水下仿生扑翼机器人的发展现状综述

参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生扑翼机器人具有效率高、机动性强、负载能力大等多方面优势。由于其广阔的应用前景,水下仿生扑翼机器人已逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼的生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体化、集群化、 高机动等方向发展,新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态,并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。     

利用海水平均声速进行海洋分布式垂直缆姿态校正

垂直缆地震采集方法能够获得高信噪比、宽频带、宽方位角的地下结构的反射资料,进而实现目标区域的高精度成像。垂直缆姿态的准确获得是高质量地震资料解编的必要前提。利用初至采样点差值与震源激发采样点差值的相关匹配方法,得到共检波点道集。依据超短基线测得的位置参数,得到垂直缆的初始姿态模型,结合海水平均声速的估算值,校正垂直缆的姿态以及确定倾斜角度范围,为垂直缆地震数据的后续处理工作提供支持。     

基于深海运载器的小型岩芯取样钻机发展现状分析

深海岩芯取样钻机是开展海洋科学研究、深海资源探测和海底地质取样所必备的关键性装备,随着深海运载器的大规模应用,利用运载器优势发展深海运载器小型岩芯取样探测技术得到了国内外学者的关注,并形成了研究热点方向。在深海运载器作业工具应用认识基础上,首次聚焦运载器岩芯取样钻机研究,对国内外运载器岩芯取样钻机的发展现状、技术特点进行了全面综述。同时,基于"蛟龙"号岩芯钻机研制及应用经验,讨论了发展运载器岩芯取样钻机的关键技术。最后总结了后续发展方向,以期为我国深海运载器岩芯钻机的研发和应用提供技术参考。     

高海况下无人水下航行器的横摇运动分析

为明确高海况下海况等级对无人水下航行器横摇运动的影响,得出满足某型无人水下航行器安全回收的海况条件,对高海况下无人水下航行器的横摇运动进行分析。运用频率响应法,分别在4级、5级和6级海况下,根据海浪谱密度函数和该型航行器的横摇频率响应函数,求得其横摇运动谱密度函数。再运用公式推导,得到其横摇运动的时域函数。使用MATLAB仿真软件对该型航行器进行横摇运动仿真,得到3种海况条件下,其横摇运动的时域函数图像,并验证仿真结果的准确性。仿真结论:高海况下的海况等级对无人水下航行器的横摇幅度有较大影响,满足其安全回收的海况条件为5级海况。     

不同盐度对文蛤(Meretrix meretrix)呼吸代谢及体内酶活性的影响

为研究不同盐度对文蛤呼吸代谢的影响,本实验设置5个盐度(‰)梯度(11、18、25、32、39),检测不同盐度对文蛤(Meretrixmeretrix)耗氧和排氨的影响,以及文蛤的外套膜、鳃、肝胰腺三种组织中乳酸脱氢酶和Na+/K+-ATP酶活性的变化。结果表明:随着盐度的不断升高,文蛤耗氧率先升后降再升,在盐度18时达到最大值;排氨率先升后降,在盐度32时达到最大值。随着盐度不断升高和胁迫时间延长,文蛤的肝胰腺中乳酸脱氢酶活力总体呈先升高后下降再升高的趋势(P0.05),酶活力在盐度39时为最高;随着盐度不断升高和胁迫时间延长,文蛤的外套膜中Na+/K+-ATP酶活力总体呈先下降再升高后下降的趋势(P0.05),在盐度32时为最高;文蛤的外套膜和鳃中乳酸脱氢酶活力以及鳃和肝胰腺中Na+/K+-ATP酶活力受盐度影响不显著(P0.05),酶活力变化也多呈现"W"形的变化趋势。研究结果为文蛤的人工养殖提供参考。     

脐带缆螺旋滑移分析及力学性能研究

针对脐带缆内部螺旋层,应用Darboux标架建立螺旋结构空间坐标系,推导弯曲载荷下螺旋结构的局部变形和滑移。考虑螺旋构件间的接触和摩擦作用,建立螺旋结构的受力平衡偏微分方程,并研究螺旋角和摩擦系数对螺旋结构滑移的影响。基于同层螺旋结构本构关系相同假设,将所有螺旋结构力学性能线性叠加,拟合脐带缆整体弯曲刚度。运用建立的理论解析方法,对某双层铠装脐带缆的力学性能进行研究,并与数值模拟结果进行对比验证。对比结果表明,理论解析得到的螺旋滑移结果与数值模拟结果一致,理论解析得到的脐带缆弯曲刚度与数值模拟结果在全滑动阶段比较接近。     

基于分布式控制力矩陀螺的水下航行器轨迹跟踪控制

基于控制力矩陀螺群(CMGs)的水下航行器具有低速或零速机动的能力。采用基于分布式CMGs的水下航行器方案,并研究其水平面的轨迹跟踪控制问题。通过全局微分同胚变换将非完全对称的动力学模型解耦成标准欠驱动控制模型,并根据简化的模型构建其轨迹跟踪的误差动力学模型,将轨迹跟踪控制问题转化为误差模型镇定问题。基于一种分流神经元模型和反步法设计了系统的轨迹跟踪控制律,该控制器不需要对任何虚拟控制输入进行求导计算,且能确保跟踪误差的最终一致有界性。仿真结果表明该控制器能够实现在不依赖动力学参数先验知识的情况下对光滑轨迹的有效跟踪。     

体重和温度对华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis)耗氧率和排氨率的影响

采用室内实验生态学方法对华贵栉孔扇贝的耗氧率和排氨率进行了研究。旨在为华贵栉孔扇贝养殖容量的调查及生态生理的研究提供参考,并可为海洋生态系统动力学和贝类能量学研究提供科学依据。实验结果表明,在实验温度(13—33℃)范围内,华贵栉孔扇贝的耗氧率(OR)和排氨率(NR)与体重(W)都呈负相关,可以用Y=aW-b表示。华贵栉孔扇贝的耗氧率和温度的关系可以表示为OR=-c+b1T-b2T2。在13—28℃温度范围内,华贵栉孔扇贝的耗氧率随温度的升高而增加,28℃时,耗氧率达到最大值,温度升高到33℃时,耗氧率反而下降。而排氨率与温度的关系可以表示为1NR=c1edT,在实验温度范围内,排氨率随温度的升高则呈持续升高趋势。华贵栉孔扇贝呼吸和排泄Q10值范围分别为0.466—2.471和1.129—2.437。在23—28℃温度范围内,不同规格华贵栉孔扇贝的耗氧率和排氨率的比值(原子数O:N)较高。方差分析表明,体重、温度及二者的交互作用对华贵栉孔扇贝的耗氧率和排氨率均有极显著的影响(P0.01)。华贵栉孔扇贝的日常代谢明显高于标准代谢,耗氧率和排氨率平均值分别提高29.9%和69.4%。     

东海陆扰海域铜、铅、锌、镉重金属排海通量及海洋环境容量估算

汇总并分析了20世纪80年代初以来东海陆扰海域重金属排海通量年变化规律及主要来源,应用多介质海洋环境中重金属迁移-转化模型,估算了东海陆扰海域重金属海洋环境容量。20世纪80年代初以来,东海陆扰海域铜、铅、锌、镉排海总量整体上呈不对称的倒"U"形变化趋势,基本符合"环境库兹涅茨曲线",20世纪90年代达到最大值,当前排海总量仍高于20世纪80年代初期的水平。东海陆扰海域铜、铅、锌、镉污染物主要来源于以河流为主的陆源排放,其中88.0%左右来源于河流排放,7.5%左右来源于排污口,只有4.5%左右来源于大气沉降。长江流域排海通量占东海陆扰海域排海总量的比例最大,平均为92.4%左右,钱塘江流域平均只有3.9%左右,闽江流域平均只有3.7%左右。东海陆扰海域铜、铅、锌、镉污染物海洋环境容量分别约为17.0,4.7,113.1,0.71 kt/a。当前铅、锌、镉污染物排海总量没有超过东海陆扰海域海洋环境容量,但铜的排海总量超过其海洋环境容量大约8%。     

局域椭圆偏振光束强聚焦性质的研究

数值计算了局域椭圆偏振光束强聚焦时在焦平面上的横向场强分布、纵向场强分布、横向能流以及纵向角动量分布.结果显示在焦平面上光束总的纵向角动量为零,但在不同象限光束具有不同方向的纵向角动量.当相位延迟角度在0到π之间变化时横向场强分布基本不变,但纵向场强分布有很明显的变化.液晶相位延迟器由外部电压控制,使其相位延迟角度能在0到π之间可以连续取值.因而液晶相位延迟器的外接电压可以实现对焦平面上的纵向场强以及纵向角动量的实时调控.