基于LES的ROV导管推进器梢隙流动数值研究

导管推进器是一种普遍应用于无人遥控潜水器（ROV）等潜器中的特种推进器。在桨叶与导管之间的梢隙中存在非常复杂的流动,本研究基于大涡模拟（LES）对导管推进器的梢隙流动进行了数值模拟分析。通过对时间步长的收敛性研究,建立两套基于不同网格类型的计算模型。将计算结果与试验进行对比,比较两种不同类型网格模拟结果的差异发现,切割体网格能够更好地捕捉到泄涡的细节,并结合梢隙流场的原理分析泄涡发展的过程,梢隙涡的驱动力是吸力面与压力面之间的压差。此外,随着进速系数增大,梢隙周向的涡管轴向分布范围减小,主泄涡发生位置延后,泄出涡的长度和数量都有所减少。     

基于大涡模拟的ROV导管推进器梢隙流动数值研究

导管推进器是一种普遍应用于无人遥控潜水器(ROV)等潜器中的特种推进器。在桨叶与导管之间的梢隙中存在非常复杂的流动,本研究基于大涡模拟(LES)对导管推进器的梢隙流动进行了数值模拟分析。通过对时间步长的收敛性研究,建立两套基于不同网格类型的计算模型。将计算与试验结果进行对比,比较两种不同类型网格模拟结果的差异,发现切割体网格能够更好地捕捉到泄涡的细节,并结合梢隙流场的原理分析了泄涡发展的过程,梢隙涡的驱动力是吸力面、压力面之间的压差。此外,随着进速系数增大,梢隙周向的涡管轴向分布范围减小,主泄涡发生位置延后,泄出涡的长度和数量都有所减少。     

深海无人遥控潜水器耐压电子舱结构设计与分析

研究深海无人遥控潜水器(ROV)耐压电子舱结构设计中涉及的力学分析技术。利用有限元数值分析方法校核耐压电子舱在深水条件下的强度、刚度与稳定性。根据深海耐压电子舱受力特点,优化其结构形式和尺寸,获得最优结构拓扑构型。对于耐压电子舱上下壳体接合面间接触问题,将非线性接触分析和简化分析法的计算结果进行比较。探讨加工误差与初始缺陷对耐压电子舱力学性能的影响。计算结果表明,耐压电子舱结构优选设计方案满足力学性能和重量要求,并且对加工误差与初始缺陷的影响不十分敏感。     

海图出版质量检测系统的设计与实现

从目前海图出版的实际出发,分析了数字环境下海图生产质量控制需要解决的具体问题,以用户为最终目标设计,阐述了海图出版质量检测系统的总体结构和实现的技术思路。     

新型无人海道测量艇的设计与实现

为提升无人艇在浅水区和危险区等复杂水域开展专业化海道测量的应用能力,在广泛调研国内外同类型无人海道测量艇功能定位和设计要求的基础上,采用了一种优化后的M型艇型设计和油电混合动力,引入高精度惯导姿态定位系统提升姿态控制和避障能力,研发了基于电子海图的测量和导航一体化控制系统,并综合给出了一种适应浅水区测量和专业海道测量的无人海道测量艇的设计方案。实际应用表明该无人海道测量艇具有优良的水动力性能和水下噪声抑制能力,具备了适应多种环境的通信保障能力,实现了高精度的航行轨迹控制和自主避障,能够在复杂水域自主完成高精度测量任务,测量成果满足海道测量规范要求。本项研究为后续无人艇作为测量平台持续提升海道测量能力提供了借鉴和参考。     

主检测深线系统误差的探测与实现

针对海道测量中测深成果系统误差的评价问题,介绍了一种利用主、检测深线测深数据探测系统误差的方法,以实现测深中系统误差的科学评估。     

水面运动目标跟踪监控系统的设计与实现

本文围绕海上无人值守平台周界安防技术需求,以800 m范围内的快艇、渔船、客轮和商船为航行目标构建运动目标跟踪监控系统,并集成开发了基于水下被动声学检测和水上云台控制的光学视频系统为一体的声光一体化监控系统,设计了一套基于深度学习的目标检测算法,实现了对水面航行目标的跟踪检测与分类识别。本文在目前基于单一方法进行水面目标跟踪的基础上进行了突破,系统综合了水听器远距离目标监控跟踪和近距离的水面视频监控目标识别,当两者同时确认目标,由声警器发出警报驱离可疑目标,系统将水下声学监控和水面视频监控有效结合,极大地降低了平台的误报概率,同时实验测试结果表明该系统可有效实现对4类水面航行目标的跟踪检测和特征提取,且改进后的算法可有效提升目标检测效果与识别精度,具有较好的鲁棒性和有效性。     

多功能水声设备模拟信号源的设计与功能实现

针对目前水声测量装备的日常使用训练、维护保养和性能检测的需要,设计了一种对水声测量设备进行常态维修检测和在非航行状态下仿真模拟深水操作训练的专用信号源设备,论述了多功能水声设备模拟信号源的设计思路,硬件设计原理及各功能的实现过程。     

基于连续运行参考站网系统完备性监控设计与实现

GPS连续运行参考站网系统完备性监控是CORS系统正常运行的关键和基础,通过对环渤海某区域连续运行参考站网系统建立的完备性监控有关内容进行分析,对完备性监控系统构建及技术实现进行了研究.     

基于IDL 的海洋内波波面三维可视化的设计与实现

为了直观、全面及动态地展示内波的时空特性,基于交互式数据语言(IDL)的对象图形方法,研究了三维空间内波波面显示技术的实现方法。应用事例表明,该方法能贴切地展现内波的三维分布和逼真地呈现波动特性,有利于揭示内波的水体结构及其变化特征,在海洋内波表达和理解中具有较高的应用价值。     

水下机器人ROV在海底管线检测中的应用

海底管线是海上油气田生产设施的重要组成部分,在海洋油气工业中发挥着重要作用,必须定期或适时对其进行检测以保障其安全运营。水下机器人(ROV)以其综合优势成为进行水下结构物检测的有效载体并被广泛应用。介绍了利用ROV进行海底管线检测的综合作业系统,以及主要检测方法及基本原理。根据实践经验,对影响作业效果的因素进行了讨论并提出相应对策。     

Underice Operation of SJT-5 ROV

- The authors have used a low-cost ROV of observation type for underice surveying of the Nen-Jiang Cross-river oil pipe line in the Da Qing oil field. The operation method, process and the safety measures for severe cold areas are presented. The fruitful tries and experience may be useful to ROV operators in severe cold areas.     

基于ROV的近海底地形测量及其在马努斯盆地热液区的应用

针对重点的特殊深海研究区（如热液冷泉、洋中脊区域）,在船载多波束数据获得研究区大面积地形资料的基础上,有必要选取典型深海小靶区进行高分辨率地形测量为进一步深入研究提供保障。根据船载多波束实测数据选取PACMANUS热液区作为靶区,基于长基线定位,利用“发现”ROV搭载多波束系统进行近海底全覆盖地形测量。结果表明,依托于船动力定位系统及差分GPS,长基线为ROV提供了可靠的高精度定位,使得近海底测量的地形数据分辨率数倍优于船载多波束测得的地形数据的分辨率。高分辨率地形清晰的显示了PACMANUS热液区锥形丘体等特殊微地形,与已发现的热液点和火山区有很好的对应。进一步分析发现,该区域活动的热液区主要发育于坡度大于30°斜坡上的地形突变区,其成因仍需深入研究。利用ROV搭载多波束近底测量是获取深海小靶区高分辨率地形的可靠途径和方法,有利于提高深海海底研究的针对性,将促进我国深海科学研究的发展。     

基于长基线系统深海采矿ROV精确定位

对于深海采矿集矿机ROV的定位,采用传统的长基线水声定位系统通常存在较大误差。对此提出了一种新的算法模型,首先通过比较集矿机测量位置与前一次修正位置的几何关系,对当前集矿机的位置进行修正,然后利用新的集矿机位置修正声速的数值,并得出重新修正后的集矿机测量位置。这样反复的多重迭代使得在某一时刻集矿机ROV的测量位置逐步趋近其理想位置,实现长基线系统的水声精确的三维立体定位。通过数值仿真分析,结果显示与传统的长基线水声定位方法相比,通过该方法获得的集矿机行驶轨迹能更好地趋近其理想行驶曲线,表明该算法的有效性。     

观察型水下机器人ROV系统配置研究

在简述无人遥控潜行器(ROV)系统构成的基础上,就观察型ROV的推进系统、成像系统、应用环境以及风险分析等方面进行深入探讨,提出了在我国海域环境下,有关水下机器人系统配置以及实际应用等方面的建议。     

A Geometrically Exact Formulation for Three-Dimensional Numerical Simulation of the Umbilical Cable in A Deep-Sea ROV System

This paper proposes a geometrically exact formulation for three-dimensional static and dynamic analyses of the umbilical cable in a deep-sea remotely operated vehicle (ROV) system. The presented formulation takes account of the geometric nonlinearities of large displacement, effects of axial load and bending stiffness for modeling of slack cables. The resulting nonlinear second-order governing equations are discretized spatially by the finite element method and solved temporally by the generalized- implicit time integration algorithm, which is adapted to the case of varying coefficient matrices. The ability to consider three-dimensional union action of ocean current and ship heave motion upon the umbilical cable is the key feature of this analysis. The presented formulation is firstly validated, and then three numerical examples for the umbilical cable in a deep-sea ROV system are demonstrated and discussed, including the steady configurations only under the action of depth-dependent ocean current, the dynamic responses in the case of the only ship heave motion, and in the case of the combined action of the ship heave motion and ocean current.     

Robust ROV path following considering disturbance and measurement error using data fusion

ROV accurate path following is challenging due to system unmodeled dynamics, disturbances and navigation sensors error. The model uncertainty and disturbances are commonly treated using robust methods such as the sliding mode controller where by incorporating an integral action in the zero tracking error is also guaranteed. Practically, the ROV position data is often computed using low cost inertial measurement unit (IMU) with outputs contaminated with bias and noise. Failure of mission is an immediate consequence of employing such biased sensors. However, the problem can be circumvented using the concept of redundant measurements and data fusion. In this respect, a set of 12 measurements from IMU, magnetometer and Doppler velocity log (DVL) are employed where the last two are aided sensors. The set up is shown to be capable of providing ROV path following with zero (in average) steady state tracking error irrespective of its dynamic parameters, environmental disturbances and erroneous data; as if it enjoys the exact values of the position of the ROV. It means that the combined DVL and magnetometer are sufficient for filtering the IMU biased measurements. Various simulations conducted confirm the results.     

Impulse control method for hydraulic propulsion system used in 3500 m work-class ROV

In terms of the nonlinear characteristics of hydraulic propulsion system used in 3500 m rated work-class ROV (remotely operated underwater vehicle), the paper improved the responsiveness of the hydraulic propulsion system by adding an impulse signal to the input end of the system. Because the maximum static damping moment provided from water is much larger than the dynamic damping moment, it results in large dead zone of thrust during the startup process of the hydraulic propulsion system. The dead zone of thrust caused by static damping moment can be effectively reduced by adding a specific impulse signal to the input end of the propulsion system. The results of numerical simulations and underwater experiments show that using this method, the nonlinear characteristics of the hydraulic propulsion system have been significantly improved.     

级联式ROV的设计及典型应用研究

首先,介绍了 ROV 的分类、特点、组成和应用场景,并基于现实问题提出级联式 ROV 的设计构想,简要说明了级联式 ROV 的特点与组成。然后,从整体控制技术、整体设计技术、水下布放回收技术、 母船与级联式 ROV 之间的通信技术、冗余设计和模块化设计技术、水声与电磁防护技术 6 个方面探讨了级联式 ROV 设计需要解决的关键技术和解决措施。最后,对级联式 ROV 典型的应用场景进行了举例说明。