AUV自主收放装置结构及控制系统设计

AUV技术对于提高海洋资源环境的勘测和开采效率具有重要意义。在AUV收放过程中,传统的回收方式是在母船上起吊回收,人为参与完成挂钩任务,这种方式受风浪的影响较大。为了提高AUV的使用保障能力,需要针对AUV的自主收放技术展开研究。基于AUV良好的实时性、连续性及可移动性的特点,本文设计一套AUV自主收放装置,可用于AUV的自动布放及回收。该装置由固定架、控制台、吊机装置、绞车、定滑轮、钢丝绳、收放架等组成。设计各部分的机械结构,并通过系统校核验证结构设计的合理性。同时,设计AUV收放存储装置控制系统,实现对机械液压执行器的精密控制、传感器的数据采集、系统状态参数显示、试验参数调整、工作状态监控和安全报警等功能,能够对控制系统的控制流程进行辅助判断和安全保障。解决了传统AUV收放技术的难题,提高了AUV收放的智能化水平。     

AUV水下回收过程中的操纵性仿真研究

在建立自主水下航行器(简称 AUV)六自由度运动模型的基础上,基于势流理论建立了潜艇运动扰动流场对 AUV 扰动力的计算模型,并对回转体 AUV 在回收时靠近潜艇过程中的操纵性进行了仿真,仿真结果显示,AUV 在靠近潜艇的过程中,潜艇扰动流场对 AUV 深度和侧向位移有较大的影响,而对姿态角的影响较小,因此,回转体 AUV 可以稳定地完成水下的回收运动。     

Noncontact power supply for seafloor geodetic observing robot system

A new and effective seafloor geodetic observing robot network system, which consists of several submarine stations situated in regions susceptible to interplate earthquakes, has been proposed and is under construction in Japan. Each station, equipped with an autonomous underwater vehicle (AUV) dock, is connected to a land facility by cables providing power and communication. Near the AUV dock, three or four seafloor reference stations will be set up for geodetic observations. In this system, a noncontact power supply is required for a battery-driven AUV to conduct observations for extended durations. A small, intelligent, efficient, high-power noncontact feed system of 400 W capacity with an inverting efficiency of 77% in salt water has been developed. It has been shown to be effective in a water tank experiment in which the noncontact power supply automatically fed power to an AUV for 3 days.     

遥控水下液压绞车的研制

深水救生潜器对接系统液压绞车是载人潜器上不可缺少的救生设备之一。其机械系统要求体积小，重量轻，且具有低转速、大扭矩的工作特性；控制系统要求收放绳能自动检测、显示，极限绳长时能自动控停、报警，且有掉电保护等功能。本文主要从机械系统和控制系统两个方面介绍该液压绞车的基本原理、结构、误差处理方法及试验情况。     

SUBOFF潜艇回收AUV流场的数值计算

由于水下远距离传递信息困难,以及受自身携带能源的限制,水下无人航行器(AUV)需要通过母船回收进行能源补充与信息传递.为研究AUV水下回收时的复杂流场,本文基于STAR-CCM+软件,采用重叠网格技术对于潜艇回收AUV时的流场进行研究,分析了AUV在回收过程中受到的压力、流场中的漩涡和速度分布等水动力性能,为水下回收AUV提供了有益的参考.     

某型AUV运载器的定位方法与误差分析

传统AUV依靠水下惯性导航设备自主定位的方法无法实时进行水下信息感知和系统控制。水声定位是AUV定位导航技术的一个研究领域，可用于水下运动目标定位与导航、水下静止目标勘测等。本文分析阐述三种经典AUV定位方法，进一步研究AUV快速定位解算原理，论证影响AUV运载器在深海工作时产生的定位误差来源并进行仿真试验分析，最终将研究成果应用在目前现有某型AUV运载器上，实现自身水下定位、导航与远程遥控。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

救生钟对接密封能力研究

对接密封性能可靠是救生钟安全使用的关键环节之一.该文对救生钟在水下对接过程中和对接后的密封性能进行了全面分析,分析了密封失效的可能形式,得到了在各种密封失效形式下,针对不同海流、对接深度、对接角度等多种影响参数综合作用下的救生钟密封性能.文中的研究内容主要包括:(1)救生钟的对口法兰与救生平台刚刚结合后,下室还没有建立内外压差前,研究下室排水建立内外压差且能够确保密封圈密封所必须具备的条件,即密封圈对对口绞车的拉力要求、推进器要求;(2)救生钟与救生平台成功对接后,即下室已经建立了内外压差,对口绞车钢缆已经松驰条件下救生钟的密封性能.文中还根据计算分析结果对救生钟对接操作提出了参考技术指标.     

基于EKF的AUV协同定位方法仿真与验证

自主水下航行器（AUV）协同导航定位技术是解决复杂作业环境下导航问题的重要途径,研究了单领航艇的主从式多AUV基于扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的协同到导航定位问题。AUV协同定位时,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部配有测距装置,舰艇间是通过通信装置来交换自身位置和状态信息并同时测量通信双方的相对距离,通过信息融合对自身定位进行修正,利用EKF算法对系统中传感器所传递信息进行融合,对从AUV进行实时定位。通过仿真验证此算法可以显著提高导航定位精度。     

球形对接裙的密封能力(英文)

An improved spherical, movable transfer skirt for autonomous submersibles has been devised. It was designed to permit the transfer of equipment and personnel from a submersible to the pressure chamber of an oil storage sea-bed structure. It also allowed mating at large vertical angles while the submersible remained horizontal. Seal failure modes and procedures for analyzing the sealing ability of the mating flange of the hull transfer skirt were thoroughly analyzed using conservative estimation methods. In the analysis, sea currents and mating angles were considered. Results showed that when considering the effects of currents, spherical radius and mating angle, their influence on seal ring failure should be considered first. The critical mating depth for a seal ring failure was larger than for either sliding or rotational failure modes. The critical mating depth can be used to determine the mating method of the submersible. The analytical procedures and results can be used as a reference for the design of spherical hull transfer skirts.     

基于美海军反潜战训练的靶雷技术发展趋势

水下自航式靶雷作为反潜战训练用的潜艇模拟器,以其操作便捷、模拟逼真、效费比高的特点,成为各国海军训练的常用装备。美海军是世界上最早研制靶雷用于反潜训练的,训练频次极高。除自研靶雷外,2018年美海军开始测试瑞典AUV62-AT靶雷。本文梳理了国际靶雷的发展情况,针对美海军大量使用的MK30系列靶雷、瑞典AUV62-AT靶雷的技术特点,分析了反潜战训练靶雷技术的发展趋势。     

水下潜器改进S面控制及控制系统仿真(英文)

S surface controllers have been proven to provide effective motion control for an autonomous underwater vehicle (AUV). However, it is difficult to adjust their control parameters manually. Choosing the optimum parameters for the controller of a particular AUV is a significant challenge. To automate the process, a modified particle swarm optimization (MPSO) algorithm was proposed. It was based on immune theory, and used a nonlinear regression strategy for inertia weight to optimize AUV control parameters. A semi-physical simulation system for the AUV was developed as a platform to verify the proposed control method, and its structure was considered. The simulation results indicated that the semi-physical simulation platform was helpful, the optimization algorithm has good local and global searching abilities, and the method can be reliably used for an AUV.     

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源.潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动.目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法.在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义.     

AUV自救系统可靠性研究与实现

介绍自治水下机器人自救系统的研制与实现,选用低功耗单片机MSP430为核心控制芯片,以水声通信自救为基本自救方式;通过合理设定自主自救深度值在关键时刻实行深度自救;通过日历芯片PCF8563设置自主自救时间,时间延后于作业时间,当机器人遇到意外时能及时自救.整套系统参加过两次海试,效果良好.     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

机载布放式AUV入水冲击仿真研究

机载布放式AUV是利用载机运送至特定海域上空,在一定条件下通过空投方式进入水下,完成预定工作的自主水下航行器。AUV入水时会受到巨大的载荷冲击,严重时会导致机体折断、元器件失灵,甚至引起弹道失控。为此,文章采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对机载布放式AUV的入水冲击问题进行了数值仿真研究。对不同入水速度、不同入水角度下AUV受力过程进行了计算,得出了不同入水条件下的速度响应曲线和压力响应曲线,可为机载布放式AUV的机体结构设计和投放条件研究提供参考。     

X型尾舵潜艇操控与运动关系研究

在分析潜艇X型舵水动力特性的基础上,建立X型舵与十字型舵操纵力的等效关系,用于指导潜艇X型舵的初步设计;分析X型潜艇的操控与潜艇运动的关系,用于潜艇X型舵的自动控制装置设计,部分解决了X型舵自动控制装置相关理论问题。     

一种新型潜艇前置导叶螺旋桨的开发和试验研究

潜艇前置导叶螺旋桨是CSSRC为提高潜艇快速性和降低螺旋桨噪声而开发的一种新装置。它由螺旋桨和安装在尾附体与螺旋桨之间一适当位置上的导叶组成。利用尾附体、主艇体和导叶间的相互作用来调节螺旋桨的来流，使螺旋桨的能量损失、不定常力和辐射噪声减小。本研究表明，这种新装置可以提高潜艇最大航速0.3～0.5节，降低螺旋桨辐射噪声2～4分贝。     

深潜救生艇对接转裙的结构设计及承载能力分析

提出一种新型水下对接装置,介绍了对接转裙的组成和工作原理,设计了对接转裙的关节结构,阐明了转裙的密封原理,利用有限元方法对转裙耐压壳强度及稳定性进行了分析,研究结果表明了该设计的可行性.在大倾角、高海流、低能见度的工况下,利用该装置,深潜救生艇能够以抵御海流的最佳角度进行安全、准确、快速对接作业.     

基于动态神经网络的AUV航向自适应控制

海洋环境的复杂性以及自身模型的不确定性,给自主潜航器(AUV)航向控制带来很大困难.针对AUV的特点和控制方面所存在的问题,采用了带衡量因子的动态BP神经网络控制器控制AUV的航向.理论分析和仿真结果表明,与传统的PID控制器相比,在扰动存在的情况下,神经网络控制器具有更好的自适应性和鲁棒性.