小型载人潜水器的发展现状和展望

上世纪90年代以来,小型载人潜水器在海底观光、海洋生态调查和海底采样等领域得到了广泛的应用。当前,第三代飞行式小型载人潜水器处在技术突破的前夜。文章介绍了国外小型载人潜水器的发展现状,分析该类潜水器的关键技术和发展趋势,并对我国发展小型载人潜水器的前景进行了展望。     

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。     

载人潜水器观察窗研究综述

为解决载人潜水器观察窗的变形协调和疲劳寿命预测等技术难题,对观察窗的材料、失效模式、结构形式、安装和密封以及载荷谱进行了详细论述,并综述了国内外的研究现状。国外学者从上世纪中期从事这方面的研究且已取得很大进展,我国随着"蛟龙"号成功研制,也开始进行观察窗的理论和试验研究。丙烯酸塑料蠕变机理,疲劳寿命预测、裂纹扩展研究以及寻找新材料将成为未来主要的研究方向。     

载人深潜水器试验母船的技术保障

我国载人潜水器的海试是在还没有载人潜水器工作支持母船的情况下,由一艘30年船龄的老船——向阳红09船承担.在海试中针对海试具体要求总结出了操作保障方案,包括:正常情况的操纵方法、高海况的操纵方法、潜水器离船尾较近时的操纵方法等,并针对将来的载人潜水器工作支持母船的设施配置提出了建议.     

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。     

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。     

大深度载人潜水器钛合金框架试验研究

对大深度载人潜水器来说,框架是潜水器的设备载体,不仅要保证框架在各种使用工况下其强度满足要求,而且还要保证框架具有合理的刚度,保证设备、电缆液压管路的正常使用.对框架进行试验验收是检验框架安全性最为重要的环节.由于框架是空间结构,布置的大大小小上百个设备都作用在框架上,在试验过程中对这些设备进行完全载荷模拟和框架变形的测量相当困难.在此之前,我国还没有进行过类似大深度载人潜水器钛合金框架试验.本文的主要目的是介绍和总结这次框架试验.本文所涉及的内容包括载荷的模拟方法,应力、变形的测量方法、试验中可能出现的安全问题及其解决办法,试验岗位的配置,试验的后处理任务等等.同时,本文将试验结果与理论分析进行了比较,对大深度载人潜水器框架结构的安全评估等内容进行了探讨,可供以后的类似试验作为参考依据.     

载人潜水器母船发展现状及设计分析

本文分析了载人潜水器母船国内外发展现状,并结合我国新时期载人深潜科学考察需求,提出了我国载人潜水器母船基本设计思路,旨在为我国新型载人潜水器母船的设计与建造提供参考。     

载人潜水器一机械手系统动力学研究

首先介绍了潜水器-机械手系统的一般动力学模型;针对载人潜水器(HOV)作业运动仿真培训的需要,提出了适用于运动仿真的HOV水下机械手动力学、运动学数学模型.结合已建立的HOV六自由度运动仿真模型,进行了HOV-机械手系统动力学运动学仿真计算,给出了三自由度水下机械手典型作业运动时,机械手手端运动轨迹及HOV姿态角变化的仿真结果.计算结果表明了研究的可行性和有效性;研究结果已被用于HOV的模拟培训器中.     

4500米以深作业型载人潜水器

大深度作业型载人潜水器是国际深海事业发展的重要技术手段和强力支撑。本文重点介绍了6台下潜深度超过4500米的大深度作业型载人潜水器,即美国4500米级Alvin号、法国6000米级Nautile号、俄罗斯6000米级MIR-1和MIR-2号、日本6500米级Shinkai6500号和中国7000米级蛟龙号;在此基础上,简述了世界上正在建造的3台全海深作业型载人潜水器,即日本Shinkai12000号、中国彩虹鱼号和中国万米载人潜水器。最后探讨了载人潜水器的未来。     

大深度载人潜水器舱室噪声研究

  目的  为解决舰艇舱室内部空间复杂狭小导致人工检测噪声困难的问题,提出基于目标导向RRT算法的机械臂局域空间规划方法。  方法  以六自由度机械臂为载体,在机械臂末端安装工装夹具,并以舱室内部的4个固定点为基准点,研究机械臂在局域空间内的遍历轨迹规划。其中,以基准点1为例,对其6个测量面、147个测点的噪点进行测量。通过噪声信号与空间待测点位姿信息的匹配分析,反馈当前测点的环境噪声,形成声压云图。  结果  结果显示,针对4个基准点所对应的测点,机械臂可以实现对所有测点的轨迹规划与噪声测量,且无碰撞发生。  结论  所提方法能够实现在狭小舱室局域空间内的智能规划以及内部噪声检测,具有实用价值。     

模糊自适应PID控制在载人潜器动力定位中的应用研究

根据我国正在研制开发的某型载人潜器的特性及其对动力定位的要求，设计了一个模糊自适应PID控制器，通过模糊推理实现在线修改PID参数，仿真结果证明了这种方法具有良好的效果和应用性。     

大深度载人潜水器舱室噪声研究

大深度载人潜水器舱室声学舒适性水平直接影响着潜航员的生理和心理健康,间接危及潜水器安全.本文以某大深度载人潜水器为研究对象,首先分析了载人舱噪声源的构成,并建立舱室噪声仿真计算模型,重点分析舷外设备对舱室噪声的贡献量.结果表明,舷外振动噪声源能够激起较高的舱室噪声,且振动源产生的舱室噪声级更大.本文基于统计能量方法的噪声计算结果与实测值吻合较好,说明本文建立的舱室噪声评估方法有效可行.同时,提出的相关结论能够为大深度载人潜水器舱室噪声控制方案的确定提供支撑.     

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。     

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.     

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.     

作业型载人潜水器通信中继浮标收放绞车的设计研究

介绍了一种适用于作业型载人潜水器收放通信中继浮标的绞车的装置组成、工作原理、驱动参数计算及其液压控制系统。该收放绞车实现了自动排缆,主动放缆,张力保护,被动放缆,承重头锁紧及应急切割功能,确保了在释放回收通信中继浮标过程中载人潜水器的姿态及安全,从而保证载人潜水器在水下的作业安全性和可靠性。     

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.     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。