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。     

大深度载人潜水器搭载作业工具现状与展望

大深度载人潜水器搭载作业工具是借助深海载人运载器对深海地质、环境、生物和矿产资源等开展针对性科学研究的水下作业工具的统称,各式搭载作业工具能够不断提升和完善载人潜水器深海科学研究、调查勘探的综合作业能力。文章首先对我国首台7,000m级大深度载人潜水器"蛟龙号"及其作业工具进行了介绍,简述了国外同类型潜水器作业工具配备情况,然后在蛟龙号载人潜水器海试及应用的基础上,深入解析了我国大深度载人潜水器搭载作业工具技术现状,最后探讨了深海搭载作业工具发展趋势。     

载人潜水器艉轴穿舱密封技术

艉轴密封装置是决定载人潜水器艉轴穿舱技术可行性的关键设备,通过分析载人潜水器的穿舱轴系的组成和布置,以及常规艉轴密封装置的组成和工作原理,总结得出适用于载人潜水器的穿舱艉轴密封装置及其附属密封冷却水系统的技术方案,并针对该载人潜水器的艉轴密封装置提出密封试验系统的技术方案。通过对该技术方案的论证,认为该艉轴穿舱密封技术方案是可行的。     

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。     

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。     

深海载人平台观察系统研究与设计

介绍水下摄像与照明装备以及观察窗的技术现状,围绕深海载人平台观察系统开展设计,阐述深海载人平台高清摄像与水下照明系统的布置及体系架构,给出深海载人平台观察窗的类型和材质,分析深海载人平台观察窗的照明条件和厚度,为深海载人平台观察系统的设计提供参考。     

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。     

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。     

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.     

"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.     

基于模糊综合评判理论的载人深潜器操纵技巧评价方法

简要介绍了模糊综合评判的基本理论及其评判原理;简述了模糊综合评判多层次模型的建模与分级评判方法;提出了载人深潜器航行和作业技巧综合评价体系,构建了载人深潜器操纵技巧综合评价的二级模型,对航行和作业技巧综合评价的各因素及权重的确定方法作了说明,并在载人深潜器操纵仿真系统上进行了模拟运行,获得了预期的效果.如果考虑海况、海底海流、海底地质地形、作业对象等因素,该方法可运用于实艇海上驾驶作业训练的综合评价.     

深海耐压结构观察窗应力分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一。文章针对大深度载人潜水器的观察窗,从理论上给出了观察窗的应力计算方法,由此可从理论上对观察窗的结构进行优化设计,进而探索观察窗变形计算方法和蠕变计算公式。     

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。     

矢量推进方式下的自主式水下航行器纵向运动操纵性分析

提出一种针对无人自主式水下航行器的新型操纵方式--矢量推进方式;建立矢量推进方式下无人自主式水下航行器纵向运动方程.对矢量推进方式和普通推进方式下的水下航行器的操纵性进行对比性的操纵性仿真计算,计算结果表明,矢量推进方式可以满足水下航行器的操纵性要求.     

不同螺旋桨配置下船舶的定位能力比较

动力定位能力分析对于螺旋桨和螺旋桨配置的选型非常重要,并且可以初步探究一个新设计的动力定位船舶的定位能力。该文中,基于一个新奇的综合动力定位能力标准,探究了螺旋桨的配置对动力定位能力的影响。不同螺旋桨配置下定位能力的比较在一个半潜平台上进行。动力定位能力的结果由一个最新编写的程序计算得到。从得到的结果看,螺旋桨的配置对动力定位能力产生影响。基于综合定位能力标准,定位能力的比较非常高效和准确。而且,可以得到一个结论：与海洋结构物的中心距离越大的螺旋桨对综合定位能力的影响越明显。     

船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究

船舶动力定位是深海开发的关键技术之一,随着海上油气生产向深海的发展,对应用于船舶动力定位系统的船舶数学建模也提出更高的要求。首先介绍船舶动力定位系统的意义及其应用的数学模型,然后针对船舶及推进器动力学数学模型的辨识与建立过程进行详细介绍,最后讨论船舶外界环境扰动建模的策略。     

水下机器人运动控制与仿真的数学模型

本文首先确定了水下机器人六自由度空间运动模型，为了便于在控制与仿真中应用，本文借助matlab平台，将水下机器人的六个自由度的方程转换为矩阵乘形式，然后结合水下机器人的环境仿真，推力器仿真，舵翼仿真，建立了水下机器人六自由度运动记真器。最后用该仿真器进行了运动仿真，仿真结果与海上试验吻合得很好，表明该仿真系统是符合实际的，该仿真系统采用一种普遍实用的数学模，精度较高，适用于任何类型的水下机器人，对研究水下机器人操纵与控制有很大现实意义。     

深海采矿船水下设备布放回收工艺

综合考虑复杂的海洋环境和水下设备形式,深入分析深海采矿作业中水下设备布放回收的技术难点和作业效率,开展布放回收系统中的集矿车、中继仓、提升泵和扬矿管等水下设备的配置和布局设计,形成深海采矿船水下设备布放回收工艺。研究结果可为深海采矿船水下设备布放回收系统的设计制造提供参考,为深海采矿船工程应用提供技术支撑。     

半潜平台推力器失效模式下的动力定位能力分析

动力定位能力分析对于推力器选型和推力器的配置选型,以及对于一条新设计的动力定位船舶的定位能力的初步检验具有重要意义。动力定位能力分析能够得到船舶在各个艏向角抵抗环境力的能力。文章通过自主开发的程序研究了半潜平台在推力器失效模式下的定位能力,对该程序中的推力分配方法进行了详细的阐述,并对某半潜平台的动力定位能力分析验证了该程序的可行性。研究推力器失效时船舶的动力定位能力,不但可以验证船舶定位时的安全性,而且还可以为推力系统的设计提供适当的建议。     

H∞ Robust Fault-Tolerant Controller Design for an Autonomous Underwater Vehicle＇s Navigation Control System

In order to improve the security and reliability for autonomous underwater vehicle (AUV) navigation, an H_∞ robust fault-tolerant controller was designed after analyzing variations in state-feedback gain. Operating conditions and the design method were then analyzed so that the control problem could be expressed as a mathematical optimization problem. This permitted the use of linear matrix inequalities (LMI) to solve for the H_∞ controller for the system. When considering different actuator failures, these conditions were then also mathematically expressed, allowing the H_∞ robust controller to solve for these events and thus be fault-tolerant. Finally, simulation results showed that the H_∞ robust fault-tolerant controller could provide precise AUV navigation control with strong robustness.