“海龙III”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究，以及海洋石油工程服务等水下综合作业，能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。本文结合国内外深海ROV装备和技术发展现状，以新研发的6000米级“海龙III”号ROV搭载“大洋一号”船执行的2018年南海综合海试和48航次为例，从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面，详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程，对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。经过海上功能测试和试验性应用结果表明，“海龙III”ROV各项性能指标满足设计要求，验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力，创新了深水ROV作业方法手段，分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处，并结合实际应用提出后期改进计划，以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

全海深ARV抛载系统研发及深海试验

抛载系统是水下机器人安全工作的核心关键部分。以“思源号”全海深ARV（自治缆控水下机器人）为研究对象，开展ARV作业过程中压载水下释放问题研究。通过在ARV底盘下侧布置下潜抛载模块，上艇体两侧对称布置上浮抛载模块，设计了一套基于电磁驱动的超高压水下抛载系统。利用Maxwell 2D电磁场有限元分析软件对非接触式电磁铁作了静磁场数值分析，得到电磁铁的磁力线与磁通密度分布图，验证了抛载电磁铁可以满足压载吸附和抛弃的功能。设计了一种非磁性钛合金隔离片，用于消除电磁铁断电后存在的吸附效应，解决了抛载失败的问题。开展了电磁吸力测试、可靠性试验、超高压试验以及深海试验，试验结果验证了所设计的全海深ARV抛载系统能够在深海环境下实现水下释放压载，为全海深ARV实现上浮下潜和水下浮态控制提供重要保障。     

深水新型水下立管支撑平台研究

FPSO系统在深海海洋油气资源开发中扮演着重要的角色,而深水FPSO系统水下立管管路较长,立管整体重量较大,立管在水流作用下产生的涡激振动也较强,这些将给FPSO主船体带来严重的稳性、强度及疲劳问题。鉴于此,深海FPSO系统在油气资源开发过程中,须在水下一定深度设置若干水下软管支撑浮体,用以支撑来自深海海底的管线,减轻深水立管对FPSO的负载作用。随着深海资源开发的深入发展,传统水下软管支撑浮体作为FPSO系统的关键装备已经无法满足深海开采的需求,寻求大型化、深海化、生命周期长久化的新型水下立管支撑平台迫在眉睫,设计简便快捷、低风险的安装方法成为其开发过程中的重点和难点。详细描述了水下软管支撑浮体的产生及其发展历程,针对深海开发的需求提出了新型立管支撑平台的新概念,着重对新概念下下水安装更便捷的耐压立管支撑平台设计原理及其下水安装方式展开了分析,最后对水下软管支撑浮体和新型立管支撑平台的关键技术进行了总结,并提出了需进一步解决的问题。     

“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

深海上浮平台线型设计及水动力特性预报

深海上浮平台是水下装备技术朝信息化、智能化方向发展的未来趋势,对根本扭转我海上战略安全形势、在深远海有效拒止强敌具有重大意义.针对深海上浮平台长期服役、水下快速上浮、大深度耐压密封等特点,提出了一种基于回转体外形的大型航行器外形设计及水动力特性预报,着重解决平台在无动力上浮时的低阻性要求,经过理论估算和CFD软件仿真验...     

基于同轴电缆的能源与数据信息混合传输技术中数据耦合器的设计与实现

目前,深海科学考察所用的调查设备动力与监控系统的供电电源主要采用水下锂离子电池供电,但采用锂离子电池供电存在较多弊端，严重制约着深海科考工作的发展。本文针对这个弊端设计并制作了数据耦合器，实现了基于铠装同轴电缆的能源、彩色实时图像以及上、下位机数据的混合传输。该技术主要采用低通滤波和电容耦合，将数据信号叠加到电源信号上，通过同轴电缆，实现长距离功率能源与数据混合传输。     

考虑高低温影响因素的金属密封总成性能分析

水下井口系统环空金属密封总成设计是水下油气装备国产化核心技术之一。前期国内相关研究人员已在密封设计、密封机理等方面形成共识,但密封性能评价的全面性和准确性依旧存在不足。鉴于此,提出考虑高低温影响的金属密封总成性能评价方法,构建了“有限元分析+室内测试+无损探伤”的评价流程。评价结果显示:温度是金属密封设计及性能评价过程中不可忽略的重要影响因素;设计温度范围内,该金属密封总成的密封性能及主体结构强度满足设计要求,但仍不同程度地受到温度变化影响;相对于常规方法,该评价方法更加全面准确,可为该领域其它密封设计提供借鉴和参考。     

直浸式直流无刷电机在深海液压源中应用研究

通过对深海环境下直流电机一些特殊要求的分析,阐述了直浸式直流无刷电机的基本构成。利用电机内部充油平衡海水压力的自动补偿技术解决了其在深水中工作所遇到的高压、密封和工作水深等困难,增强了电机在深海环境下的适用性。同时提出一种简单可靠的深海电机密封结构。经过试验验证了理论设计的合理性。     

深海拖曳系统水下控制技术研究

深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中，深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术，从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外研究现状等进行梳理，分析对比不同控制手段的优缺点，并对深海拖曳系统水下控制技术未来的研究方向进行展望，以期为深海拖曳系统的应用与发展提供参考。     

深海机器人视景仿真系统研究

以载人深潜器的各种水动力参数和实际尺寸为基础,根据几何空间坐标方程建立了其运动学模型,采用MultiGen公司的Creator建模工具和Vega视景环境完成了在深海虚拟环境下的系统仿真。该系统可以实现深海机器人的可视化,更加直观、生动和实时的反映其位姿状态和水面、水下巡航过程。该系统实际应用在中国科学技术馆深海机器人展馆项目上,一方面展示载人深潜器的水下工作过程,同时也使得观众有机会亲身体验潜水器的操纵与驾驶。实际运行结果表明,该系统逼真地演示了载人深潜器水面备航、无动力下潜以及近海底巡航等仿真过程,能够满足系统仿真的实时性要求。该系统还可以应用到深海环境模拟研究、水下机器人运动仿真、控制系统调试以及操纵驾驶训练等中。     

用于近海海洋环境检测的轻型机器人

介绍一种新研制的用于近海海洋环境检测的轻型机器人,该机器人由智能检测控制台、水下检测器和控制电缆三部分构成;水下检测器由6个独立密封舱室和尾翼组成,具有一个主推进器和两个侧向推进器。特点是采用了潜艇式ROV结构,大幅降低了成本,适度增大了负载,可以满足一般工程检测的需要。通过在控制台上发出指令,可控制ROV完成前进、后退,上浮、下沉、左右转弯等动作;可以实现一定流速下的动力悬停,可以使ROV保持一定的倾角,以配合实现检测作业。该水下机器人可以检测腐蚀电位、温度、深度等最多16个参数,设计深度为40m。     

水下油气生产系统技术及基础设备发展与研究

水下油气生产系统是保证深海油气开采顺利进行的关键设备之一,它的研发与国家深海资源开发有着密切的联系.文章就国外水下油气生产系统基础设备,如水下采油树、水下管汇、脐带缆等的发展现状、结构形式以及安装与设计时的热点问题进行了介绍,并对水下生产系统整体发展进程进行了详细叙述,综合国内研发情况,为我国水下生产系统的研发提供学习和借鉴的建议.     

浅海型水下滑翔机技术研究现状分析

美国Teledyne Webb Research公司按照型号系列化、结构模块化和测量多样化的设计思路研制水下滑翔机,其Slocum 200浅海型和Slocum 1000深海型水下滑翔机在海洋环境观测领域具有广泛的客户需求。文中以200 m浅海型和1 000 m深海型两款水下滑翔机为例,详细对比了两者的技术特点,并在此基础上阐述了两者各自适用的海洋环境观测应用范围,两者优势互补,难以取代对方。浅海型水下滑翔机具有锯齿剖面密度大、折返机动性高和平均前向速度快的特点,适合在近海岸、陆架坡折和深海温跃层等区域对高时空变率海洋现象进行观测。近几年,我国深海型水下滑翔机技术取得了惊人进步,同时,我国浅海型水下滑翔机技术也在快速发展,这对推动我国海洋环境监测业务水平的提升意义重大。     

深海原位微颗粒观测系统设计及实现

深海观测具有重要的科学意义。为此,设计了一种原位微颗粒观测系统,可以获取深海的藻类、泥沙颗粒尺寸和形状等信息,并计算其流动。整个观测系统包括水下观测子系统、在线处理子系统、岸基后处理子系统。对各个子系统的设计及实现进行了详细论证。最后依据实验室及浅海试验,验证观测系统的准确性,并优化系统设计。     

世界上第一台水下激光扫描仪

美国深海开发服务公司与美国威斯汀豪斯水下激光系统公司签订了一份长期租用其第一套水下激光线性扫描系统的合同。 深海开发服务公司将把这种先进的传感器及其过程处理器结合成一体,然后放入一个特殊设计的能被拖动的潜器中,这样它就能为世界各地用户提供水下激光图象勘测和检测     

水下运载器外挂负载的系统测试方案及仿真

研究水下运载器外挂负载的测试问题,根据负载功能,建立了负载的系统模型。考虑到系统可测性,模型中增设一些辅助元件和电路,测试计算机通过与负载的自动驾驶计算机通讯,由自动驾驶计算机施加激励和采集响应,完成测试。最后,对测试方案进行了仿真试验,并分析了仿真结果。     

我国引进深海水下机器人“海狮”号

广州海洋地质调查局日前成功引进一套4000m级深海遥控水下机器人（ROV），这是目前我国引进的最大深度的高技术海底运载作业设备，将大幅提高我国4000m级深海科学勘察能力。据介绍，这套深海遥控水下机器人（ROV）现已命名为“海狮”号，整套系统由甲板控制台、甲板供电单元、     

深海近底三分量磁力仪设计

提出了一种新的深海海底三分量磁力仪设计思路，用于高灵敏度地磁测量调查海底矿体分布，其磁力测量探头基于各向异性磁阻传感器。详细分析了磁阻传感器的误差模型，提出用Broyden算法实现误差校正，并给出了在个人电脑上的实现结果。描述了水下系统中传感测量电路以及通信、存储功能的基本设计思路。最后给出目前的实验与测试数据，并提出了后续工作思路。     

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题,对接一般通过深海连接器完成。弹性夹头是水下连接器的重要组成部分,其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明,锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过430 MPa,小于所选取的材料屈服强度480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连接所需推力的最显著因素。对夹头的结构进行优化设计,同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。最后,通过试验研究对样机进行测试,测试结果表明,夹紧动作所需的最大推力在700 N以下。     

FPSO水下承载浮体中圆柱壳浮筒结构设计

介于海底油井与水面FPSO之间的水下承载浮体解决了深海输油管道对FPSO转塔结构强度要求很高的问题,但其下水操作仍繁杂耗时。针对此问题,文中提出了水下承载浮体中圆柱壳浮筒的新思路,实现了浮体的一次性下水安装。文中设计了承受均布外压、承受均布内压两种载荷形式的浮筒结构形式,尺寸不变即提供浮力一致的条件下,通过计算结构稳定性及强度,优选浮筒重量最小的结构参数和载荷形式:选择外压外环肋圆柱壳作为水下承载浮体中的浮筒结构。研究成果具有自主知识产权,可极大缩短深海石油开发中FPSO水下承载浮体的安装时间。