深海潜水器装备体系现状及发展分析

针对海洋科学研究、海洋资源开发、海洋权益维护等重大需求,我国启动了系列化深海潜水器关键技术与装备研究,经过二十余年的跨越式发展,已经构建了装备类型、作用深度、应用领域三个维度的深海潜水器装备谱系化框架雏形。本文从发展历程、在役情况、现状分析三个角度对国内外深海潜水器进行梳理,形成时间轴、里程碑、量化图表总览,为我国深海潜水器领域的技术发展和决策提供支撑。     

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.     

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。     

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。     

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。     

深海载人潜水器载人球备选钛合金的断裂韧性试验结果分析

为提高结构的可靠性,深海载人潜水器载人球的设计标准越来越重视材料的综合性能,因此钛合金成为广泛应用于潜水器耐压球壳的理想材料。基于断裂韧性指标的损伤容限设计原则将在未来的结构优化方案中得到体现,其中断裂韧性是重要的材料损伤容限特性之一。为研制4500m载人潜水器,文中对两种备选钛合金的多组非标试样断裂韧性试验结果进行了分析,重点考察了相同韧带尺寸下试件厚度的效应,对非标试样KQ和P_max/P_Q随着厚度的变化趋势进行了解释,为修改现行断裂韧性试验标准提供了建议。     

深海载人原位研究装备发展概述

本文对深海载人原位研究装备的应用需求、技术现状和发展方向进行综述。介绍深海载人原位实验研究装备的应用需求,对国内外典型深海载人原位研究装备的特点和技术指标进行梳理和总结,同时探讨了未来深海载人原位研究装备的发展方向。     

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围.国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考.因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究.通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大.然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响.本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大.为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线.     

小型观察型载人潜水器技术现状

介绍了国外小型观察型载人潜水器的发展现状,该型潜水器主要适用于海底观光、摄像和海底采样等,可以根据客户需要搭载机械手或其他采样工具,总结了该类潜水器的关键技术和发展趋势,结合国内的发展情况,简单展望了小型观察型潜水器在国内的发展前景。     

蛟龙号载人潜水器的5000米级海上试验

蛟龙号载人潜水器研制是国家863计划重大专项之一,其目标是建造出一台可以执行规定使命任务的产品。海上试验是载人潜水器重大专项的关键阶段,2009年8~10月和2010年5~7月,分别完成了1000m和3000m级的海上试验任务。论文主要介绍了在2011年7月1日~8月18日之间完成的5000m级海上试验,内容包括海上试验的基本情况、海试取得的主要技术成果、海试过程中发现的故障及处理情况以及对今后技术改进的启示。最后给出5000m级海上试验的主要结论。     

深海载人潜水器载体框架结构设计与强度分析

载体框架是用于安装固定载人舱、蓄电池、可弃压载、可调压载水舱、高压气罐和浮力块等深海载人潜水器设备的空间桁架结构,也是深海载人潜水器布放、回收和甲板系固的主要承力结构。因此,载体框架的设计应便于设备、仪器、浮力块和轻外壳的安装、拆卸与维护;并有足够的强度和刚度,以保证载人潜水器的布放和回收,以及在母船甲板上系固。在上述条件下,还应使其重量尽可能小。总结和介绍了我国正在建造的深海载人潜水器载体框架的材料选择、计算工况及设计载荷与许用应力的确定、结构型式的确定、构件的连接方式、节点的优化处理,以及结构强度的分析方法,给出了载体框架在单点回收和甲板系固两种工况下的强度分析结果,为今后研制同类型产品提供参考。     

大深度载人潜水器耐压壳结构研究进展

综述了大深度载人潜水器的发展概况,潜水器耐压壳体材料选用及结构型式;侧重阐述了耐压壳强度与稳定性计算的现状;指出了大深度载人潜水器钛合金耐压球壳弹塑性稳定性分析尚需研究的若干问题.     

载人潜水器潜浮运动的模拟

为了预报中国正在研发的深海载人潜水器的潜浮性能,三自由度的动力学模型被用于仿真它在垂直面内的潜浮运动.作用于潜水器上的水动力系攻角的非线性函数,可用拖曳水池试验加以测定.利用这些试验值,GRNN神经网络方法可以辨识出大攻角范围内的水动力函数.本文通过数值计算结果揭示了其实际的应用.     

大深度潜器潜浮运动的建模与仿真

大深度潜器潜浮运动是一种超大攻角运动,它无法用常规水中物体的运动数学模型描述.文章给出了一种新型数学模型来描述这种大深度潜器的潜浮运动,并论述了结合现代仿真技术的应用,使潜水器所受流体动力的数学描述变得便捷、可行.此外,文中还研究了在大深度环境下,潜器潜浮运动时,潜器所受浮力和重力随深度变化的数学描述.上述理论已应用于有关潜器潜浮运动系统的设计.     

大深度载人潜水器疲劳寿命有限元分析

载人潜水器随着使用次数的增加,将有可能导致低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,必须进行载人球壳的低周疲劳寿命分析。潜水器在一些特殊的局部区域是受拉伸应力影响的,开孔处结构的特点和深水压力共同作用就产生了较大的拉应力,因此这些较大的拉伸应力在此部位易引起结构的疲劳裂纹,并且缩短使用寿命。本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立载人潜水器有限元分析模型,按极限载荷和载荷谱分别计算出的疲劳寿命,不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数和进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用。     

深海载人潜水器耐压球壳的非线性有限元分析

潜水器耐压球壳的稳定性是开发深海载人潜水器的关键技术之一,其球壳已达中厚壳范围,因此需考虑横向剪切变形的影响.本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器耐压球壳的非线性稳定性进行了研究,考虑了加工过程造成的不圆度、材料屈服引起的应变强化呈现的材料非线性、以及壳体整体屈服产生的塑性大变形而表现的几何非线性等因素的影响.计算表明,相同厚度耐压球壳的失稳临界压力随半径的增大而减少;球壳半径不变时,失稳临界压力则随厚度的增加而增大.文中给出了球壳失稳临界压力、厚度与直径的关系曲线,据此可选择潜水器耐压球壳的最佳几何尺寸.     

深海载人潜水器耐压球壳的接触有限元分析

深海载人潜水器在海洋资源勘察和深海科学研究如热液喷口研究、地球物理和地球化学等方面发挥越来越重要的作用.在载人潜水器的研制过程中,载人耐压球壳的安全性最受关注.基于对载人耐压球壳特点的分析,作者认为在出入舱口和三个观察窗部分严格来说是接触问题,应该采用接触有限元分析的方法而不是通过假定没有滑动采用传统的有限元分析.本文对接触问题的基本理论以及数值技术如搜索策略、最终的方程和算法等进行了介绍.然后采用有限元方法对一个深海载人耐压球壳的接触问题进行了分析.基于应力应变的分析结果,对摩擦系数对接触区应力分布的影响也进行了研究.分析发现在出入舱口和三个观察窗部分应力是协调的.通过对观察窗附近两种不同材料的变形协调分析也验证了观察窗设计的合理性.     

深海采矿船技术标准的研究与制订

研究和编制了深海采矿船技术标准(船型评估/认可和审图);介绍了该船型的现行规范标准应用,入级符号及附加标志,送审文件,船舶设计基础及环境条件,航行及在位状态下的布放、作业、自存等工况和配套的多种组合装载模式;提出了该类船舶的评估技术标准。作为全球范围内首个专门针对深海采矿船这一新颖船型的评估技术标准,对我国自主开发、设计、建造深海采矿船具有重要指导意义。     

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。