载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

载人潜器阻力与有效功率的数学模型

传统模型计算时,忽略了载人潜器支架、观察窗等结构的推进动力,导致最终阻力与有效功率的计算结果误差较大,为此设计一种基于简化几何的数学计算模型。利用尺度参数,对载人潜器结构进行离散处理后,建立关于简化几何的阻力与有效功率计算的基本方程,并对其求解。结果表明,该模型的计算结果与标准计算结果基本一致。最后通过实验论证的方式验证了该模型的优越性,较传统模型的计算准确率高19.81%,具备良好的稳定性。     

CFX数值模拟低速双尾船阻力计算的应用研究

本文简单介绍了计算流体动力学的分析软件CFX，以水池做过的—个船模阻力试验为原型，选用不同的网格划分和不同的湍流模型用CFX分别进行了船舶阻力计算，通过比较计算结果得到了对双尾船舶用CFX计算其在低傅汝德数下阻力值的一般规律。     

CFX数值模拟低速双尾船阻力计算的应用研究

介绍了计算流体动力学的分析软件CFX,以水池做过的一个船模阻力试验为原型,选用不同的网格划分和不同的湍流模型用CFX分别进行了船舶阻力计算,通过比较计算结果得到了对双尾船舶用CFX计算其在低傅汝德数下阻力值的一般规律.     

大深度潜器载人球壳开孔强度的理论计算及试验验证

文章根据外压球壳开孔区域的轴对称性和等面积补强所体现的主要强度特征对大深度载人厚球壳锥台形开口加强形式进行几何变换,同时求解系数十分复杂的三阶非齐次方程,完善和扩展球壳开口围壁、厚板嵌入组合加强的理论计算方法。通过两个4 500 m潜器球壳几种开口加强形式的应力集中系数理论计算、有限元计算和试验验证,证明了该方法的可靠性和适用性,可为制订大深度潜器载人球壳强度规范提供依据。     

载人潜器驾驶舱人机工效评估方法研究

为了提高载人潜器驾驶舱人机工效设计的质量,有效考虑特殊环境下人的心理、生理因素的变化对人操作可靠性的影响,本文基于人机工程学构建了驾驶舱人机工效评估模型,提出作业绩效指数概念,并明确其确定方式,利用CREAM预测法预测人的不可靠性导致的人因失效概率,最终得到了驾驶舱人机工效评估值。开发了数字化评估软件,并通过某载人潜水器驾驶舱人机工效评估验证了该方法的有效性。     

载人潜器驾驶舱人机工效评估方法研究

为了提高载人潜器驾驶舱人机工效设计的质量,有效考虑特殊环境下人的心理、生理因素的变化对人操作可靠性的影响,本文基于人机工程学构建了驾驶舱人机工效评估模型,提出作业绩效指数概念,并明确其确定方式,利用CREAM预测法预测人的不可靠性导致的人因失效概率,最终得到了驾驶舱人机工效评估值。开发了数字化评估软件,并通过某载人潜水器驾驶舱人机工效评估验证了该方法的有效性。     

日本深潜考察载人潜器的设计研究

涵盖了近期日本对装有自主式水下潜器和遥控潜器的深潜考察载人潜器的设计研究结果，描述该设计的基本特点和总体概貌，并介绍在每项研究中需要检验的某些主要项目。研究之初，为了确定未来深海科学研究最重要的主题，收集了许多国内科学家和学者的观点。该研究是由日本深海技术协会的特设委员会完成的。     

基于重叠网格的重水潜器粘流数值模拟

文章结合一种密度大于水的新型潜器—重水潜器（Heavier-than-water AUV,简称 HTW）,采用 RANS 方法和重叠网格计算了该潜器的水动力性能和绕流流场。文中计算了不同攻角和漂角情况下重水潜器的阻力、升力及俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随姿态变化的规律。文中将采用重叠网格方法的计算结果与 FLUENT 计算值以及风洞试验结果进行了比较,表明重叠网格方法可较好地模拟重水潜器的自由态绕流问题。该研究为该潜器的总体设计与运动控制提供了有价值的参考。     

极地环境载人潜水器发展关键技术分析

针对极地特殊环境和中国在极地的战略需求,结合我国在载人潜水器领域多年的设计、制造、应用和维护经验,首先详细分析载人潜水器的系统组成、主要设备和关键技术,然后对于极地的低温、高纬度、大范围冰盖、复杂水声环境等主要特点,最后在技术层面总结发展极地载人潜水器所涉及的关键技术。     

沉浸式载人深潜器布放交互仿真系统

针对现有载人深潜技术培训中采用实艇培训的风险大、成本高、培训周期长以及缺乏宣传教育平台的现状,开发载人深潜器布放回收的三维交互仿真系统.采用3ds Max创建支持母船、深潜器以及A型架等结构的三维模型,利用Unity3D引擎实现深潜器布放回收过程的操纵交互,提出驱动A型架旋转的液压杆运动数学模型以及头盔视线碰撞检测代替鼠标悬停的物体拣选方法,最终采用虚拟现实头盔作为视景显示方式,逼真的模拟深潜器布放回收的整个过程.该仿真系统具有可交互性和高度沉浸感,可作为深潜器布放操作人员的培训系统以及深潜技术的宣传教育平台.     

我国载人深渊器的发展策略及当前进展

文中简要介绍了载人深渊器的概念;阐述了我国研制载人深渊器的意义;总结了"蛟龙号"的经验与启示;提出了我国载人深渊器的发展策略并综述了目前所取得的进展.     

"和谐"号载人深潜器的研制

为了满足中国大洋矿产资源研究开发协会(COMRA)在国际公海区域进行深海资源勘探的要求,国家科技部在"十五"期间立项研制出了大深度载人深潜器--"和谐"号.该载人深潜器的研制在国内是一个技术跨越非常大的项目,研制过程中需要解决许多关键技术问题以及克服国际合作过程中存在的各种问题.目前,"和谐"号潜水器已完成总装,正在进行水池试验.水池试验结束后就可以进行海上试验.本文主要介绍"和谐"号载人深潜器的研制过程,重点介绍设计思想和设计过程中解决的主要关键技术问题.     

深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析

回顾了国内外深海载人潜水器载人球壳的设计现状,对国际上6 000米级载人球壳的特征进行了分析比较,并采用塑性分析方法对不同内径的钛合金载人球壳给出了设计厚度和重量特性,分别探讨了安全系数、球壳内径、体积密度、球壳重量等设计因素.     

深海载人潜水器外部结构设计研究

全面总结了某深海载人潜水器外部结构中的载体框架、浮力材料、轻外壳、稳定翼的设计工作,对各种外部结构在载人潜水器中发挥的作用、材料的选取、设计思想、设计载荷和安全系数的确定、强度分析与校核等方面进行了详细的论述,以便为今后建造类似的载人潜水器提供参考.     

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.     

载人潜水器母船网络信息系统设计分析

本文结合我国载人深潜科学考察对母船网络信息系统的需求,阐述了载人潜水器母船网络信息系统的设计原则及总体设计方法,并对各分系统设计与实施进行论述,旨在为我国新建载人潜水器母船网络信息系统建设提供参考。     

Investigation on fatigue characteristics of transparent submersible manned cabin structure

Fatigue life prediction of transparent submersible manned cabin (TSMC) structure is investigated. Firstly, a simplified mechanical model of a cylindrical shell-hemispherical shell (CS-HS) structure is established, and the strength characteristic of the TSMC structure is gained, as well as deflections and displacements are obtained by solving the model with the non-moment theory and moment theory. Secondly, the load history of the TSMC structure is analyzed, and the load spectrum of this structure is got by analyzing and fitting the existing diving data. Finally, a method of nonlinear virtual interval division technique for the load spectrum is first presented. The predicted results have excellent agreement with the experimental data. The results show that the working depth of the large-deep deep manned cabins is within the range of 0 m–500 m, while the load history is composed of the submersible loading-uploading-unloading and payload-uplifting-unloading. In addition, the load spectrum shows that the number of dives is within the range from 299.7 m to 432.9 m. The proposed model can efficiently provide a guideline of the design and manufacturing of the transparent submersible manned cabin structure.