深海观测系统脐带缆形态分析及计算

通过对水下拖曳系统脐带缆索的受力情况、形态进行分析，建立了三维空间缆索的物理模型和数学模型，并在此基础上编制了计算程序，对6000m深海观测系统脐带缆的性状进行了模拟计算，其结果为深拖系统最佳缆长的确定提供了理论依据。     

近海底高分辨率地震探测系统设计与实现

受大深度水体的影响,传统的海面拖曳式多道地震技术在进行深水地层探测时,目标地层深度处的菲涅耳半径非常大,水平分辨率低,难以满足海域天然气水合物高精度探测需求。针对海面拖曳式地震探测技术存在的上述问题,设计了一套可以在2 000 m水深近海底作业的地震探测系统。应用耐压透声发射阵技术,克服了20 MPa外压环境和瞬时内压冲击对等离子体震源子波幅频特性的不利影响,研制的深拖等离子体震源的声源级达到214 dB,主频低于1 000 Hz;水下控制中心采用集成SoC片上系统设计,可以对震源进行定距激发控制,进行近海底多道地震数据的连续采集。系统在2019年深海试验拖曳最大深度达2 025 m,测试剖面数据显示最大地层穿透深度达380 m,纵向分辨率<2 m,横向分辨率<10 m,为深水海域沉积地层的深拖高分辨率地震探测提供了技术支撑。     

深海探测技术研发和展望

深海探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段。为加快我国开发利用深海资源的进程,文章系统梳理深海探测技术及其研发,分析关键性深海探测技术,并提出深海探测技术的发展趋势。研究结果表明:全球积极研发深海探测技术,主要包括载人潜水器等深海运载器探测技术,声学、光学、电磁学和热学等深海传感探测技术以及生物、海水和岩芯等深海取样探测技术;我国也取得一系列研究成果,但技术水平和产业化水平总体较落后;精确、可靠和高效深海探测的关键性技术主要包括深海光学通信技术、深海导航定位技术、深海动力能源技术和深海装备材料技术,亟须技术攻关;未来深海探测技术将向体系化、协同化和智能化方向发展。     

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

深海自主/遥控式水下机器人（ARV）作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。     

深海采矿转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性研究

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明：建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。     

拖曳式剖面探测拖体系统构成及运动控制试验

拖曳式剖面探测拖体是一种能做波浪式轨迹运动的载体,可对海洋进行实时多参数剖面探测.阐述国内首台拖曳式剖面探测拖体的组成、功能及运动轨迹,并对运动轨迹控制进行实船试验研究.结果表明,拖曳式剖面探测拖体具有控制性能优良,实现传感器数据的实时采集.     

基于模糊神经网络理论对水下拖曳体进行深度轨迹控制

以华南理工大学开发的自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,首先通过水下拖曳体在拖曳水池样机中的试验取得试验数据后作为训练样本,采用LM BP算法,建立基于神经网络理论构建的可控制水下拖曳体轨迹与姿态水动力的数值模型。在此基础上设计了一个控制系统,它主要由两部分组成:基于遗传算法的神经网络辨识器和基于模拟退火改进的遗传算法的模糊神经网络控制器。以满足预先设定的拖曳体水下监测轨迹要求为控制依据,由控制系统确定为达到所要求的运动轨迹而应采用的迫沉水翼转角,以此作为输入参数,通过LM BP神经网络模型的模拟计算预报在这一操纵动作控制下的拖曳体所表现的轨迹与姿态特征。数值模拟计算结果表明:该系统的设计达到了所要求的目的;借助这一系统,可以有效地实现对拖曳体的深度轨迹控制。     

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.     

水下拖曳航行器水动力和拖缆姿态仿真分析

水下拖曳航行器是被广泛应用的水下监测平台。为掌握水下拖曳航行器的水动力及其拖揽姿态,文章通过CFD仿真分析计算其零攻角下的阻力系数,并通过多刚体-球铰模型建立其运动数学模型,分析不同航速下拖曳系统的总拉力、拖缆长度和航行器位置等的参数变化。研究结果表明：随着船舶航速的变化,拖曳系统各项参数变化的差别很大;在200 m深度时,6 kn航速相比4 kn航速的总拉力增加73%,而所需的拖缆长度仅增加1%。该数学模型可对不同航速下的水下拖曳系统的总拉力和拖缆姿态等做出预测,为拖曳系统设计提供技术支撑。     

超短基线定位系统在深拖探测中的应用

作为水下探测设备的载体,深拖系统可长时间大范围的进行海洋调查,其水下位置的准确与否,将直接关系到探测资料的可用度。该文从深拖水下导航定位的关键技术问题出发,总结了适用于深拖系统的水下定位方法,重点介绍了具备高稳定度、高精度等诸多优点的超短基线声学定位系统。结合实例,阐述了超短基线定位工作原理、误差分析及数据处理方法,在拖曳系统匀速直线运动状态下,基于抗差自适应卡尔曼滤波算法对超短基线定位数据进行了处理,滤除了定位数据中的跳点,得到了较平滑且与原始数据相吻合的滤波数据。     

机载激光雷达浅水小目标探测技术综述

阐述了机载激光雷达水下探测的原理与发展,包括激光雷达水下探测原理和激光雷达水下探测发展历程。对主要机载激光雷达水下探测系统进行了详细的分析,包括主流机载激光雷达测深系统及其发展趋势。在浅水小目标探测关键技术方面,对高功率密度激光器技术、高性能水下光学系统、大视场快速成像技术、小目标自主识别与精确定位技术和轻小型化技术等进行了剖析和总结。为进一步推进激光雷达水下高精度目标探测技术的发展提供参考和依据。     

深水系泊新型拖曳锚研发关键技术

作为深海工程应用中一种新型的拖曳嵌入式系泊基础,法向承力锚与目前新型的深水绷紧索系泊方式结合,在深水条件下的优势非常明显.综合比较了新型拖曳锚、吸力锚以及桩锚在施工、性能以及经济性等多方面的特点.提出了开展新型拖曳锚研发的若干关键技术.在对国外的实验研究现状进行综合评述的基础上,重点介绍了在构建新型拖曳锚模型实验平台方面取得的成果,涉及模型水槽、拖曳与回收系统、测量系统、模型锚板设计以及拖曳-系泊转换机构等关键技术.     

水下电视

在水下应用和重现水下景物影像的电视系统。主要由电视摄像机、水下照明灯、电视接收机、控制器、电缆等构成。电视摄像机和照明灯在水下,电视接收机和控制器安装在水上。水下环境复杂,通常需要的附属设备有深度计、方位指示器、声学测距仪等。按使用深度可分为浅海型和深海型两种,绝大多数是用于３００ｍ以内的浅海型。按工作方式可分为轻便式、固定式、拖曳式和自航式等。水下电视是水下调查和观察的工具,在海洋工程、海洋科学研究及军事方面均广泛应用。在海洋工程方面,用于检查海洋开发设施和其他水下工程建筑的质量,对水下作业进…     

极区拖曳浮标恒速牵引模拟系统设计与实现

为研究极地浮冰的漂移对冰基拖曳式浮标水下拖曳标体运动的影响,设计了一种恒速牵引装置,模拟极地浮标的定向移动,用于定量研究拖曳标体在不同漂移速度下的的沉浮规律,为标体的设计提供数据支持。该装置用可编程控制器PLC作为主控制器,以步进电机为执行器,编码器测算牵引速度,通过PID算法控制牵引速度保持恒定。用LabVIEW设计了上位机控制界面,能够对PLC进行控制和状态监视,并可显示存储牵引速度值。实验结果表明该装置可在600 m的牵引行程内,牵引速度误差小于2%,符合定量模拟浮冰漂移速度的控制要求。在浮标静水拖曳试验中使用该装置模拟水面标体随风低速漂移,可以定量给出水下拖曳体的最大下潜深度,对极地拖曳式浮标系统的开发和布放前的检验具有重要意义。     

海洋地震勘探拖曳系统动态运动分析及控制算法优化探讨

准确地描述和预报拖曳系统的性能及运动规律是海洋地震勘探拖曳系统设计与应用的前提条件,文章在多年研究水下拖曳系统及拖缆定深器的基础上,对海洋勘探拖曳系统进行详细的分析,并针对自行研制的某型拖缆定深器进行仿真计算,最后提出一些在工程实践中比较有用的结论,可为地震勘探拖曳系统设计提供参考.     

“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。     

“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。     

拖曳式多参数剖面测量系统水动力与控制性能研究述评

综述了拖曳式多参数剖面测量系统水动力学研究的最新进展。对拖曳缆绳、拖曳体以及将两者耦合起来所构成的整个系统水动力及控制理论进行述评,分析了各种理论的优缺点从中简要地描述了拖曳式多参数剖面测量系统水动力研究的发展概要。     

浅地层剖面系统在福建沿海海底沉船调查中的应用

海底沉船是水下文化遗产的一种重要类型和存在形式,利用综合地球物理手段对福建平潭、莆田及福州海域的海底沉船进行了探测研究,并重点探讨了不同浅地层剖面系统及不同探测频率在不同埋藏状态的水下文物调查中的应用。结果表明:浅地层剖面探测能够有效识别处于不同埋藏状态的沉船,尤其对探测埋藏海底面以下的沉船具有其他探测手段无法比拟的优势,但是探测频率的调节对目标物探测结果存在较大差异,对于埋藏式的海底沉船低频信号探测效果较理想。     

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。