基于神经网络的水下对接引导算法

针对水下机器人对接过程中近距离引导定位的问题,为实现准确可靠的水下对接,设计了一种基于神经网络的水下对接引导算法。算法主要分为两部分:1)检测部分,该检测算法区别于传统的图像处理,基于YOLOv3的神经网络,加入DenseNet思想,实现了一种鲁棒性强,可靠以及准确率高的目标检测算法。区分了目标物与无关背景信息,用于提供水下对接站在二维图像下的位置信息。2)位姿估计部分,用于恢复水下机器人与中继器之间的相对位置信息,从而能够根据相对位置信息,完成近距离的水下对接引导。经过实验对比分析,验证了算法的可行性,并证明了改进的目标检测算法能够更精确地完成对中继器的位置检测,提高了对位姿估计的准确率。     

基于NAH的水下航行体噪声源定位仿真研究

准确地对鱼、水雷等水下航行体式武器装备进行噪声源定位是减振降噪的前提。本文利用近场声全息技术对水下双声源和多声源目标进行仿真研究,对比研究目标声源的理论声压与重构声压的分布,准确对声源中心位置进行定位。取得了很好的重建效果,可见将近场声全息技术应用于水下噪声源定位是可行的,可为降低水下航行体式装备噪声特性提供技术支撑。     

深水水下作业工具简易运输装置研究

为深水工作级水下机器人（Remote Operated Vehicle，ROV）设计配套的水下作业工具运输装置能向海底布放和回收ROV无法携带的样品、仪器及其他作业设备，从而为水下设备、水下装置和水下工具在海面与海底之间的升降运输提供手段。该深水水下作业工具简易运输装置主体主要采用框架结构，由输运模块、浮力调节模块和水下示位模块等3大模块组成，通过搭载不同体积的浮力材料和不同质量的负载执行不同深水设备在水下的运输任务。该装置安装有水下定位装置——声学应答器，能与母船和ROV 进行声学通信，通过声学信息告知其位置坐标，便于母船和ROV定位寻找。     

水下滑翔机机翼不同位置攻角状态下水动力性能研究

随着海洋技术的方展,以及人类对海洋开发的需求,水下无人装备将会有更广泛的应用场景。水下滑翔机是一种无人水下装备,其利用姿态,重心的调整获得动力,完成水下滑翔运动,能量消耗极小,续航时间长,适合大范围、长时间海洋海底探索工作的需求。本文使用OpenFOAM开源CFD库,对某型水下滑翔机机翼在不同安装位置,不同攻角情况下的水动力性能进行数值模拟,给出了其机翼随着位置攻角变化,水下滑翔机的升阻力变化特性,从而为滑翔机设计提供理论参考。同时本文也对流场信息进行深入分析,从机理上解释水下滑翔机水动力特性随机翼状态改变而发生的变化,在设计工作中能够更好地对水下滑翔机外形及机翼布置进行优化。     

长江下游鳗鱼沙护滩堤工程水下软基分层沉降监测

传统监测技术方法难以用于护滩堤工程这类水下建筑物软土地基分层沉降监测。针对鳗鱼沙护滩堤水下软土地基分层沉降的安全监测问题,提出新型测量仪器设备和技术手段,可避免干扰施工、保护仪器良好工作并获得地基土体压缩量。通过现场仪器安装埋设、原型监测试验及监测成果分析,得到施工加载期和结束运行期水下软基分层沉降及土体压缩过程规律。结果表明水下软基保持安全稳定,验证了水下软基分层沉降新型监测仪器设备及技术方法的可行性及适用性。     

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水潜堤软基变形动态监测技术

针对水下软基变形动态监测应用少、实施难度大的问题,进行深水潜堤软基变形动态监测技术研究,采用分层沉降变形和深层水平位移监测方法,经水下仪器选型、搭建水上观测平台、优化仪器水上安装和保护方案以及监测实施,研制出深水条件下软基变形动态监测技术。该技术实现了从传统的陆上监测到水下监测的转变,不仅安全可靠、数据准确,而且适用于大水深监测条件,对类似工程软基变形监测具有重要的参考和指导意义。     

水下爆炸作用下的船舶倾覆概率计算

近年来,伴随海洋资源开发力度的不断加大,加之水下爆炸技术的更新与升级,水下爆炸工程项目数量明显增多,而水下爆炸安全防护问题也随之突显出来。特别是军事领域,现代海军舰艇在水下鱼雷抗冲击性能方面提出了更高要求。在船舶海上航行的过程中,很容易受风浪影响,所以其稳定性能也十分关键,备受船舶界的关注。在这种情况下,本文基于水下爆炸作用,准确计算船舶倾覆概率,能够不断优化船舶稳定性,为其海上安全稳定航行提供有价值的参考依据。     

水下电视探测技术在工程桩完整性检测中的应用

应用水下电视探测技术结合常规检测手段,通过现场试验,对多项疑难复杂的水下工程桩身结构完整性进行了准确合理的判定,对缺陷的程度、位置,及造成缺陷的原因提供了可靠的分析依据,该项技术配合常规检测方法,对仲裁有争议的砼管桩、砼空心方桩的桩身缺陷方面具有重要的实用价值。     

一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法

水下航迹是水中运动物体的重要参数之一,通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现,该方法采用声学定位原理,可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息,对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。     

基于定点磁标的水下导航定位方法研究

通过对水下定点磁标进行三维磁探测，获得载体当前位置与磁标点的相对位置，从而获得一个相对比较准确的定位点，应用卡尔曼滤波技术根据多次探测点的信息进行数据融合获得位置修正，从而可以得到可靠的、精确的定位信息。仿真结果证明此方法可以为水下载体的定位提供一种有效途径。     

基于组合算法的水下地形辅助导航性能分析

针对目前水下地形辅助导航性能在单一算法下受多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,采用地形轮廓相关匹配(TERCOM)算法和基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法组成的组合匹配算法,较为全面地仿真分析了潜航器航速、测深误差、航向误差、航速误差、初始位置偏差和水下地形特征等诸多因素对导航性能的影响规律,对组合算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,在复杂条件下组合算法具有较强的稳定性和抗误差性,通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能,研究成果可为匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。     

水下压电智能结构振动控制中 传感器/作动器位置优化

文章围绕智能结构水下振动控制中传感器/作动器的位置优化问题,搭建Abaqus-Matlab联合建模平台,得到水下智能结构的状态空间模型,建立基于能量传递的优化准则,在频段为0～600 Hz处,对比可选传感器及作动器位置区域的可控、可观度的大小,由此获得了传感器/作动器的最佳粘贴位置。最后通过相同激励信号下,不同配置位置的水下压电智能圆柱壳振动能量传递的大小,验证了优选位置的合理性。     

变磁阻式螺旋桨动力仪

机械式螺旋桨动力仪已不能满足船模试验自动化测量要求。本文提出的变磁阻式螺旋桨动力仪除用于水面船模试验外,并可用于水下模型及多桨轴模型试验。评述了变磁阻式螺旋桨动力仪的原理、结构和性能;列举了该动力仪在三个不同尺度水池中与机械式螺旋桨动力仪作敞水试验的比测结果。试验结果表明,仪器的性能稳定可靠。     

自适应卡尔曼滤波技术在水下机器人运动控制中的应用

水下机器人的位置和速度传感器受环境影响较大，数据滤波问题是运动控制的核心问题之一。建立了水下机器人运动的状态方程和量测方程，并在此基础上采用自适应卡尔曼滤波方法对水下机器人的传感器数据进行了滤波分析，并引入渐消记忆指数加权方法，避免了系统误差和量测误差统计特性的不准确对系统滤波效果的影响。结果表明此方法能达到很好的滤波效果。     

双同步水下合作目标跟踪定位方法

针对水下频带资源日益紧缺的问题,设计一种双同步合作声信号,采用不同目标发射同频异步周期合作声信号的方式,依据球面交汇解算时,4个浮标时延值都准确且相匹配才能解算出目标准确位置的原则。通过目标时延周期匹配、目标时延组合解算及球面方程组回代等手段,实现用同频合作声信号对水下双目标进行跟踪定位,并通过仿真验证方法的有效性。     

带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

基于声辐射模态的水下航行器传感器优化配置研究

本文研究当水下航行器外壳体振动传感器总数确定之后,如何利用这有限个数的传感器得到更多航行器壳体振动信息,从而更准确地评估航行器当前声隐身状态的问题。基于结合声辐射模态理论,给出传感器优化配置方法和步骤,并利用类似水下航行器的椭球壳体结构作为研究对象进行仿真,对该方法进行验证。研究结果表明,针对类椭球结构的水下航行器,低频段壳体传感器应布置在两端及中间位置。     

钛合金导流罩结构抗冲击计算

导流罩结构作为舰艇结构重要的首部结构形式,其在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能不容忽视。为研究导流罩结构的抗冲击性能,以某船钛合金导流罩结构为研究对象,应用大型有限元计算软件ABAQUS,建立有限元模型,采用声固耦合法进行水下爆炸数值仿真计算。通过模拟导流罩结构在船上的安装边界条件,设定水下非接触爆炸冲击工况,计算得到了导流罩结构在爆炸冲击载荷作用下的等效塑性应变、位移、加速度等动态响应,并给出了基阵安装位置的频率特性和冲击环境。研究表明,导流罩底部外板为导流罩结构的危险区域,导流罩基阵安装位置处的响应以中低频段为主。     

水下滑翔机外形设计与水动力计算

水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航行器,它通过改变净浮力和浮心位置进行运动,因此要求其具有优良的水动力性能。本文介绍实验室所研制的水下滑翔机的外形设计,对水下滑翔机斜航运动与定常回转运动水动力进行数值计算,并实施拖曳试验,其计算结果与试验结果吻合较好。同时,在湖泊试验中水下滑翔机相继完成了多组锯齿运动和螺旋下潜运动,进一步验证水动力计算结果的准确性,满足工程应用的要求,其结果对水下滑翔机的设计具有一定的指导和借鉴意义。     

水下连接器金属密封圈裂纹故障对密封性能的影响

密封圈是水下连接器上的全金属结构,其性能优劣将影响连接器密封功能的实现。为保证密封圈的性能,需要进行裂纹故障对其性能影响的研究。根据水下连接器的两种工作状态,利用ABAQUS有限元法对无裂纹密封圈进行强度计算,通过最大等效应力结果与最大等效塑性应变结果找到易产生裂纹的区域;之后在该区域预置了不同深度、位置、角度的裂纹,探讨了三个因素对密封圈密封性能和结构性能的影响。结果表明:水下连接器金属密封圈在工作时,与毂座的接触面为应力集中区域,处于塑性变形状态,容易产生横向裂纹;裂纹前期对密封圈密封性能影响不大,但使得密封圈结构性能变差,长期使用会导致裂纹扩展,从而使结构断裂,密封发生失效。