水下拖缆稳态运动特性计算方法及应用分析

水下拖缆拖曳运动时的受力分析是拖缆系统设计的关键因素.建立拖缆稳态运动的动力学微分方程,将拖缆受到的流体力分为切向力和法向力,水动力系数的准确求解决定了拖缆的位形和受力计算准确性.采用有限体积法离散标准k-ε湍流方程求解拖缆的水动力系数,水动力系数与攻角和Re有关.数值计算的结果与相关实验数据比较表明水动力系数的求解方...     

基于AQWA的水下大尺度拖缆空间形位仿真分析

为充分发挥水下大尺度拖缆在应用过程中的声学性能,准确地对其深度进行调控,需预先知道其在水下拖曳状态下的空间形位。由此,对拖缆的力学模型进行分析,结合某水下大尺度拖缆的参数,基于有限元仿真软件AQWA对该拖缆进行4种典型航速的仿真分析,获得稳态和叠加四级海况动态环境下拖曳阵缆的空间形位分布、波高响应、下沉深度、拖曳张力和倾斜角等重要参数,为该拖缆的海上试验和应用提供参考。     

柔性拖缆涡激振动响应特性数值模拟

为分析水下拖缆在一定流速下的振动响应,使用ANSYS Workbench平台并基于双向流固耦合计算方法构建三维水下拖缆涡激振动的数值仿真框架,并对1 kn均匀流速下的拖缆涡激振动响应进行数值模拟分析。仿真得到了拖曳力、升力,振幅以及位移轨迹变化结果,为进一步研究拖缆振动响应对水下探测系统的影响提供了一定研究基础。     

拖缆涡激振动计算及分析

细小结构的涡激振动自从Von．Karman提出Karman涡激之后就引起了人们的重视。文中采用计算流体力学和有限元相结合的方法计算拖缆结构模型在水下工作时,由流体引起的对拖缆的涡激振动作用力,从而计算拖缆的涡激振动响应。     

母船垂荡运动下拖缆响应研究

基于弯矩平衡方程和有限元离散单元法建立拖缆离散动力学模型,通过对拖缆离散方程组线性化处理,将非线性动力学方程转化为关于求解角度的线性问题。设定缆绳初始形态,通过时间迭代对方程求解得到拖曳系统稳定运动形态。母船在海面会发生升沉运动,由于母船垂荡运动对水下拖缆的耦合影响,拖曳系统稳定形态受到破坏,拖缆受力发生改变,系统可能处于危险状态。考虑母船垂荡运动的耦合效应,通过MATLAB对拖曳系统进行仿真计算,得到拖缆的运动参数和受力响应情况,对拖曳系统在实际作业中提供参考。     

拖曳线列阵隔振模块结构的建模及计算分析

隔振模块是拖曳线列阵的重要组成部分，本文采用ANSYS有限元软件，建立了考虑护套内硅油和护套外水这两种流体的两层流固耦合模型，计算分析了隔振模块在水下的隔振性能，得到了一些重要的分析结果。这些计算数据和分析结果，为线列声纳阵水下拖缆隔振段的设计提供了技术依据。     

基于非线性有限元法的二维水下拖缆研究

水下拖缆研究是拖曳系统设计和使用的基础。由于受到水流力的作用,水下缆索呈现复杂的特性。本文首先推导了水下拖曳缆索的静力悬链线方程,将其结果作为非线性有限元方法的初始值;接着采用二节点等参索单元建立基于完全拉格朗日表述的增量平衡方程并使用牛顿-拉谱逊迭代法求解该方程;最后,采用Matlab编程,研究了该方法的收敛性及拖缆在重力、浮力和水流力作用下的形态与张力分布,得到了不同航速条件下缆索的形态及缆索张力的一些分布规律。     

潜水器水下拖带航行运动响应数值计算与性能分析

基于三维势流理论,采用多体水动力学分析技术,使用典型的格林函数法求解波浪力,对耦合拖缆的潜水器水下拖带航行进行频域与时域数值模拟计算,分析波浪周期、浪向角、拖缆形态、拖缆长度等因素对水下拖航过程中潜水器拖缆张力,以及纵摇、横摇、横荡等运动响应的影响,为潜水器水下拖航系统设计提供参考。     

基于虚功原理的复杂水下拖曳系统稳态模型

为解决缆索中间存在大部件的复杂水下拖曳系统建模问题,将其简化为质心和铰接点多点受力的刚性杆结构,基于虚功原理建立系统的稳态动力学方程.详细分析了系统的虚位移关系和杆段的流体阻力算法,推导出矩阵形式的数学模型表达式,形式简洁,意义明确,便于求解.求解该非线性方程组,得到系统的欧拉角稳态位形.仿真计算结果表明,该模型能较好吻合实际情况,准确反映系统结构变化对稳定姿态的影响,有效解决带中间部件系统的稳态计算问题.     

水下拖缆隔振段隔振性能的试验研究

介绍了水下拖缆隔振段隔振性能的测试装置和试验方法；分析了测试系统中隔振段两端串联弹簧对隔振性能的影响，隔振段的固有特性，不同拉力与激振量情况下的隔振效果以及轴向与横向的隔振性能。这些试验数据和分析结果，为线列声纳阵水下拖缆隔振段的设计提供了技术依据。     

基于Kane动力学和通路矩阵的水下自重构机器人建模

文章推导出基于通路矩阵和Kane方法的水下自重构机器人的运动学和动力学方程。引入图论的知识解决水下自重构机器人的统一构形描述问题,提出采用通路矩阵描述水下自重构机器人的不同构形,结合Kane方法,建立了水下自重构机器人的运动学和动力学模型。以水下自重构机器人的典型构形(水下四足行走构形)为例,验证了该方法的有效性和可用性。     

水下航行器近海底铺缆运动仿真研究

使用水下航行器进行铺缆较水面船铺缆有众多优势。为了快速有效地完成铺缆任务,该文对水下航行器近海底铺缆运动进行了仿真研究,分析了放缆速度、相对海流速度和航行高度等参数对铺缆运动的影响。在此基础上,为一台载人潜水试验艇拟定了近海底铺缆试验方案,并成功完成了试验任务。     

旋翼类飞行潜航器的发展及关键技术

飞行潜航器(Unmanned Aerial Underwater Vehicle,UAUV)在水空搜救、水下结构物探测具有广阔的应用前景.本文通过对主要飞行器、水下航行器的比较分析,认为多旋翼飞行器是目前技术条件下最适合水空2种环境使用的构型.综述国内外主要旋翼类飞行潜航器(Multi-Rotor Unmanned Aerial Underwater Vehicle,MUAUV)的研究和发展现状,分析旋翼类飞行潜航器的特点,论述飞行潜航器发展急需解决的关键技术.     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

Power efficient formation configuration for centralized leader–follower AUVs control

Autonomous underwater vehicles (AUVs) have rapidly developed in the last few decades due to their autonomous properties in the investigation of an underwater environment. The goal of this paper is to develop a power efficient formation control for the cooperative motion of AUVs with a support vessel as a leader. In this paper, a kinematic algorithm for the joint motion of an AUV with a support vessel was developed and that algorithm was expanded for the formation of AUVs. The AUV yaw, surge and sway control loops were designed for that purpose. The complexing navigation system structure for the AUV was also developed. Simulation results demonstrated efficiency of the proposed kinematic algorithm for the joint motion of AUVs. Also, influence of lateral ocean current was considered. After development of the centralized leader?Cfollower formation control for the group of AUVs with a support vessel as a leader, we optimized a formation configuration in terms of power efficiency. Drag forces caused by AUV motion in the water can significantly influence power consumption. We investigated the relationship between the AUV's formation configuration, underwater coverage efficiency, communication quality and power consumption. As a result of research, we proposed a power efficient formation configuration for typical underwater operations. As a result, the effect of the AUV formation configuration on the power consumption was investigated and a trade-off solution for the optimal AUV positions in formation with minimal energy consumption, high coverage efficiency and small communication power consumption was derived.     

AUV navigation around jacket structures I: relative localization based on multi-sensor fusion

Underwater jacket structures or support legs of on-water platforms, such as ports and oil rigs, need to be periodically inspected for maintenance, environmental monitoring, and security reasons. Autonomous underwater vehicles (AUVs) can potentially make these tasks more inexpensive and reliable compared to conventional methods that involve the use of divers and remotely operated vehicles. This paper proposes a robust and practical self-localization method for an underwater vehicle navigating around jacket structures, where the performance of conventional acoustic positioning suffers from multipath degradation. The key idea is to stochastically update the vehicle??s horizontal position and heading relative to the structures using two types of perceptional sensors, sonar and camera, assuming that the configuration of the structure is known. The performance of the method was verified with tank experiments using a jacket mock-up and the AUV Tri-Dog 1.     

智能水下机器人路径规划方法综述

路径规划方法是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现自主航行和作业的关键环节。本文将水下机器人的路径规划方法按智能程度分为传统和智能两大类。传统方法包括基于路线图构建的路径规划方法、基于单元分解的路径规划方法以及基于人工势场的路径规划方法,智能方法包括基于群智能的路径规划方法和基于机器学习的路径规划方法。针对水下机器人规划环境的特点,分别对这几类典型方法进行总结与评价,重点分析了智能方法的优缺点和关键问题,最后展望智能水下机器人路径规划的未来研究方向。     

消除水下环境压力影响的措施与研究现状

在分析水下环境压力对水下液压系统产生影响的基础上,说明了对水下设备液压系统进行压力补偿的必要性,综述了当前水下设备的液压系统以及压力补偿的研究现状,分析了传统压力补偿器的利与弊,提出了水下液压系统的两种类型,建议采取不同的补偿方法,并阐述了压力补偿的主要研究方向。     

水下光通信LED阵列光源方法与实现

为了设计一种新的用于水下通信的光源,分析了LED光源用于水下通信的优势,介绍了水下光通信系统选择光源的条件,进行了具体的LED光源阵列及其光学系统设计,最后进行了水下光通信实验。实验结果表明：LED阵列光源应用于水下光通信,体积小,重量轻,结构简单,能较好、较快地实现水下光通信。     

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。