器设计过程中所采用的系统方法进行介绍。最后,以生命支持分系统为例,从该系统的运行时长及故障数量角度出发,验证系统思维和系统方法论在该系统的设计过程中发挥的作用。

深海载人潜水器的水下稳性分析研究

水下稳性是深海载人潜水器重要的总体性能之一,通过稳心高(GB)衡量潜水器的稳性,其指标大小与潜水器的操纵和安全息息相关。潜水器在运动过程中,海洋参数随深度变化以及潜水器自身压载变化引起潜水器稳心高发生变化。本文以稳心高基本公式为基础,结合潜水器耐压结构、浮力材料和液压油的浮力损失计算方法,建立深海载人潜水器水下稳心高数学模型,提出一种深海载人潜水器水下稳性分析方法。以“深海勇士”号载人潜水器为研究对象,对深海载人潜水器的水下稳性进行计算分析,得出深海载人潜水器水下稳心高的变化规律,可为深海载人潜水器的设计提供参考。

全海深载人潜水器控制模拟器

为了提高载人潜水器联调效率、增强技术扩展的可验证性,实现潜水器故障离线模拟仿真以及潜航员路基训练的目的,本文以“奋斗者号”全海深载人潜水器控制系统为基础,结合虚拟仿真以及计算机图形图像技术,设计并开发了一套全海深载人潜水器控制模拟器。该模拟器可实现潜水器在研制过程中控制系统本体功能验证与同步调试,以安全为基础提高研制效率;在潜水器运维过程中,可实现本体故障模拟复现、故障分析、模拟调试、潜水器下潜过程数据回放、潜航员模拟训练及科普展示等功能,既提高了潜水器联调效率,又能增强潜水器的安全性与可靠性,同时为我国模拟仿真装备的设计、开发与制造提供借鉴。

全海深载人潜水器主驾座椅工效学测评

为满足全海深载人潜水器安全、高效地开展深海潜航作业的需求,对影响潜航员舱内作业效率的舱内因素及舱外因素进行分析;探讨了载人舱内潜航员在复杂人-机-环境系统状态下的作业特点,明确了载人舱人-机-环境系统应保持以人为本的设计原则。通过对潜航员在深海载人潜水器载人舱内的舒适性分析,提出基于生理和心理多参数耦合的载人舱主驾驶座椅工效学测评方法。结果表明:相较于普通座椅,全海深载人潜水器主驾驶座椅易导致潜航员肌肉疲劳、焦虑感上升及舒适度降低,通过对座椅腰靠角度的调节可有效改善潜航员在载人舱狭小空间内的舒适性。深海载人潜水器在设计主驾座椅时综合考虑人-机-环境因素配备腰靠支撑单元,可进一步提升潜航员深海潜航的作业效率。多参数耦合的工效学测评方法为今后载人潜水器座椅的优化设计提供参考。

基于几何相似性的载人潜水器无动力潜浮运动预报

无动力下潜和上浮可以大大节省潜水器的能源,提高潜水器在水下的作业时间,是潜水器水下作业能力的重要基础之一。本文以载人潜水器受力分析为基础,基于几何相似性理论,获取载人潜水器潜浮速度与潜水器水中重力之间的关系,建立载人潜水器无动力潜浮运动预报模型。以“蛟龙”号载人潜水器为例,采用所建立的潜浮运动预报模型对7000 m无动力潜浮运动进行预报,通过对比分析可知,本文所建立预报模型的预报精度优于基于标准运动模型的预报精度,验证了本文所建立模型的可行性和有效性,为在实际应用中对无动力潜浮运动的准确预报提供了可靠的技术手段。

深海载人潜水器多约束先验图像增强方法

针对深海载人潜水器人造光源照射造成深海图像颜色失真、散射模糊以及光照不均匀等图像降质问题,提出一种基于多约束先验的贝叶斯Retinex深海载人潜水器图像增强方法。该方法首先通过一种基于统计的颜色校正方法对图像进行色彩校正处理,然后对光照图先后进行平滑、结构和不均匀光照高亮区域3种先验,并将3种先验条件结合到贝叶斯模型当中,并选取Lab颜色空间中L分量作为初始光照图来进行光照图估计的最优化求解。最后,通过伽马校正的方法对光照图和反射图进行处理,获得增强后的深海图像。实验结果表明,所提出的方法平均运行时间4.39 s,具有较低的复杂度,更加适合深海恶劣环境下的图像增强,处理得到的深海图像具有更好的观测效果。

国外载人潜水器布放回收模式发展研究

安全可靠地布放回收载人潜水器是其海上运维保障和完成使命任务的基石,本文梳理了国外载人潜水器的海上布放与回收模式,对其作业模式进行了分类,通过分析各类载人潜水器布放回收模式的应用对象和应用场景,总结了各模式的主要技术特点,以期为我国载人潜水器的发展和深远海保障的建设提供参考。

基于PVDF球形换能器的载人潜水器浮力材料损伤侦听定位技术

针对载人潜水器作业过程中浮力材料受损位置难以实时监测、定位的问题,提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)球形换能器的载人潜水器浮力材料损伤定位的方法。为确定损伤部位中浮力材料损伤的精确位置,设计了基于最优四元阵列原理的PVDF球形换能器阵列。利用时延差值法进行声源定位模型的建立,获得浮力材料断裂部位的精确坐标。为提取有效的浮力材料断裂声信号,设计了基于改进DnCNN(denoising convolutional neural network)声信号去噪方法。根据定位原理设计了浮力材料损伤定位的软硬件系统,并搭建实验平台验证了方法的可行性。实验结果表明,基于改进DnCNN声信号去噪方法在实验室模拟噪声环境下,可以对浮力材料断裂目标信号进行有效提取;在声源位置距离球形换能器中远距离处取得了良好的定位效果,定位误差为±0.2 m,符合定位要求。

基于干扰特性指标与推力分配的载人潜水器容错控制

载人潜水器在深海复杂恶劣的环境中运行,容易受到外部环境干扰和推进器故障的困扰,本文将干扰特性指标与基于推力分配的主动容错控制方法相结合,提出了一种新的主动容错控制方法.首先,建立了载人潜水器系统的数学模型;其次,设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总干扰,并设计无推进器故障时的控制器;然后,针对推进器故障问题,引入权重矩阵进行推力分配以保护故障推进器,并设计了干扰特性指标表示干扰的性质对跟踪误差和推力损失的影响;在此基础上,给出了一种基于干扰特性指标与推力分配的新型容错控制方法,李雅普诺夫方法保证了该控制算法的理论稳定性;最后,通过数值仿真,验证所设计的控制方法的优越性.其优越性主要体现在:能够利用可用干扰与补偿有害干扰,并将可用的干扰能量用于补偿故障推进器的推力缺失.

深海载人潜水器潜航员岗位管理研究

在深海载人潜水器的运行中,深海载人潜水器潜航员处于核心地位,是我国深海战略实施中的重要因素,同时又是我国特殊的重要人才。随着“蛟龙”号科考作业任务的增加,建立一支素质优良、结构合理的潜航员队伍至关重要,文章分析了国外潜航员岗位管理及潜航员培养方法,结合我国载人潜水器作业实践,探讨总结我国潜航员及深潜工程技术人员的岗位及潜航员培养方法,旨在推动了“蛟龙”号载人潜水器潜航员队伍的培养,对未来我国深海载人潜水器潜航员培养具有重要的指导意义。为更加规范潜航员管理,更多人才加入潜航员队伍做好制度保障。

深海载人潜水器上浮姿态水动力特性分析

为研究深潜器在不同上浮姿态下的水动力特性,本文对1∶36的“蛟龙”号深潜器缩比简化模型进行水动力试验。通过六分量传感器得到不同上浮姿态下深潜器的阻力、升力和俯仰力矩,基于傅里叶变换方法获得升力功率谱;利用粒子图像测速法拍摄深潜器尾流流场,基于本征正交分解(POD)方法获得流场主要模态。结果表明,相比于垂直上浮姿态,以30°纵倾角上浮时阻力下降了38.2%,升力大小上涨了98.9%,俯仰力矩下降了20.8%,尾部尾流区漩涡消失,最大湍动能下降了33.6%;POD一阶模态下,上浮纵倾角从0°增加到10°,尾部尾流逆流区域面积减小,首部尾流高速区域面积增加,导致首部压力下降,尾部压力增大,使得升力方向发生改变。

深海载人潜水器发展现状及技术进展

本文对国内外深海载人潜水器装备的发展现状进行了综述,介绍了我国"蛟龙"号载人潜水器研制的基本情况。在此基础上,对国内外深海载人潜水器装备的特点进行了总结,并讨论了深海潜水器装备的最新技术进展。

一类载人潜水器的改进LQG控制研究

针对一类载人潜水器(MSV,MannedSubmersibleVehicle)在动力定位中多自由度之间存在的强耦合、非线性,以及系统参数的时变特性,文章采用带遗忘因子的递推最小二乘法和平方根法对系统参数进行辨识,然后在状态空间进行多输入多输出(MIMO)线性系统的最优控制研究。仿真结果表明,该两种改进LQG控制方法对于外界扰动以及系统的参数时变具有良好的控制效果,控制精度得到提高,为实际载人潜水器控制系统的多自由度动力定位控制提供了坚实的依据。

蛟龙号载人潜水器的7000米级海上试验

蛟龙号载人潜水器研制是国家863计划重大专项之一,其目标是建造出一台可以执行规定使命任务的产品。海上试验是载人潜水器重大专项的关键阶段,2009年8～10月、2010年5～7月和2011年7～8月,分别完成了1000米、3000米和5000米级的海上试验任务。文章主要介绍了在2012年6月3日～7月16日之间完成的7000米级海上试验,内容包括海上试验的基本情况、海试取得的主要技术和应用成果、海试过程中发现的故障及处理情况以及对今后投入应用的启示,最后给出7000米级海上试验的主要结论。

大深度载人潜水器耐压壳结构研究现状及最新进展

大深度载人潜水器的耐压壳是保证潜水器中人员和设备安全的关键部件,它直接关系潜水器的重量指标和总体性能。论文综述了大深度载人潜水器的研究进展,重点介绍大深度载人潜水器耐压壳的结构形式、选用材料、强度和稳定性计算、制造工艺等方面的研究现状及最新进展。

基于载人潜水器的深海资源勘探作业技术研究

研究大深度的载人潜水器,对于我国深海资源勘探和科学考察意义重大。作业技术在深海资源勘探工作中具有不可替代的作用。该载人潜水器的研究,将资源勘探的作业技术与深潜器一体化作为一项重要的技术特色提出,充分显示了国家对深海资源勘探事业的重视。针对我国自行研制的大深度载人潜水器,在借鉴国外研究工作的基础上,开展作业系统技术中的水下作业机械手、物理化学量异常检测设备、采样技术以及其他相关技术,如深海无线耦合传输系统及触发技术的研究与讨论。

蛟龙号载人潜水器的5000米级海上试验

“蛟龙”号载人潜水器研制是国家863计划重大专项之一，其目标是建造出一台可以执行规定使命任务的产品。海上试验是载人潜水器重大专项的关键阶段，2009年8～10月和2010年5～7月，分别完成了1000m和3000m级的海上试验任务。论文主要介绍了在2011年7月1日～8月18日之间完成的5000m级海上试验，内容包括海上试验的基本情况、海试取得的主要技术成果、海试过程中发现的故障及处理情况以及对今后技术改进的启示。最后给出5000m级海上试验的主要结论。

载人潜水器舱室空间舒适性复合评估方法

为改善载人潜水器舱室空间舒适性,针对深海载人潜水器强约束条件下舱室空间舒适性特征,提出基于虚拟仿真技术的舱室可视化空间舒适性多源复合评估方法.该方法以虚拟仿真技术为基础,将载人潜水器舱室空间三维数字化数据与潜航员人体数据相结合,构建数字化虚拟仿真模型;以快速相应与评估为标准,将人体舒适性进行分区,并对载人潜水器空间与功能特征进行系统的分析,依托人体生理学特征获取人体舒适性区域特征及空间约束映射,建立7项评估指标;结合6项人因评估工具构建舒适性多源复合评估模型,采用虚拟仿真技术开发空间舒适性可视化评估系统,并通过某型载人潜水器舱室空间优化设计,对舒适性多源复合评估方法和可视化评估原型系统进行可行性验证.研究表明,不同的任务作业姿态严重影响人体舒适性评估的准确性,狭小的舱室空间及舱内设备的布局进一步增大了作业姿态评估的难度.采用空间舒适性复合评估方法能够准确的描述多种姿态下空间舒适性程度,同时多源和可视化的技术特点在一定程度上提升了空间设计方案评估效率以及评估结果的可读性.