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。     

基于专利分析的深海潜水器技术发展分析

基于专利数据从专利申请动向、专利权国家分布和专利技术生命周期3个维度对深海潜水器的技术发展现状进行分析,通过专利权人技术聚焦分析其专利技术构成,并结合专利文本分析深海潜水器关键技术发展趋势.研究表明:在专利申请方面,中国与全球实现同步发展,呈现快速增长趋势;该领域的专利技术正处于技术成长期,全球专利申请主要集中在水下导航与通信、路径规划与安全避障以及潜水器总体设计3个方面,且仍有较大的技术发展空间.其中,水下导航与通信技术主要围绕提高导航精度与通信可靠性2个方面进行发展;路径规划与安全避障技术以环境建模与优化搜索、实时动态避障为研发热点,重点解决最优性、可行性和实时性问题;潜水器的总体设计以缩短潜浮时间、提高水下作业时间和续航能力为目的进行研发.     

深海潜水器运动操纵仿真研究

为研究深海潜水器水下运动特性,对某深潜器水下空间运动开展仿真研究。本文给出了深海潜水器六自由度运动方程,基于C++自编程序解算潜水器运动方程,MFC对话框显示潜器重要参数,完成了深海潜水器运动仿真软件的开发,并对回转运动以及定深下的回转运动进行仿真研究。研究结果表明：该深潜器具备良好的空间机动性,由于外形上下不对称而导致产生向上的微弱水动力特性;定深状态下的回转直径相对较小,反映出垂向诱导水动力对回转直径的干扰影响,通过定深控制可保证深潜器能够较好地完成水平面回转运动作业。     

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.     

国际援潜救生及深海打捞ROV现状与关键技术

随着海洋军事、海上航运、深海科考以及航天器海上发射和回收等活动不断增加,装备故障或复杂的环境因素导致海难事故频频发生,为减小损失、探究事故原因,援潜救生及深海打捞显得尤为重要.遥控潜水器作为深海重要作业装备,在援潜救生及深海打捞活动中发挥重要作用.介绍国际上援潜救生及深海打捞典型遥控潜水器的发展现状,概括其在援潜救生及深海打捞中的典型应用案例,总结援潜救生及深海打捞遥控潜水器关键技术,对其未来的发展提出一些思考.     

深海潜水器无刷直流电机驱动器电磁兼容设计

深海潜水器无刷直流电机驱动器,直接驱动推进器、液压源和海水泵等设备,其电磁兼容设计直接关系到自身工作可靠性和对其他设备的影响。本文针对该驱动器,分析驱动器带动电机工作时的干扰源、耦合路径和敏感设备,对控制器辅助电源和线路进行电磁兼容设计,然后对驱动器整体进行电磁兼容设计,最终使得驱动器具有较高的可靠性。     

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。     

观光潜水器发展现状与展望

观光潜水器是能够运载乘客在水下运行、浮出水面并保持水面航行的自航运载器。观光潜水器已广泛地应用于当今的海洋旅游产业。文章首先对观光潜水器的发展历程和现状进行了介绍,然后按不同系统对观光潜水器进行了分析,最后对观光潜水器的发展前景进行了展望。     

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。     

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.     

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.     

深海水下装备水润滑轴承研究现状与进展

阐述了国内外水润滑轴承的技术现状与发展动态,介绍了国内外主要供应商的水润滑轴承产品的技术特点和独特优势,对比分析了不同水润滑轴承的性能参数,总结了水润滑轴承在选型时需要重点考虑的问题,重点介绍了水润滑轴承的关键技术,在此基础上提出深海水润滑轴承设计流程,可为深海水下装备水润滑轴承的选型和设计提供参考。     

潜水器发展态势及谱系化研究

为加快我国深海装备谱系化建设,更好服务于潜水器成果信息统计工作,对国内外深海装备的发展态势及谱系化分类方法展开研究。对潜水器发展趋势进行分析预测,结合我国已有的潜水器基础和关键技术,开展系统性的规划、分类与梳理,形成了覆盖全海深全海域的载人/无人深海装备、技术和标准分类方法。这能够有效提升我国潜水器谱系化信息及成果的规范化和标准化管理水平,对我国掌握深海尖端技术动向、谋化深海装备发展方向以及促进潜水器谱系构建具有十分积极的作用。