小型自主水下航行器尾舵设计与研究

针对小型自主水下航行器(AUV)尾舵设计的关键问题,采用二维计算流体力学(CFD)方法模拟了流速为2m/s时.常用NACA00××系列翼型在不同来流下的情况,得到了小型自主水下航行器常用翼型的水动力特性;采用DNV规范计算得到了尾舵面积的大小;采用三维CFD方法研究了舵轴位于不同位置时的铰链力矩.找到了具有最小铰链力矩的舵轴位置.文中的研究结果为小型水下自航行器尾舵的设计提供了理论依据和参考.     

一种小型水下自航行器推进系统设计与分析

从系统角度考虑,整体优化,设计了水下自航行器推进系统.通过外形优化减小轴向阻力,根据阻力和综合分析设计螺旋桨,并由敞水池试验验证螺旋桨的性能,在此基础上完成了推进控制系统的分析与优化设计.试验结果证明系统设计方法正确,推进系统性能良好.     

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。     

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。     

小型自主水下航行器大容量数据存储设计

在介绍单板机PhyCORE-591和Flash存储器K9K8G08UOM的基础上,解决小型自主水下航行器大容量数据存储问题,并给出PhyCORE-591和K9K8G08UOM使用方法。     

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.     

无人水下航行器故障预测与健康管理框架研究

针对无人水下航行器维修保障难度大、成本高的问题,论述了 PHM 技术在无人水下航行器的系统级、分系统级、设备级的应用问题,提出了一套适用于无人水下航行器机载、岸基故障预测与健康管理(PHM) 系统框架结构。分析了其中的关键技术,在此基础上进行了无人水下航行器 PHM 数据流结构设计。最后,以 PHM 技术工程应用为线索,提出了无人水下航行器 PHM 总体集成技术方案。     

海底管线检修潜水器垂直面控制及自航模试验

论述了纵倾控制律设计及自航模试验。首先选择一系列深度,对同一深度采用频域校正法单独设计控制律,使之对不同的速度和漂角具有足够的稳态精度和抗干扰性,这些控制律被集成统一为纵倾控制器,并根据潜深变化进行切换,对于其它深度采用同样的方法设计。控制器首先通过计算机仿真,然后进行自航模试验验证。设计的纵倾控制系统同时在其他试验项目中(水下管线跟踪和动力定位)发挥了重要的作用。     

潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积（VOF）方法,建立了Realizable ε-k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性,结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示,气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高,气泡覆盖范围扩大,黏性减阻率持续增加。进一步地,建立了加长改进模型,数值模拟结果表明,微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力,还能有效减小模型总阻力。     

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。     

无舵翼水下机器人路径跟踪控制研究

针对无舵翼水下机器人的各种不同任务要求下的路径跟踪控制进行研究。通过模拟人的运动行为,建立了虚拟避碰声纳模型。根据地形跟踪的方法提出基于虚拟声纳的路径跟踪控制方法,并通过考虑纵向速度对于其他各个自由度运动的影响设计了运动控制器。通过海上试验验证了所提出的路径跟踪控制方法对于无舵翼水下机器人是可以满足实际需要的。     

潜水器控制系统层次故障诊断模型设计

在潜水器控制系统的基础上,按照结构、功能和组件的关系,为潜水器控制系统进行故障诊断建模。依据基于模型的层次故障诊断技术,建立了适用于潜水器控制系统故障诊断的具体诊断和推理策略,开发了故障诊断软件系统,描述了故障诊断具体过程,并利用数字仿真验证系统设计的有效性。     

浅海管线检测维修潜水器控制系统自航模试验

浅海海底管线检测维修潜水器是具有复杂动力特性和作业方式的特种载人潜水器，其作业需配备姿态及航行自动控制系统。为了保证其自动控制系统研制成功，研制了1：8缩尺的自航模作为平台，将实际控制系统方案遵循相似性准则改造为自航模控制系统，包括校正与补偿回路、指令分配器、姿态控制回路、航行控制回路。在海洋工程水池模拟风浪流等海洋环境，进行各种情况下的控制试验，对实现的控制律加以验证和改进，这些改进又按照相似性准则反映到实际控制系统方案的修正中。控制系统的设计方案由此得到全面验证和改善。     

一种基于视觉的水下机器人动力定位方法

以7 000 m载人潜水器的工程需求为背景,以水下单目摄像机为视觉传感器,进行了水下机器人动力定位方法研究。该动力定位方法利用视觉系统测量得到水下机器人与被观察目标之间的三维位姿关系,通过路径规划、位置控制和姿态控制分解,逐步使机器人由初始位姿逼近期望位姿并最终定位于期望位姿,从而实现了机器人的4自由度动力定位。通过水池实验验证了提出的动力定位方法,并且机器人能够抵抗恒定水流干扰和人工位置扰动。同时,该动力定位方法还可以实现机器人对被观察目标的自动跟踪。     

Depth-trim mapping control of underwater vehicle with fins

Underwater vehicle plays an important role in ocean engineering.Depth control by fin is one of the difficulties for underwater vehicle in motion control.Depth control is indirect due to the freedom coupling between trim and axial motion.It includes the method of dynamic analysis and lift-resistance-coefficient experiment and theory algorithm.By considering the current speed and depth deviation,comprehensive interpretation is used in object-planning instruction.Expected depth is transformed into expected trim.Dynamic output fluctuation can be avoided,which is caused by linear mapping of deviation.It is steady and accurate for the motion of controlled underwater vehicles.The feasibility and efficiency of the control method are testified in the pool and natural area for experiments.     

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。     

Wave effects on ascending and descending motions of the autonomous underwater vehicle

In the paper, a hydrodynamic model including the characteristics of maneuvering and seakeeping is developed to simulate the six-degree of freedom motions of the underwater vehicle steering near the sea surface. The corresponding wave exciting forces on the underwater vehicle moving in waves are calculated by the strip theory, which is based on the source distribution method. With the hydrodynamic coefficients relevant to the maneuvering and seakeeping, the fourth-order Runge–Kutta numerical method is adopted to solve the equations of motions and six-degrees of freedom of the motions for the underwater vehicle steering near the free surface can be obtained. The wave effect on the corresponding motions of the underwater vehicle is investigated and some interesting phenomena with respect to different wave frequencies and headings are observed. The hydrodynamic numerical model developed here can be served as a valuable tool for analyzing the ascending and descending behaviors of the underwater vehicle near the sea surface.