新能源在无人海洋航行器上的应用现状与展望

无人海洋航行器具有机动灵便、成本低、可批量生产、能适应和工作于多种海洋环境乃至高危险海域的优点,近年来受到各国高度重视。能源供给是限制海洋航行器作业能力的重要因素。从海洋环境中获取能源和加以利用,将有助于提高海洋航行器的续航能力和负载能力。论文按能源形式和无人航行器的类型分析和总结了太阳能、风能、波浪能、燃料电池等4种新能源在航行器上的应用现状与特点,以期为航行器动力源的选用提供参考。     

国外UUV系统在海洋调查中的应用

通过对国外用于海洋调查的水下无人航行器(UUV)的型号与外型参数、所装备的海洋环境测量设备以及功能应用的总结与分析,可看到国外水下无人航行器(UUV)在海洋调查领域的应用现状,并提出水下无人航行器的应用前景。     

自主水下航行器燃料电池技术研究进展

自主水下航行器作为一种无人自主平台,在海洋科学调查、海洋油气工业和国防军事领域发挥着越来越显著的作用。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种可以替代锂电池的潜在能源形式,将显著提升自主水下航行器的航程和工作时间。将PEMFC集成在自主水下航行器上不仅面临水下密闭空间持续稳定运行的挑战,同时涉及到集成平台带来的额外设计约束。本文综述近十年应用于自主水下航行器上的质子交换膜燃料电池研究进展,主要围绕自主水下航行器集成平台对燃料电池带来的设计约束、反应物的储存方案和评价指标体系、系统原型开发和试验测试。反应物的储存方案一直是研究的热点,在系统原型开发和测试上的研究进展有限。     

极区航海导航与定位保障技术发展综述

航海导航系统是各类军民海洋运载器实现极区顺利到达以及极区安全航行的先决条件。然而,南北极区特殊环境造成航海导航系统性能下降甚至无法应用。为从根源上认知航海导航系统极区的应用问题,在系统阐述海洋运载器导航系统极区应用发展史的基础上,从地球运动学、地球物理场、海洋环境和地理环境4个方面,全面分析极区特殊环境对海洋运载器主要导航系统的影响,并通过极区航海导航系统的研究现状及未来趋势的展望,为极区航海导航技术及未来发展提供有益参考。     

基于改进人工势场的避障路径规划策略研究

随着战争形势的无人化、多样化和跨域化发展,水下无人航行器作为各军事强国抢占水下作战域和海洋不对称作战优势的主要抓手,在未来战争中发挥着越来越重要的作用。由于海洋非结构化环境的复杂性,水下无人航行器在执行任务过程中,需能够在无人干预情况下进行系列操作和任务决策。本文针对水下无人航行器局部路径规划,提出基于速度矢量判断的改进人工势场法的避障航路规划策略,通过增加障碍物斥力场范围,强化目标点附近的引力场,优化障碍物斥力系数,并通过速度矢量判断旋转方向,使得水下无人航行器能够结合环境感知信息进行路径实时调整,最终能够达到安全快速避障。最后结合航行器流体动力与运动控制一体化仿真模型进行仿真分析,验证提出算法的有效性。     

低速AUV航渡过程中减少洋流影响的方法

作为人类探索海洋和开发海洋的工具,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)被广泛应用于海洋科学调查、水下勘察等民用任务,同时也用于执行监视、侦查、巡逻、攻击等军用任务。由于AUV往往采用低速航行,导致海洋环境特别是洋流对其影响较大。本文主要分析了洋流对低速AUV的影响机理,提出并分析了几种减小洋流影响的方法,证明通过增加航路控制点的方法可有效减小洋流影响。     

基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。     

无人水面艇导航技术研究

无人水面艇是能够自主航行的无人水上航行器,在海洋勘探、海上救援和海上运输等领域具有重要意义,其海上自主航行的关键是自主航行与导航技术。无人水面艇导航技术主要包括单一导航方式和组合导航方式2类。本文以卫星导航、惯性导航及组合导航方式的无人水面艇导航技术为基础,对比不同导航技术的特点,总结无人水面艇导航技术发展趋势。     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

基于MOOS-IvP的自主式水下航行器的机载软件系统容错设计

为提高自主水下航行器的可靠性,构建基于MOOS-IvP的自主水下航行器机载软件系统容错管理模块.该模块包括客户端状态监控和容错处理.在容错处理中,提出一种时间冗余和双进程冗余相结合的容错处理技术.通过在水池和海洋中对自主水下航行器改进后的软件系统进行测试,并用经典的软件可靠性增长模型定量对比分析了自主水下航行器改进前后软件系统平均无故障运行时间.试验结果表明,增加容错管理模块后的软件系统的可靠性明显提高.     

Development trend and key technologies of autonomous underwater vehicles北大核心CSCD

为推进和引导我国自主水下航行器(AUV)的发展,总结国内外AUV的研究现状,提出其系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势。重点探讨AUV总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术,为更好地利用AUV经略海洋,从而实现“进入海洋、探测海洋、利用海洋”的战略目标提出发展意见。     

海洋风场建模及其仿真应用分析

海洋风要素是海洋学和气象学的基本参数,也是影响飞行器和航行器航行性能的重要因素之一。简要概述了海洋风场的基本概念、风速的高度和时距特性、阵风谱和长期分布以及我国海面风场时空变换特征,阐述了海洋风场的准定常风、风切变、急流、大气紊流和随机风的典型数学模型以及风场数值模拟方法,着重分析了海洋风场建模仿真在飞行控制、飞行性能、落点精度等领域的应用研究进展。     

水下无人搜探系统装备使用模式分析

本文从搭载平台、使用水下无人航行器数量、水下无人航行器与母船相对距离、水下无人航行器搜索和探测目标的行动方式、使用人员对水下无人航行器干预程度等几个方面,并结合任务类型和性质,分析提出水下无人搜探系统装备使用模式。     

微功耗单片机的水声数字通信系统设计

随着海洋开发和水中兵器的需要,水声数字遥控系统水下得到迅速的发展,且将在水下通信、遥测、水下航行器的控制等方面有着广阔的应用前景。本文研究的内容主要是微功耗水声数字遥控系统的设计与实现。     

小波奇异性在水下航行器故障检测和实时滤波中的应用

进入21世纪,世界各国纷纷加大了对海洋资源的探测和开发力度,新一轮的竞争已经展开。我国尽管海域面积辽阔,但人均海洋资源较少,必须要加强对海洋资源的开发。水下航行器(AUV)具有机动性强、体积小、隐蔽性强等优点,能够完成海洋目标的识别与探测、海底资源探测等多种任务。信号的奇异性可以反应设备的故障信息,利用小波奇异性可以有效地进行故障诊断和检测。本文以水下航行器为研究对象,结合小波奇异性检测技术研究了水下航行器的故障检测和信号滤波等内容,对提高水下航行器的使用寿命、提高信号检测精度有重要意义。     

摆翼式波浪能发电海洋航行器无水实验系统

针对摆翼式波浪能发电海洋航行器发电能力测试问题,提出一种能够模拟实际海况下的波浪与航行器之间耦合作用无水实验系统方案。航行器发电原理建立运动学模型,研究模型参数与实际对应关系,结合控制和数据采集技术,完成了无水实验系统的设计与搭建。通过CFD仿真与实验数据进行对比,结果表明,实验系统能够有效模拟波浪力作用于摆翼载荷,证明了系统的正确性和可靠性。     

海洋环境对水下航行安全影响的综合评估

为评估海洋环境对水下运载器航行安全效能的影响,针对水下航行特点和航行对安全性的要求,采用模糊数学方法构建环境要素对水下航行安全影响的隶属函数,对主要海洋环境要素的航行安全影响效能进行综合评估。通过模型仿真实验,得到影响评估的量化结果,并根据评估结果分析海洋环境要素对水下航行安全影响效能的时空分布特点。     

半潜式航行器运动特性研究

论文研究了半潜式航行器的运动特性,建立了半潜式航行器的运动学模型,并从深度控制和回转航行两个方面对半潜式航行器的运动特性进行半实物仿真。半实物仿真结果表明：前水平舵是影响深度控制的主要因素,并得出前水平舵舵角和深度的对应关系;回转航行研究了航行器的垂直舵角、航速和回转半径的关系,得出了在一定航速下,不同垂直舵角下的回转半径。此研究准确把握了半潜式航行器的运动规律,为半潜式航行器的设计以及精确控制提供了理论基础。     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

海洋探测型AUV壳体设计与强度校核

近年来,由于海洋环境探测的需要,探测型自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)技术发展迅速。耐压壳体结构设计是自主水下航行器设计的重要组成部分。以《潜器系统与潜水器入级与建造规范》和《潜艇结构设计计算方法》为原则,对某海洋探测型AUV的耐压壳体结构进行设计,然后采用有限元仿真的方法对其强度和稳定性进行校核,最终得到满足设计要求的耐压壳体结构。