水下滑翔机器人运动分析与载体设计

水下滑翔机器人是一种新型水下机器人,具有噪声低、航行距离远、续航时间长、成本低等特点。分析了水下滑翔机器人的驱动机理和运动实现,给出了水下滑翔机器人典型运动的仿真结果,并以正在设计的一水下滑翔机试验样机为研究对象,描述了样机的整体结构布局,详细研究了浮力调节机构、俯仰调节机构和横滚调节机构的实现方法,并就样机中各执行机构的设计实现进行了论述。     

基于改进LHS方法的翼型水下滑翔机水动力外形优化

针对如何获得翼型水下滑翔机最佳升阻比外形这个问题,提出了基于改进拉丁超立方抽样方法的翼型水下滑翔机外形优化方法。分别应用中值拉丁超立方抽样方法和改进拉丁超立方抽样方法从翼型水下滑翔机参数化模型中进行二次取样,利用计算流体力学(CFD)方法计算其在水中做匀速运动时的升力系数和阻力系数,获得翼型水下滑翔机优化模型。对比改进拉丁超立方抽样方法和中值拉丁超立方抽样方法的优化结果表明:在相同样本数量条件下,改进拉丁超立方抽样方法可以获得更好的优化结果。     

深渊着陆器技术研究及马里亚纳海沟科考应用

海斗深渊是指海洋中深度超过6 000 m的区域,占据了海洋底部45%的深度范围,是海洋生态系统的重要组成部分,海斗深渊科学代表着当前海洋研究最新的前沿领域。面向海斗深渊科学近海底长时探测与采样应用需求,介绍了我国自主研制的7 000 m级"天涯"号、"海角"号深渊着陆器系统,针对深渊着陆器的装备特点,重点研究了生物原位观测、微生物富集与固定、生物诱捕及沉积物取样等技术。描述了深渊着陆器在马里亚纳海沟开展的试验和科考应用,验证了着陆器及采样技术的可行性、有效性及其对深渊科考的适用性,并取得了多项科考成果。     

A Lagrangian particle random walk model for simulating a deep-sea hydrothermal plume with both buoyant and non-buoyant features

This paper presents a computational model of simulating a deep-sea hydrothermal plume based on a Lagrangian particle random walk algorithm. This model achieves the efficient process to calculate a numerical plume developed in a fluid-advected environment with the characteristics such as significant filament intermittency and significant plume meander due to flow variation with both time and location. Especially, this model addresses both non-buoyant and buoyant features of a deep-sea hydrothermal plume in three dimensions, which significantly challenge a strategy for tracing the deep-sea hydrothermal plume and localizing its source. This paper also systematically discusses stochastic initial and boundary conditions that are critical to generate a proper numerical plume. The developed model is a powerful tool to evaluate and optimize strategies for the tracking of a deep-sea hydrothermal plume via an autonomous underwater vehicle (AUV).     

深海生物原位实验与生态监测研究进展

深海在黑暗、高静水压、低温（黑烟囱等热液系统除外）和寡营养的极端环境下形成了特殊的生境。对深海生物/微生物的研究,不仅可以揭示各种深海生物的生理代谢特性和动态变化规律,而且有助于深海生物资源的开发利用,特别是深海微生物碳循环机制的相关研究可为全球实现碳中和目标提供新的路线图。研究深海生物的首要条件是获得大量保持原位特性的样本,然而传统深海采样手段的局限可能导致深海相关研究结果无法反映深海环境下真实的生命过程,亟需发展满足深海生物原位研究的采样方法和生态监测技术。本文对深海生物研究现状,相关科学问题和原位组学研究进展,以及原位生态监测装备研发和应用进行综述,并对深海原位生物实验室进行了展望。     

面向海洋观测的长续航力移动自主观测平台发展现状与展望

南海拥有丰富的渔业资源,其中南海中南部大洋性、上升流区域更是具有很大的开发潜力和商业价值.西沙群岛位于南海中部,是我国海南省三沙市的重要组成部分之一.西沙群岛及其附近海域气候条件优越,拥有丰富的海洋渔业、海洋植被和油气矿藏等海洋资源,其中又以渔业资源的开发潜力最大.在南海问题近年来显著升温的背景下,通过推动加大南海特别是西沙海域的渔业资源开发力度,妥善处理南海争议、更好地维护我国南海主权权益,具有重要的现实意义和深远影响.     

自治水下机器人机械手系统协调运动研究

简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。     

水下机器人主动升沉补偿系统研究

介绍一种基于水下机器人常规液压收放绞车的主动升沉补偿系统,利用加速度传感器获得母船的升沉运动信号,控制绞车的运转来降低母船的升沉运动对水下机器人的影响。通过理论计算建立主动升沉补偿系统的数学模型,仿真分析绞车运动对水下机器人升沉运动的补偿效果,并利用主动升沉补偿系统实验台验证基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿方案的可行性。     

深海小型履带式机器人转向动力学建模与分析

为预测复杂海底环境下的小型履带式机器人转向运动性能,运用履带与土壤之间的剪切应力-剪切位移关系,考虑履带滑转以及转向离心力因素,并将水中浮力和水阻力参数引入构建履带式机器人深海底质土壤环境下的稳态转向动力学模型。将海底土壤参数、机器人结构参数代入动力学模型迭代求解,分析得到影响海底履带式机器人运动性能的因素。以一款深海小型履带式机器人为研究对象,在动力学仿真软件Recurdyn中构建动力学模型,通过动力学仿真得到的数据与理论计算数据具有较高的一致性,最后通过水池试验对比验证了动力学仿真的正确性。本文提出的稳态动力学模型可以作为海底履带式机器人不同机械结构参数、土壤条件下通过性预测的理论依据。     

水下机器人在极地科学考察中的应用

本文首先介绍了当前极地科学考察的背景与技术现状，重点阐述了水下机器人在极地科学考察中的作用及其应用的必要性。其次调查了国内外水下机器人在极地考察中的研究和应用现状，描述了我国研制的“海极”号水下机器人在“中国第二次北极科学考察”中的作业情况，对极地考察水下机器人的未来发展趋势做了分析。最后，本文针对极地环境和极地科学考察的需求，对极地考察水下机器人的一些关键技术进行了探讨。