基于RT-Thread的波浪滑翔器控制系统设计与实现

波浪滑翔器是一种新型海洋无人自主航行器,拥有无污染、能耗低、续航时间长、航程远、生存能力强等诸多特点,已逐步成为国内外研究的热点。控制系统作为波浪滑翔器的重要组成部分之一,它的稳定与准确性直接影响着波浪滑翔器的航行性能尤其是走航和定点的控位精度。介绍了一种基于 RT-Thread 实时操作系统的波浪滑翔器控制系统设计,通过多次海上长时间连续试验表明,基于 RT-Thread 的波浪滑翔器控制系统具有良好的准确性和可靠性。     

当前海洋波浪测量的技术特点和实测分析

全面地比较和总结了当前包括压力式测波、声学式测波、浮标式测波和遥测式测波在内的几种主要的海洋波浪测量方法的技术特点;对相应类型的典型代表型号的仪器主要技术指标进行了对比;对不同类型测量方法及其对应的仪器的具体适用环境给出了分析和建议。实际结合了ADCP,AWAC,Wave Duo测波浮球等几种海洋波浪测量仪器于2014年12月在江苏省南通市近海相近区域的同步实测数据,对这几种仪器的海洋波浪测量的响应和过程特征进行了对比和分析,这对相关的海洋波浪测量技术和对应的测波仪器设备特点也是一个很好的验证。     

“黑珍珠”波浪滑翔器研发综述

通过讲述"黑珍珠"波浪滑翔器的研发进程，总结了波浪滑翔器团队长达8年的发展经验。从国家科技计划全链条资助完成诸项开创式应用、波浪滑翔器型号化/产品化/国产化历程、团队多年发展壮大过程中的结构管理形式与知识产权布局等维度讲述了波浪滑翔器一类的高端海洋装备从由机理研究、关键技术攻关、样机研制、技术固化到工程化建设的发展规律。广大读者能够更多了解波浪滑翔器的当前进展、使用价值及在其海洋环境观测及海上安全保障探测中起到的重要作用。     

小知识

什么是波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的。波能装置波能装置利用波浪力做功,将波浪能转换成机械能。目前的波能装置大部分是振荡水柱式的。其好处在于透平、电机等较为脆弱的部分不与水接触,增加     

异构滑翔器水声通信技术研究现状和发展趋势

水下滑翔器和波浪能滑翔器由于其低能耗、长航时、灵活机动的特点,被广泛应用于海洋观探测任务中。单一滑翔器无法满足海洋任务多样性、复杂性的需求,借助水声通信技术可将水下滑翔器和水面波浪能滑翔器的优势相结合,构成异构体滑翔器编队体系结构,建立跨介质信息传输链路,扩展滑翔器的作用范围和监测能力。简要介绍了水声通信技术的研究现状、常用算法及其优劣,综述了异构体滑翔器水声通信技术研究与应用国内外现状,探讨了异构体滑翔器水声通信技术难点和未来研究趋势。对异构体滑翔器水声通信和组网的研究与应用具有重要价值。     

〈恩迪柯〉1156遥控测波仪

最近,我院首次从美国恩迪柯公司进口了一套1156遥控测波仪。货已到,待验收消化后即可正式投入使用。1156测波仪是原956测波仪的改进型,它以遥测浮标内的加速度计为传感器,是目前世界上最先进的测波系统之一。该系统使用甚为方便,不仅适用于测量近岸沿海波浪,也适用于远海测波,是当前交通、海洋、石油勘探和航海事业中一种较为理想的测波仪器。它的引进增加了我院现场测波研究工作的手段。 1156测波仪除了能如同956那样测取波浪的波高、波周期和波向外,如若配置一些部件,尚能进行风、气压、水温和气温等要素的测量。     

声学波潮仪波浪测量要素的试验分析

坐底式声学波潮仪采用遥测方法进行表层波浪测量,不干扰波浪场,测量准确度高。现有国产声学波潮仪只具备波高、波周期和潮汐测量能力,欠缺波向测量功能。针对仪器国产化需求,研制一种新型坐底式波潮仪,可同时测量波高、波周期、波向、潮汐和温度,是一种先进的海洋监测设备。本文采用基于多向不规则波的仿真模型对比声学波潮仪和诺泰克浪龙的方向谱反演能力,2019年3月在山东省海洋环境监测技术重点试验室下属岸边试验站进行比测试验,比测仪器为挪威诺泰克浪龙,实测数据分析表明,声学波潮仪和诺泰克浪龙总体上吻合好,验证了声学波潮仪的波浪测量准确性。     

波浪浮标数据比测评估

海浪是我国海洋环境业务化观测要素之一,也是海洋预报的重要参数之一,波浪观测仪器对海浪长期、稳定、准确的观测直接影响了科学研究和海洋海岸工程设计的科学性和合理性。为此,波浪观测仪器需进行室内实验室测试和室外海上测试,但目前进入业务化系统的波浪观测仪器一般只进行了实验室计量检定,缺乏现场测试评价。现阶段,用于波浪观测的主要仪器为重力式波浪浮标,为进一步检验重力式测波浮标的稳定性、可靠性,验证波浪数据的有效性、准确性,本文设计了实验室和海上比测试验,分析对比了国内外几种主流测波浮标的观测结果,总体来看,山东省科学院海洋仪器仪表研究所的SBF3-2型波浪浮标和国家海洋技术中心的SBF6-1型波浪浮标观测效果最好,准确性较高,稳定性较强。     

100kW一基多体漂浮鹰式波浪能发电装置模型试验研究

一基多体漂浮鹰式波浪能装置是一种新型的利用波浪发电的离岸漂浮式波浪能装置群,该波浪能发电装置是对已经成功发电的"鹰式I号"波浪能装置的改进优化。文中介绍的一基多体漂浮鹰式波浪能装置由4个鹰头吸波浮体、浮力舱、波浪能母船(水下附体)、半潜船、能量转换系统、锚泊系统等组成。该波浪能装置特殊设计为4个鹰头吸波浮体对称安装在一个波浪能母船上,共享能量转换系统和锚泊系统。通过一系列水槽模型试验,获得匹配各个波浪要素最优负载,测得模型在不同波浪要素下的一、二级能量转换效率,以及锚泊系统的受力。试验结果表明,模型具有良好的水动力学性能,模型俘获波浪能的能力并不受入射波的来浪方向影响,锚泊系统对模型起到了稳固、提高波浪能俘获效率的作用。     

"海鳐"波浪滑翔器研究进展及发展思路

波浪滑翔器是一种能够完全借助自然能源长周期运行的小型水面无人航行器,具有超强的续航能力和一定的控位能力,能够执行长时间、大范围、持续的海洋环境观测,水面水下目标探测,跨域通信及信息传递等任务。在国家“863 计划”和国家重点研发计划等领域项目的支持下,中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所研制的“海鳐”波浪滑翔器在平台技术及应用研究上均取得了重要的进展,整体技术水平处于国内领先、世界先进,为在我国军事、海洋环境监测、海洋资源开发利用等领域的应用推广奠定了坚实的平台基础。同时,波浪滑翔器仍是一种有限能力的小型无人航行器,在实际应用中还有许多需要完善和提高的地方。介绍了“海鳐”波浪滑翔器的最新研制进展,总结了研制过程中的部分关键技术,并根据波浪滑翔器在实际应用中存在的一些问题对其技术的发展方向进行了初步探讨。     

应用“跨零-能量”法估算海洋波浪再生能资源

海洋波浪能是一种可持续和零污染的再生能源,随着自然能源日渐匮乏和全球气候变化,人类对波浪能的开发利用显得尤其重要。本文应用"跨零—能量"波浪分析的新方法,首次推导了不规则波浪的波能流垂向分布及其理论计算公式。本文研究发现,浅水波能流具有均匀的垂向分布,深水波能流集中于海表层的水体中,过渡区波能流的垂向分布介于浅水和深水波能的分布之间。研究还发现,目前海洋波能流的估算方法和现今波浪发电装置的波能采集深度缺少相关性,过高估算了海洋波浪的可发电资源。     

基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。     

军民两用的海洋水下观测技术

综述了近年来国外重点发展的自持式剖面浮标、水下滑翔器、水下自航式观测平台等几种军民两用的海洋水下观测高新技术,分析了它们的特点和关键技术。介绍了国内上述技术的发展概况,提出了相应的对策建议。     

基于GNSS技术的波浪浮标测波方法研究

波浪是海洋中的重要运动现象,监测波浪的变化并研究其运动规律,对海洋学研究和海洋工程具有重要的意义。目前传统的GNSS (Global Navigation Satellite System)测波方法在实时高精度波浪测量方面存在很大劣势和限制。本文研究了一种基于GNSS技术的实时高精度波浪测量方法,能得到波高、周期等波浪要素信息,并以南海浮标试验实测数据为例进行了处理和分析,验证了该方法的可行性。该方法直接基于广播星历进行GNSS相位观测值历元差分确定浮标速度,无需额外的实时精密差分改正数,从而节省了精密差分改正服务成本与海上通讯成本。该方法适用于近海、远海场景,并且浮标可以使用低成本单频GNSS接收机,得到高精度波浪测量结果,具有较高的实际应用价值。     

波浪方向浮标发展概况及方向能谱的计算模式

对海洋诸要素的观测,直接关系到人们生命财产的安全,关系到人们在海洋各种实践活动中的近期和长远的科益。近些年来,随着我国海洋事业的发展,在海洋工程、海洋开发、海洋环境调查和海洋环境预报均对波浪要素的观测提出了更高的要求。不仅要测取波高、波周期一般统计要素和一维的波浪能谱,还要测取波浪方向统计要素和二维的波浪方向能谱,为海岸工程、海上运输、海港建设等前期工程的安全、经济合理设计提供必需的原始数据,也为     

鹰式一号波浪能装置频域运动分析与优化设计

波浪能发电装置的波能转换通常分为两级能量转换:第一级能量转换是波浪作用下波浪能装置部件发生相对运动驱动PTO做功捕获波浪能;第二级能量转换为将捕获的波浪能转换为电能。其中一级波浪能转换系统的优化设计是提高波浪能装置能量转换效率的重要手段和关键技术。波浪作用下波浪能装置的运动与PTO做功运动相互耦合和影响,本文通过对不同波浪要素环境下、不同PTO阻尼下波浪能装置的频域运动模拟,以迎波宽度比为尺度对波浪能装置的一级能量转换系统进行优化设计,获得波浪能装置的最优做功阻尼,为实型装置负载加载设计提供设计依据,提高波浪能装置能量转化效率。鹰式一号波浪能装置的实海况运动证明,通过对一级能量转换系统的优化设计,能够有效提高装置的发电效率和提高装置对波浪响应频带宽度。     

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电,是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前,需对波浪能资源进行精细化勘查,并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征,以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标,结合对历史数据和水动力理论分析,制定精细化勘查方案,并通过代表性验证试验,对方案进行修正,再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法,更适用于小区域波浪要素的精细化观测,且在保证观测质量的前提下,有效降低了观测成本。另一方面,针对波向四季变化明显,且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点,本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源,并结合统计学方法,研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法,得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。     

基于海洋物联网的快速机动组网观测技术研究

面向重点海域中小尺度过程、突发事件及关键目标观探测需求,以无人机、无人艇、波浪滑翔器、水下滑翔机、AUV、剖面漂流浮标及投弃式观测装备等无人智能移动观测装备为主干节点,结合潜标、 海床基等定点观测装备,提出了基于海洋物联网的快速机动组网观测系统构建方案,探讨了相关关键技术及发展方向。     

垂荡式波浪能装置运动模型数值分析

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。     

多功能波浪浮标研制

多功能波浪浮标是一种可在海洋台站和近海进行波浪(含波向)、表层水温、表层海水盐度三项水文要素自动测量和信息处理的观测装置。该浮标的研制目的是解决水温和盐度传感器现场安装和连续长期使用所遇到的问题,把我国目前海浪观测技术提高到世界先进水平,并且替代至今赖以进口的同类仪器。目前,国际上较实用的波向浮标主要有两大类:表面波向测量浮标和水下波向测量浮标。前者有美国的956型(改进型为1156型)波浪跟踪浮标、荷兰的波浪骑士方向浮标,这两种浮标都是遥测型浮标,可获得实时测量信息,956型波浪跟踪浮标只能测量波浪要素。80年代,国…