载人潜水器一机械手系统动力学研究

首先介绍了潜水器-机械手系统的一般动力学模型;针对载人潜水器(HOV)作业运动仿真培训的需要,提出了适用于运动仿真的HOV水下机械手动力学、运动学数学模型.结合已建立的HOV六自由度运动仿真模型,进行了HOV-机械手系统动力学运动学仿真计算,给出了三自由度水下机械手典型作业运动时,机械手手端运动轨迹及HOV姿态角变化的仿真结果.计算结果表明了研究的可行性和有效性;研究结果已被用于HOV的模拟培训器中.     

深海载人潜水器发展现状及技术进展

本文对国内外深海载人潜水器装备的发展现状进行了综述,介绍了我国"蛟龙"号载人潜水器研制的基本情况。在此基础上,对国内外深海载人潜水器装备的特点进行了总结,并讨论了深海潜水器装备的最新技术进展。     

载人潜水器马氏体镍钢载人舱设计

载人潜水器凭借优异的深海作业与探测能力,越来越多应用于海洋开发与海底资源的勘探中。我国的“蛟龙号”与“深海勇士号”载人潜水器均使用钛合金作为载人舱的耐压结构材料,而俄罗斯“和平号”载人潜水器独创地使用马氏体镍钢材料设计与制造载人舱及其他耐压罐体。对于这种超高强度钢用于载人舱的设计制造国内尚无应用经验。对马氏体镍钢载人舱的结构设计、结构计算、规范适用性进行研究,以总结马氏体镍钢用于载人潜水器耐压结构设计与计算的经验,推进其在我国深海装备领域的应用。     

深海潜水器载人舱腐蚀损伤识别方法研究

深海潜水器载人舱是海洋深潜结构物的重要组成部分,保障着工作人员的安全,所以掌握该结构在长期使用过程中的健康安全状况非常必要。本文首先对4500m深海潜水器载人舱6个监测点进行加速度监测,得到其加速度的结点能量；再通过广义回归神经网络和概率神经网络对这些加速度结点能量进行训练；最后用训练好的神经网络进行预测。研究结果表明,对深海潜水器载人舱结构损伤位置的预测正确率可以达到90%左右,可以达到健康监测的目的。     

深海载人潜水器推力器布置与容错性能

深海载人潜水器能够搭载科学家至深海海底开展精细化取样作业,已成为人类开展深海科学研究和资源勘探开发必不可少的工具。推力器是潜水器机动的主要执行机构,其合理的布置不仅关系潜器操纵性能也直接影响其故障时容错性能。本文首先系统梳理了现役国内外6台深海载人潜水器推力器的布置形式及其参与推力分配的运动模态,基于推力器布置方案分别比较分析了推力器故障情况下的容错控制方案并和优缺点。结果发现用矢量和可回转推力器代替固定推力器可以提高系统的容错控制能力,本文研究对于后续载人潜水器推力器布置和容错控制设计可提供参考借鉴。     

基于载人潜水器的深海敷缆运动仿真

提出了基于载人潜水器搭载海底敷缆装置的深海敷缆作业方式，建立了载人潜水器深海敷缆运动的二维稳态模型，仿真分析了余量敷缆时不同航行速度和放缆速度组合、潜水器相对海流速度、敷设余量、航行高度和海缆重量等参数对敷缆运动的影响。分析发现海缆张力随着敷设速度、潜水器相对海流速度、海缆重量的增大而增大，随着敷设余量的增大而减小；海缆水中位形曲线随着敷设速度、潜水器相对海流速度增大而趋于平缓，随着海缆重量的增大而更加陡峭，放缆速度的变化则对海缆位形曲线无影响；潜水器航行高度的变化对缆形和张力分布都没有影响，只是随着高度的增加，缆形和张力在原来的高度基础上有一定的延伸。     

大深度载人潜水器浮力块的结构设计

依据大深度载人潜水器浮力块的使用条件及主要技术性能指标,提出了浮力块的质量和质心坐标的计算方法、布置和分块原则、强度校核标准,并通过对浮力块密度测试和水压试验,测得了浮力块的主要物理性能参数。上述研究结果为浮力块的结构设计、编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范中浮力块的结构设计、以及研制同类大深度水下载人/无人潜水器(HOV,ROV,AUV)提供了依据。     

深海载人潜水器的坐底分析

文章以某深海载人潜水器为例,提出深海载人潜水器坐底的计算分析方法,利用该方法对该潜水器的坐底过程进行了计算分析,最后提出一些坐底建议.文中的研究内容主要包括(1)海底为岩石地貌条件下,采用理论分析与碰撞有限元分析相结合的方法,对潜水器在不同坐底接触姿态下的坐底安全进行分析,对潜水器坐底支架的结构强度进行校核;(2)海底为软沉积物地基状态下,提出了潜水器坐底计算方法分析、坐底过程控制方法,并进行了坐底安全分析.文中还根据计算分析结果对深潜器的坐底过程提出了安全控制技术指标要求和相关建议.     

大坝深水检测作业载人潜水器载体框架设计方法研究

在国内外典型深海载人潜水器载体框架结构设计应用研究的基础上，结合大坝深水检测作业的工程应用需求，从设计原则、选材分析、设计载荷、安全系数和设计方案等方面，通过对比分析浅深度与深海载人潜水器载体框架的异同点，结合设计难点总结了大坝深水检测作业载人潜水器载体框架的设计思路与方法，并对两种载体框架设计方案的强度校核结果进行了比较分析，对载体框架进行设计优化。结论可为同类型、浅深度的水下检测作业装备载体框架设计提供参考。     

"深海一号"载人潜水器支持母船布放回收系统设计概述及特点分析

该文简要介绍了载人潜水器支持母船"深海一号"的布放回收系统组成、功能和特点,归纳总结了布放回收系统的设计要点,为我国载人潜水器支持母船的进一步发展以及海洋深潜调查工作做一定的基础性工作.     

深海载人潜水器的运动仿真与试验验证

深海载人潜水器是海洋开发的前沿与制高点之一,其外形较大且复杂,因而动力学模型高度非线性耦合。以"蛟龙"号载人潜水器为研究对象,建立运动学和动力学模型,首次采用"蛟龙"号在太平洋试验数据对其模型进行仿真计算验证。通过模型仿真结果与实际的下潜数据进行反馈对比,验证其六自由度模型。研究结果可为复杂外形深海潜器的运动仿真、控制调试和航行监测提供参考,具有一定的工程价值。     

全海深载人潜水器用浮力材料的初步研究

目前我国有两台全海深载人潜水器和几台全海深无人潜水器和着陆器正在研制。在所有的这些深海装备中,全海深载人潜水器代表着深海技术的制高点。要设计一台全海深载人潜水器,如何来选择浮力材料就是其中的关键问题之一。文章针对全海深载人潜水器浮力材料选择过程中所涉及的各种问题开展初步研究。通过研究,获得的主要结论是,满足规范要求的1.5倍安全系数的浮力材料目前还没有。如果要降低安全系数,根据有限的试验数据的经验外插,可以把安全系数降至1.4,但需要对满足1.4倍安全系数的浮力材料开展深入的吸水率特性研究。同时,针对现有浮力材料密度过大的问题,文中提出了一种在大型浮力块中添加陶瓷球的思路,可以把密度从0.7 g/cm~3下降至0.64 g/cm~3。该文的研究可为全海深载人潜水器浮力材料的选择提供一定的理论基础。     

在深海载人潜水器上应用的锌银电池

锌银电池以其比能量高、放电电压平稳、高安全等特点,在深海载人潜水器上得到广泛应用。本文从承压性能、析气量、绝缘性能三个方面论述应用于"蛟龙号"载人潜水器锌银电池关键技术的解决。通用"蛟龙号"潜水器的应用表明该电池在7000m水下环境中工作时安全可靠。     

大深度潜水器稳定翼设计方法的研究

论述了大深度潜水器稳定翼外形及布置方式、材料选择及结构型式、外载荷确定方法、动载荷及安全系数的选择、应力计算方法及其强度校核标准等,为我国编制大深度载人潜水器入级和建造规范中稳定翼设计提供依据和研制同类型产品(HOV,ROV,AUV)提供参考.     

新型复合材料在深海载人潜水器上的应用

论述了深海载人潜水器轻外壳的选材原则和标准、结构型式和成型工艺,并通过对新型复合材料轻外壳试制样品的试验研究,获得了较为完整的轻外壳物理性能参数和机械性能参数,这些性能参数将为深海水下机器人轻外壳结构的设计提供依据,并为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范奠定了基础.     

4500米以深作业型载人潜水器

大深度作业型载人潜水器是国际深海事业发展的重要技术手段和强力支撑。本文重点介绍了6台下潜深度超过4500米的大深度作业型载人潜水器，即美国4500米级Alvin号、法国6000米级Nautile号、俄罗斯6000米级MIR-1和MIR-2号、日本6500米级Shinkai6500号和中国7000米级蛟龙号；在此基础上，简述了世界上正在建造的3台全海深作业型载人潜水器，即日本Shinkai12000号、中国彩虹鱼号和中国万米载人潜水器。最后探讨了载人潜水器的未来。     

7000m载人潜水器研发简介

21世纪，人类将进入海洋经济的时代。深海开发不仅对于海洋生物、微生物、海洋矿产以及其它资源的研究是必不可少的，而且对于地球结构和运动的地质研究也是必须的。载人深潜水运载器对深水勘探有重要作用。国家科技部批准了开发7000m载人潜水器的项目。中国大洋矿产资源研究开发协会（COMRA）被指定为项目的协调机构和此潜水器的最终用户，中国船舶科学研究中心（CSSRC）被选定为该潜水器设计和建造的主要研究单位，沈阳自动化研究所、中科院北京声学研究所、中国船舶开发和设计中心以及其他几个国内研究机构也参加了此项目。     

大深度载人潜水器载人耐压球壳的疲劳载荷谱分析

大深度载人潜水器的载人耐压球壳是载人潜水器上的最关键部件,它不仅为载人潜水器驾驶员和科学家提供了深海作业的生存空间,而且也为众多的非耐压仪器设备提供了工作环境.载人潜水器每执行一次下潜任务,耐压球壳都要承受一次海水压力作用,随着使用次数的增加.有可能会发生载人耐压球壳的低周疲劳破坏.为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,在设计阶段必须进行载人耐压球壳的低周疲劳寿命分析.作为载人球壳低周疲劳寿命分析的基础,必须首先确定载人耐压球壳的疲劳载荷谱.本文通过对美国Alvin深海载人潜水器的使用统计资料的深入分析,提出了可以用GUMBEL分布来描述大深度载人耐压球壳疲劳载荷谱.根据设计任务书中规定的总的下潜次数要求,最后给出了我国目前正在研制的7000米载人潜水器耐压球壳的疲劳载荷谱.     

海流作用下潜水器运动仿真研究

深海潜水器仿真模拟器成为预报深海潜水器运动的有效工具。深海作业环境复杂,深潜器常常受到海流的干扰作用,本文以某深海潜水器为研究对象,建立海流作用下的深海潜水器运动方程。在仿真过程中,通过MFC对话框可输入干扰海流的信息,从而可模拟研究深潜器在实际航行中遇到海流的运动响应。本文对海流干扰下的直航运动和回转运动进行仿真,通过和无海流工况下的运动进行比较,可以看出海流对横向运动影响较大,为避免横向漂移,深海潜水器顶流航行,可降低海流的影响;海流干扰下的回转轨迹相对静水中产生了较大的横移,但海流对回转直径的影响不显著。该研究可为实际操纵提供参考,具有一定的工程意义。     

深海载人潜水器多约束先验图像增强方法

针对深海载人潜水器人造光源照射造成深海图像颜色失真、散射模糊以及光照不均匀等图像降质问题,提出一种基于多约束先验的贝叶斯Retinex深海载人潜水器图像增强方法。该方法首先通过一种基于统计的颜色校正方法对图像进行色彩校正处理,然后对光照图先后进行平滑、结构和不均匀光照高亮区域3种先验,并将3种先验条件结合到贝叶斯模型当中,并选取Lab颜色空间中L分量作为初始光照图来进行光照图估计的最优化求解。最后,通过伽马校正的方法对光照图和反射图进行处理,获得增强后的深海图像。实验结果表明,所提出的方法平均运行时间4.39 s,具有较低的复杂度,更加适合深海恶劣环境下的图像增强,处理得到的深海图像具有更好的观测效果。