深海潜水器谱系化框架探索研究

深海潜水器是我国走向深远海的重要装备,国家在“十三五”规划纲要中提出了蛟龙探海工程,这是国家对海洋事业的整体布局和规划。通过几十年的技术取得跨越性发展,研制出了“蛟龙” “潜龙”系列、“海龙” “海马” “海斗” “海燕”等不同类型和深度的深海系列装备,并逐渐向谱系化发展。未来将根据海洋科学研究、海洋资源开发利用、海洋权益维护的需求,研发出更多符合实际要求的深海装备。文章借鉴其他高科技领域,开展潜水器谱系化探索研究,构建谱系化框架。     

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。     

一种基于双通道的水下图像增强卷积神经网络

近年来各国对于海洋生物的保护意识日益强烈,用来监测海洋生物生存状态的水下机器人装备的研发是保护海洋生物资源的关键。水下相机是这类机器人在水下进行海洋生物监测时的光学感知设备。然而水下环境复杂,拍摄到的图像模糊不清,为解决水下图像模糊等问题,提出了一种基于双通道的水下图像增强卷积神经网络。在网络的编码器中采用双通道结构,其中一个通道采用了密集连接和高效通道注意力机制,提取水下图像的细节特征,另一个通道采用多尺度结构,提取原始图像的多尺度语义特征。接着,在网络中引入残差注意力模块和自适应特征融合模块,进一步优化了特征。最后将优化后的特征输入解码器重建出增强后的水下图像。试验表明：提出的网络算法在UIQM指标和Entropy指标上分别为3.005 6和7.654 7,较第二名的算法分别高出0.097 5和0.123 2。     

基于海洋机器人的科学观测与实验系统研究现状与展望

海洋机器人具有观测范围大、作业灵活、机动性好、可控性强等突出优点,在海洋科学观测与海洋科学实验中发挥了重要作用,促进了物理海洋和海洋生物地球化学的发展。为阐明海洋机器人在海洋科学观测和实验中的应用情况,以水下滑翔机、自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）和无人帆船3种典型的观测型海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学观测中的应用现状;以原位采样与固定、原位培养与分析海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学实验中的应用现状;最后结合未来海洋科学研究需求,从需求牵引的角度对基于机器人的科学观测与实验系统的发展趋势进行了展望。     

特定环境下水下地形和碍航物的复合探测

对水下地形、碍航物的搜寻方式已由过去的单一设备探测向多种设备复合探测转变。介绍了多种复合探测的基本方法和特点。通过沉船、飞机残骸和航道扫测实例,证明复合探测可大幅度增强水下地形测量结论和水下失落物搜寻判别的真实性、可靠性,同时缩短了搜寻时问,提高了工作效率。     

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。     

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题,对接一般通过深海连接器完成。弹性夹头是水下连接器的重要组成部分,其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明,锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过430 MPa,小于所选取的材料屈服强度480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连接所需推力的最显著因素。对夹头的结构进行优化设计,同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。最后,通过试验研究对样机进行测试,测试结果表明,夹紧动作所需的最大推力在700 N以下。     

Coordinative similitude law considering fluid‐structure interaction for underwater shaking table tests

Generally, when a model is made of the same material as the prototype in shaking table tests, the equivalent material density of the scaled model is greater than that of the prototype because mass is added to the model to satisfy similitude criteria. When the water environment is modeled in underwater shaking table tests, however, it is difficult to change the density of water. The differences in the density similitude ratios of specimen materials and water can affect the similitude ratios of the hydrodynamic and wave forces with those of other forces. To solve this problem, a coordinative similitude law is proposed for underwater shaking table tests by adjusting the width of the upstream face of the model or the wave height in the model test to match the similitude ratios of hydrodynamic and wave forces with those of other forces. The designs of the similitude relations were investigated for earthquake excitation, wave excitation, and combined earthquake and wave excitation conditions. Series of numerical simulations and underwater shaking table tests were performed to validate the proposed coordinative similitude law through a comparison of coordinative model and conventional model designed based on the coordinative similitude law and traditional artificial mass simulation, respectively. The results show that the relative error was less than 10% for the coordinative model, whereas it reached 80% for the conventional model. The coordinative similitude law can better reproduce the dynamic responses of the prototype, and thus, this similitude law can be used in underwater shaking table tests.     

提高河口地区水下地形测量精度的方法

采用配备多元传感器的高精度的无验潮水下地形测量模式、根据测区温度和盐度变化采用声速仪对声速进行实时改正、对系统时延进行准确的改正、正确的测量数据处理等来提高河口地区水下地形测量精度。     

基于无人船测量系统的水下地形测量研究与应用

随着测深技术、GNSS技术、高精密传感器集成化的发展,无人船测量系统为水下地形测量提供了新的思路。结合山东省高密市王吴水库,探讨了无人船水下地形测量的作业流程,通过对比分析,选择最优测线间距获取数据,通过差值分析进行精度评价,数据处理后对成果进行展示。研究区结果表明,无人船测量系统基于单波束测深在中型水库中的应用是十分理想的,测深数据质量较好,能够很好地反映库区的水下地形情况,无人船测量系统在水下地形测量中起着重要作用。