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。     

海底地震仪水下投放装置的设计

针对联合采集观测系统设计中对OBS精确布阵的要求,设计并制作了OBS水下投放装置.该装置通过机械运动机构和声学释放器的有机结合,并借助船载绞车的牵引和水下定位系统的引导,实现了在接近海底区域准确投放OBS的目的,投放精度达到20 m以内,成功率为95％.海上试验结果表明:该装置设计合理,工作可靠、安全,操作简便.水下投...     

海洋水下作战仿真系统的设计研究

水下作战对抗已经成为信息化海战的重要方面,但水下战场的特殊性和复杂性使对水下作战对抗的论证评估、演示分析和实验研究等都面临着更多的困难,设计研究水下作战仿真系统,对于水下作战对抗体系构成的验证、水下作战对抗模式的演示以及对抗效能分析和关键技术发展导向等都具有重要价值。在水下作战对抗的应用背景下研究设计了水下作战仿真系统,分析了系统的总体架构,重点从节点对象类、节点运动模式属性类以及功能属性类等方面对系统的模型体系进行设计,给出了系统的接口关系设计和驱动机制实现,仿真实例表明系统并能够为水下作战提供有效的论证评估手段和演示分析研究平台。     

面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究

针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。     

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。     

可着陆式水下机器人的多体动力学建模与仿真

可着陆式水下机器人由于变浮力机构的设计要求,其外形与结构较之传统的水下航行器更为复杂。在设计阶段对可着陆式水下机器人进行仿真和操纵性分析具有重要意义。文中采用多体系统动力学方法分析可着陆式水下机器人动力学特性,将作用在系统各组成部分上的流体动力、推进力以及其它作用力分别计算和考虑,建立了多体动力学模型,并进行了三维空间运动仿真。该方法为具有较复杂附体结构的水下机器人设计和动力学仿真提供了有效途径。     

小型水下自航行平台控制体系开发

以小型、经济、易扩展为目标,采用模块化设计思想,开发了一种基于CAN总线的递阶一分布式水下自航行平台控制系统,并重点考虑了安全可靠性,对各节点负载进行了优化分配。实际应用表明,该控制系统结构简单、性能可靠、传输率高,能够满足平台工作环境复杂多变的要求。     

海底管线保护电位遥测系统中PPM-PTC水声传输方式的设计

本文设计了PPM-PTC(脉位调制-脉冲周期编码)信息水声编码方式并将其运用于海底管线保护电位水声遥测系统中;介绍了PPM-PTC编码器的编码实现方法和工作原理;根据水声信道特性和保护电位遥测仪的特殊要求,设计和确定了主要传输参数,使仪器实现对水下管线腐蚀与保护电位的实时,可靠的测量。     

温差能驱动的水下滑翔器设计与实验研究

论文设计开发了一种新型的温差能驱动的水下滑翔器,并对它做了水域实验研究。文章讨论了温差能驱动的滑翔器运动机理及其在垂直剖面的运动分析,得到稳态运动的参数解。结合能够把水域温差能转变为机械能的热机设计以及滑翔器的主要机械结构和控制硬件系统设计,完成了滑翔器的初步设计与开发。滑翔器在千岛湖进行了水域实验,实验结果表明,此水下滑翔器完全能够利用温差能实现预定的滑翔运动。     

水下飞秒双光梳高精度测距算法设计与实现

水下飞秒双光梳高精度测距是实现大量程、高精度水下激光测距的有效途径。本文提出了飞秒双光梳的水下高精度测距方法,基于飞秒双光梳光源和双干涉光路,配合水折射率的实时修正,实现水下高精度测距。同时基于飞秒双光梳测距算法,按照软硬件协同的设计方式,设计了水下双光梳测距算法结构,完成了嵌入式系统的开发与实现。实验结果表明,本文研发的飞秒双光梳水下测距系统在30 m的范围内能够实现水下测距误差优于150μm。     

基于可重置联邦滤波器的水下运载体导航定位方法

单一导航系统无法满足水下运载体高精度、高可靠性的导航需求,文中根据常用水下导航系统的特点,提出基于可重置联邦滤波器的水下运载体导航定位方案,设计了以惯导系统(INS)为主参考系统,声学定位系统/深度计、多普勒计程仪(DVL)、罗经为子参考系统的联邦滤波器,并进行了仿真研究。结果表明文中设计的滤波器能有效融合各个传感器的导航信息,实现水下运载体高精度导航定位,并具有一定容错性。     

一种新型海洋环境长期连续监测系统及其防生物附着装置的设计

主要介绍了一种海洋环境连续监测系统的设计与实现。现有的水下监测仪器一般长时间放置在水下,不可避免地会遭受海洋生物附着和损坏,通常3个月到6个月左右需要清理或者更新一次。设计采用新型监测结构,将被测海水抽样到舱内进行相关参数的检测,检测完成后,将海水排回海中,舱内仪器采用消毒液和清水自动冲洗。通过这种方式,避免了海洋生物的附着和污染,检测仪器可以长期可靠地运行,减少了设备的维护次数,在海洋监测领域具有重要的意义。     

基于态势时变的水下作战体系设计与优化

水下安全事关国家核心安全和利益。对海战场作战态势相关概念进行简要描述,根据我水下兵力遂行作战任务面临日趋复杂的安全威胁,分析了水下作战体系设计的必要性。在作战需求分析基础上,研究了水下作战体系设计的常规方法并给出了相应的体系构建方案。通过分析海战场水下作战态势的实时、动态特性及其对水下作战指挥、决策的重要影响,探讨了常规设计方法的局限性。借鉴海战场态势时变动态生成概念,设计仿真实验对常规方法进行改进与优化,给出了基于海战场态势时变动态生成的水下作战体系设计与优化方法。     

水下机器人耐压舱优化设计与结构分析

水下机器人的耐压舱设计要求在满足总体指标的前提下,最大限度地提高设计强度与稳定性,同时尽可能降低质量。本文使用ANSYS Workbench中的Design Explorer模块,对耐压舱进行快速优化设计,一次获得多个优化候选结果,经过对比分析得到最优设计方案。然后,针对装配形式进行接触分析,确保大压力条件下结构不会在接触面发生失效破坏。最后,对舱体结构进行稳定性分析,确保结构能够在大深度环境中不发生失稳破坏。本研究为水下机器人耐压舱体快速优化设计、强度和稳定性校核提供了参考。     

直流无刷电机驱动的水下电缆绞车系统

水下电缆绞车多采用液压驱动,但液压驱动存在无效动力转换,能源使用率不高,因此直流无刷电机驱动的水下电缆绞车具有实际意义。采用直流无刷电机驱动,不仅提高了水下电缆绞车系统的能源利用率,而且改善了系统的调速性能。与直流有刷电机相比,直流无刷电机可实现充油均压密封,更有利于在水下工作。介绍了直流无刷电机驱动水下电缆绞车的组成、功能及工作原理,针对研制的专用水下直流无刷电机,重点论述了其充油密封原理和工艺,并设计了一种全新的低成本高性能驱动控制电路。该水下电缆绞车系统已初步调试完毕,试验表明各项性能良好,即将投入实际应用。它具有结构简单,工作可靠,成本低的优点,因此在实际工程应用中具有推广意义。     

基于CFD标体结构流场及声学仿真分析

为了更好地研究潜标标体结构在水下受到流体的扰动情况,对设计的4种标体结构在水下的流场分布情况及噪声情况进行了仿真分析和比较研究。借助流体分析软件FLUENT对4种标体结构周围流场中的速度场、压力场及标体周围产生流噪声的大小进行了仿真分析,比较4种结构对流场的干扰大小,争取得到对流场干扰较小的标体结构外型。通过比较分析结果,可以对现有标体结构进行针对性的改进,同时为后期标体结构设计指明了方向,能够使标体在水中更好地发挥作用和功能,增加使用寿命提高工作准确度。     

水下自主机器人水动力预报方法研究

针对水下机器人操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在水下机器人水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了水下机器人艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报水下机器人水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对水下机器人水动力进行预报可以达到较好的精度。     

无人自治水下机器人回收缆索打捞用抛锚枪研究与设计

无人自治水下机器人作为一种高技术海洋探测手段,近年来得到了广泛的重视和快速发展。无人自治水下机器人完成测量任务返回水面时,其抛缆机构抛射出一个浮子,浮子上系有用于回收的缆索。文中设计了用于回收浮子打捞锚钩的抛射枪。首先利用计算流体力学软件来计算锚钩的空气阻力系数,然后对抛射体运动进行动力学分析。通过研究锚钩重量、初速度和抛射角等参数对抛射距离的影响,确定锚钩重量和发射初速度等设计参数。在此基础上设计了储能弹簧和抛锚枪总体结构。该枪可实现空仓挂机,具有安全方便、工作可靠的优点。     

小型水下自航行器自沉浮装置设计与研究

文中对水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)的自沉浮装置进行了详细设计与研究。通过对已有的自沉浮装置方案进行对比研究,设计了以高压气体吹除压载水舱的新型自沉浮装置,该装置具有结构简单、可靠性高和可维护性好的特点,并可实现模块化设计。最后,对装置的主要设计参数进行了计算与优化。     

基于北斗定位导航系统的水下监测平台出水报警定位信标机设计与实现

由于海洋内部环境复杂多变,加之渔业捕捞作业范围和深度的逐步扩大,对水下监测平台的安全构成了极大威胁。而且,在水下平台的海上回收作业过程中,恶劣海况、海雾、海面光反射等不利因素无不给回收过程造成很大麻烦,一旦平台浮出海面后漂出视距范围,将面临丢失风险。文中借助北斗定位导航系统,结合压力检测电路,设计并实现了一种可用于水下平台意外出水报警、出水后实时定位的卫星定位信标机系统,经多次应用,证明性能稳定可靠。