基于浮力调节的液压系统动态特性仿真

AUV在水下作业时浮力会受到海水温度、深度等的影响而发生变化,为了解决浮力变化引起的航行性能问题研制了浮力调节装置,它对于大航程、大潜深AUV的发展具有重要的意义。针对以上问题,设计了一套活塞缸式浮力调节装置,它利用液压系统驱动液压缸吸排海水改变浮力从而实现浮力调节的目的,浮力调节的大小是通过直线位移传感器测量油液的改变量间接计算得到的;接着利用AMESim进行液压系统仿真,重点分析了液压缸的动态特性,为实际系统的试验提供了理论的指导意义;最后为了验证液压库建模和HCD库建模的等效性,采用HCD库建模进行比较分析。     

“潜龙二号”自主水下机器人热液探测系统

“潜龙二号”水下自主航行器（QianlongⅡ AUV）为深海资源尤其是海底多金属硫化物调查而设计,其已在西南印度洋脊热液区进行成功的调查运用。本文系统地概述了“潜龙二号”的热液系统探测功能实现、数据管理、快速成图等工作;阐述了如何利用AUV转圈数据有效的校正载体对磁测干扰的。基于“潜龙二号”获取的热液异常,发展了热液喷口快速定位方法。以具体一潜次为例,系统地展示了热液探测数据的处理分析与热液异常定位工作,证实了该方法的有效性。     

AUV用高精度吸排油浮力调节系统

针对黑潮等海洋现象的长期、间歇性观测需求,研发了一种长期定点剖面观测AUV系统。为降低能耗,在观测间隔期间,采用浮力调节技术实现定深悬浮,并关闭主要设备实现休眠节能。传统的油囊式浮力调节系统不能精确测量调节量,难以满足AUV悬浮休眠节能的需求。为实现浮力调节量的精确控制,设计了一种内油箱为活塞式油缸的吸排油浮力调节系统,通过活塞位置的精确测量实现浮力调节量的精确测量和控制。试验结果表明,该浮力调节系统性能满足设计指标,调节精度可达到10 mL,搭载该浮力调节系统的AUV可实现高精度定深控制和剩余浮力的精确调节。该研究为拓展AUV的作业模式、提高AUV作业时间奠定了基础,为高精度浮力调节系统的开发提供了设计参考。     

基于水舱结构的UUV平衡液位算法研究

为了解决装配水舱的水下无人航行器在出航前,需人为通过调节水舱液位,使航行器处于零浮力状态的不便捷性问题,提出一种可以自动调整航行器平衡液位的方法。结合航行器自身水舱结构,通过 PID 算法将航行器的姿态信息和水舱液位信息进行整合,调节水舱水量实现航行器密度近似于当前水域密度,寻找满足航行器零浮力平衡姿态下的水舱液位。通过 MATLAB 仿真分析,该算法可以实现自主调节平衡液位的目的。     

6 000米AUV深海试验研究

简要介绍6000米AUV的总体结构和主要功能,重点研究AUV深海试验中的无动力下潜试验和载体浮力测量试验,提出三种深海浮力测量方法。根据试验数据,通过调整载体配重,在控制特性不变的情况下,使AUV在水下航行达到能量最优。此方法是一种理论和工程实际相结合的方法,对于其它类型深水AUV试验具有指导意义。     

基于深度学习的三维自主避障技术研究

针对自主式潜航器航行中自主规避障碍物传统算法存在的障碍物区域探测精度低、障碍物识别不准确、潜航器航路不最优等问题,采用三维成像声呐和深度学习算法开展了自主规避障碍物优化技术研究, 并通过仿真和漳河水库试验测试了本算法的有效性,可有效提高航行器规避障碍物的成功率和精度,以及 AUV 航行路径优化。     

潜水器浮力调节技术发展现状与展望

作为潜水器(Submersible Vehicle, SV)的可压载单元,取代升沉方向的推进器,浮力调节系统在SV无动力升沉、定深控制和姿态调整等方面具有重要作用。结合国内外典型SV,介绍了几种浮力调节方法,并对比分析了其技术性能与优缺点。重点阐述了一种新型的、基于压力补偿的浮力调节系统的工作原理。在此基础上,展望了潜水器浮力调节技术的发展趋势,为研发大潜深、低能耗、高精度的浮力调节系统提供参考。     

基于模型预测控制算法的轻型长航程AUV航控系统研究

针对海洋时变中小尺度过程长期精细观测需求,研制了一种轻型长航程AUV。这种AUV的最大特征是借鉴了水下滑翔机的变浮力、重心可调执行机构,使得其具备海洋环境自适应能力,可在不同海水密度条件下实现零攻角高效航行。首先介绍了轻型长航程AUV的系统组成,讨论了这种可变浮力、可调重心AUV的航行控制系统设计;针对这种AUV新增的浮力和重心两个控制输入量间存在系统耦合的问题,开展了基于模型预测算法的零攻角定深航行控制器研究,着重阐述和推导了控制目标的修正、面向控制的动力学建模以及模型预测控制器的设计过程;最后通过仿真验证了所述方案和方法的可行性。该研究有利于提高轻型长航程AUV的航行效率,进一步提升AUV的续航能力。     

21世纪新型潜艇的四个特征

随着现代高新科技的迅速发展,世界各国的新一代潜艇的高技术含量目益增加,根据目前各主要军事大国新型潜艇的研制情况,可以看出21世纪新型潜艇的研制趋势,21世纪新型潜艇具有以下四个特征。大潜深、高降噪的艇壳结构增强潜艇的隐蔽性,提高其生存能力,主要有两个措施:一是增大下潜深度;二是降低噪声。传统潜艇的下潜深度一般为250～400米,而世界海洋的深度多为1000～6000米,因此增大潜深有着广阔的     

集成深拖与AUV对洋中脊热液喷口的联合探测

热液喷口探测是目前国际上的热点,探测技术方法也多种多样。阐述了集成深拖与自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)探测技术,重点介绍了集成深拖的组合特性。针对热液喷口的探测需求,根据集成深拖与AUV两种方法的优点,提出两种技术方法的联合探测。以一个实际探测的区块为例,讨论了两种方法联合探测的实效性。指出该技术方法可更快速地探测热液的异常范围,同时可降低AUV下潜的盲目性,也可以减少AUV的下潜次数,节约了海上调查时间,提高探测效率。最后指出了现场探测与数据分析需进行深拖位置校正和关注底流及地形对热液羽状流空间分布的影响两个重要问题,为未来的热液探测提供了指导作用。     

基于改进遗传算法的无人水下航行器路径规划

针对无人水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）运动约束多,传统遗传算法的路径寻优效率低、收敛速度慢等问题,提出了一种改进遗传算法的 AUV 路径规划方法。该算法选用栅格法构建环境,使用路径长度、平滑度和危险区域作为评价函数。改进遗传算法种群初始化过程,引入周围点栅格提高收敛速度,同时结合灾变思想避免群体陷入局部最优解。该算法根据 AUV 最大转角的约束条件,设计了 AUV 平滑过程和删除过程,避免了 AUV 航行出现急停急转。仿真及湖上试验结果表明：改进遗传算法相比传统遗传算法,路径长度减少 11.4%,收敛速度加快 20.0%,且收敛路径满足 AUV 航行约束要求。     

自主水下航行器离散反馈避碰设计及仿真

为了使自主水下航行器(AUV)避碰仿真更接近实际情况,在离散时间系统中考虑海流作用,设计了AUV反馈避碰算法.针对海底探测AUV的运行特点,考虑海流作用,建立AUV垂直平面的状态空间方程.在每一个离散时间节点.利用障碍物高度信息,计算下一时刻AUV的深度目标值.然后利用反馈控制方法对其响应,在仿真时间内不断循环完成避碰仿真.对不同流场下不同高度的矩形障碍物,进行了避碰仿真.仿真结果证明了系统的可行性和合理性.     

“远游”滑翔机的浮力调节系统设计及试验研究

设计开发了一种新型的滑翔机浮力调节系统,并对该系统进行了大量的内外场测试。文中结合浮力原理设计了一种轴向柱塞浮力泵,并通过Workbench对关键零部件进行强度仿真及优化,最终完成了浮力调节系统的设计开发。然后对该系统进行了大量内场测试,以及在南海进行多次外场试验。试验结果表明,该浮力调节系统完全能够满足远游滑翔机下潜600m所需的浮力变化要求,并为水下滑翔机的优化设计提供了可靠的依据。     

混合驱动自主潜航器续航能力分析

混合驱动自主潜航器融合了自主潜航器机动灵活和水下滑翔机续航能力强的优点,针对自身携带能源有限的问题,对在两种工作模式下如何实现最大航行距离进行了研究.从航行过程中的能源消耗入手,得出航行距离与速度、电子设备功率等的关系,通过理论分析和仿真手段得出最大续航能力的实现方法.在螺旋桨驱动模式下,当以经济航速航行时,可以达到最大航行距离;在浮力驱动模式下,当以最大滑翔效率航行时,水平方向上的滑翔距离最大,并且水平方向上的滑翔距离随着剖面深度的增大而增大,当剖面深度大到一定程度之后,最大滑翔距离趋于恒定.该研究方法可为类似水下航行器电源管理系统的能源分配提供参考,也可为航行器外形的设计和传感器的选型提供理论指导.     

大型AUV及其水面侦察技术浅析

传统的自主水下无人航行器（AUV）主要执行包括军事活动在内的水下情报收集、环境监测和水下目标探测与处置等。近年来随着信息化技术和人工智能的发展,AUV行业受到各界尤其是各国军方越来越多的关注,得到了快速发展和广泛应用。作为一种无人侦察平台,AUV逐渐突破了常规尺度,向大型化和超大型化方向发展,可搭载的载荷类型和尺度有了明显的变化和提升。通过分析大型AUV作为侦察型装备的国内外发展现状,对利用大型AUV开展水面侦察的能力建设进行了分析,重点提出了大型AUV搭载水面侦察载荷需要解决的关键技术,为进一步提升和拓展AUV作战能力和作战领域提供支持。     

多级可分离式AUV系统设计与仿真分析

多级可分离式自主水下航行器(MS-AUV)可搭载多种不同功能的载荷舱,并在目标海域完成载荷舱布放。其在海洋探测,海防等领域具有较高的应用价值。对MS-AUV进行了主体结构和分离机构的设计和研究,其中功能载荷舱与航行器本体采用真空连接方式,实现多级连接,降低了机构的复杂性,提高了载荷舱分离运动的稳定性和安全性。为了研究载荷舱与航行器分离的安全性,采用CFD和六自由度(6-DOF)刚体运动学的耦合方法来模拟其在水下的分离运动。在仿真过程中,采用弹簧光顺和局部重构混合网格生成方法的非结构化动态网格可以很好地适应大距离多体分离运动。仿真结果表明,在一定工况条件下,提高MS-AUV初始航行速度V0和分离机构弹簧刚度K有利于载荷与航行器本体分离。通过上述研究工作,验证了载荷分离方法的可行性,缩短研制周期,降低设计成本,对多级可分离式AUV样机的设计制造具有重要的参考价值。     

小型水下无人航行器的下潜过程研究

以小型水下无人航行器（UUV）为研究对象,研究旨在探讨和分析关键参数变化对UUV下潜过程的影响,并采用控制变量法来研究单一因素对UUV下潜过程的影响。研究结果表明：在UUV行进过程中,水流对舵翼产生升力,从而产生扭矩促使其下潜。因此,在UUV下潜时,姿态应尽量平稳,且俯仰角和下潜深度不宜过大。为了确保UUV在逆流和复杂环境下成功下潜,要求在保留一定余量的基础上,尽可能减小舵板舵角和螺旋桨转速。     

基于深度学习的水下目标声学识别与定位技术研究

为实现自主水下潜器(Autonomous Underwater Vehicle,简称 AUV)的自主目标探测识别与定位任务,以侧扫声呐数据为依据,考虑到扫描式声呐成像的特点,针对金属球类目标,基于 Darknet 框架设计了一种轻量化深度学习目标识别模型,并结合人工特征进行目标特性分析。同时对声呐图像设计了有效的图像增强方法。实验表明：上述目标识别方法在保证目标识别准确率的同时,具有较高的目标识别速率,适于低功耗嵌入式平台部署。     

基于水下自主航行器(AUV)的神狐峡谷谷底块体搬运沉积特征及其对深水峡谷物质输运过程的指示

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道.对于远离陆地的海底峡谷,通常认为浊流是物质搬运的主要营力.受限于探测精度和复杂作业环境影响,使用常规地球物理资料对深水海底峡谷尤其是对谷底沉积体的形态和结构特征的刻画不够精细.基于水下自主航行器(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)采集的高分辨率多...     

大深度潜航器水下空间运动建模与仿真

分析大深度潜航器水下空间运动特点,建立描述其空间运动的数学模型,并以数学模型为基础利用 MATLAB\Simulink 软件完成潜航器空间运动仿真模型的开发。在搭建的仿真模型基础上,通过数学仿真手段分析了潜航器在螺旋下潜、抛载过渡、定角爬升、稳定至水面航行状态下的水下运动全过程,给出了具有弧形翼板的潜航器外形设计方案的运动能力仿真评估,为后续潜航器运动能力优化设计提供仿真依据。