新型极地科考艇上冰过程的强度分析及可行性研究

新型极地科考船舶、装备的研发,对于极地的探索、开发起着至关重要的效果。主要查询水冰两栖艇的国内外发展现状,根据冰刀原理的启发,设计了这种新型水冰两栖艇及其爬冰方式。通过探讨新型水冰两栖艇的爬冰系统及其设计特点,运用材料失效、瞬态动力学等理论,分析验证水冰两栖艇爬冰的最佳形式。并使用ANSYS Workbench软件建模,验证其能满足爬冰的强度要求。     

基于粒子群优化支持向量机的水面无人艇故障诊断

通过故障诊断可以对水面无人艇可能要发生的故障进行预报、分析和判断,从而及时调整控制策略以抑制故障的继续发展,为消除故障、维修设备提供准确的技术支持.SVM是基于统计学习理论的一种机器学习方法,常用于故障诊断,在解决小样本、高维度、非线性模式识别问题中有独特优势.SVM分类的准确率由其属性参数直接决定,而最佳的属性参数往往很难直接得到.基于粒子群优化SVM(PSO-SVM)的水面无人艇故障诊断方法,即将粒子群优化算法(PSO)用于SVM属性参数的优化选择中,充分发挥了PSO算法的全局搜索能力和易于实现的优势.水面无人艇故障诊断实例分析结果表明,PSO-SVM的故障诊断精度高于BP-NNs、GS-SVM、GA-SVM。PSO-SVM适用于水面无人艇故障诊断.     

一种新型无人艇(器)快速收放系统的方案设计

本文对载人/无人艇(器)收放装置的国内外研究开发现状进行分析,探讨收放装置的技术发展要求。根据设备使用通用性、快速反应能力、高海况适应性及执行任务多样化等要求,提出一种基于尾升降平台的无人艇(器)快速收放系统的方案设计,给出关键功能模块的设计要求与思路,开展收放作业流程演示,并完成技术可行性分析,为该系统的详细设计奠定了技术基础。     

基于CFD的新型高速艇艇型静水性能研究

深V型艇作为一种优异的改良船型,明显改善了舰船的耐波性及航向稳定性,但由于横向剖面尖瘦,舱室容积相对较小,不利于武器设备的布置,而三体滑行艇作为新型艇型,拥有诸多优势,国内仍处于研究阶段,为了了解这种艇型相对于传统深V艇的优势大小,利用CFD软件从静水性能方向进行分析研究,从阻力、浮态、兴波及艇底压力分布角度来分析其优劣势,结果表明三体艇仅在Fr?4.5其阻力及浮态劣于深V艇,其他均处于优势,且随着航速提高优势将继续扩大。     

高压逃生艇运动与乘员晕船率分析

高压逃生艇是饱和潜水系统中为潜水员配备的专用高气压紧急撤离设备,相比常压下的全封闭救生艇,具有大吃水、高重心和对乘坐舒适性的要求较高等特征。基于三维势流理论计算分析高压逃生艇的运动响应,在此基础上分析乘员晕船问题,得到艇体运动和艇员晕船率与航速和波浪条件之间的影响关系。研究发现：艇体垂荡、横摇和纵摇并不总是随航速的增加而加剧;艇体横摇和纵摇的峰值对应的遭遇周期分别为9 s和3 s;波浪从艇尾入射时,艇体的垂荡和纵摇相比波浪从艇首入射时更剧烈;艇上乘员的晕船率与波浪条件和航速相关,艇尾处的乘员晕船率最高。     

基于POA和COLREGS的无人艇路径重规划方法

避碰能力是无人艇(USVs)自主技术的核心体现.为了提高无人艇高速避碰过程的稳定性和安全性,在全局路径规划层和实时避碰层之间增加路径重规划层,实时调整航路对远距离障碍物进行提前规避.针对障碍信息不确定条件下的无人艇高速避碰问题,提出了基于障碍投影区(POA)和国际海上避碰规则(COLREGS)的路径重规划方法,解决障碍信息不确定性问题的同时兼顾航行规则约束.在POA区域2侧同时搜索安全可达路径,结合前次路径重规划结果,提出定量评价函数选择最优路径,保证无人艇航行稳定性.在仿真平台下,对比避碰策略变化次数和避碰安全距离2项指标,3层避碰框架(2.632次,162.3 m)明显优于2层避碰框架(7.239次,35.8 m).在实艇高速避碰实验中,设计对遇、交叉、超越等典型会遇场景,每种场景下避碰策略变化次数均控制在5次以内,避碰安全距离保证在100 m以上.实验结果表明,基于POA和COLREGS的路径重规划方法能够兼顾安全性和稳定性.      

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/?低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

基于激光雷达的无人艇海上目标检测与跟踪方法研究

针对基于导航雷达和光电探测的传统感知方法难以对近距离障碍物进行稳定精确探测的问题,结合激光雷达的优势和水面场景的特点,提出了一种基于激光雷达的无人艇海上目标检测与跟踪方法。首先分析和建立了水面场景点云的平面栅格模型,提出了基于高度差的尾浪点滤除方法;其次采用改进的自适应DBSCAN算法对海上障碍物进行分割和聚类,优化了检测效果;最后结合多假设跟踪模型（MHT）和卡尔曼滤波器实现了对动态目标的多帧连续跟踪。试验结果表明,该方法能以每帧100 ms的处理速度实现对目标的实时探测和跟踪,对近距目标的聚类跟踪准确度达95%,航速、航向跟踪误差分别为8.10%和4.68%,能够实现对目标的实时、准确、稳定的检测和跟踪。     

融合激光雷达构图与卫星地图的USV导航系统设计

为解决水面无人舰(Unmanned Surface Vehicle, USV)定位与导航的问题,使用舰载激光雷达扫描实时数据点云图像,结合卫星地图,共同构建含有岸基线的环境水域图像,为USV提供可行区域或路径,设计控制系统,利用深度强化学习网络(Deep Q-Learning Network, DQN)在固定水域环境对系统进行学习训练,不断调整网络参数并优化经验池中的相关数据集,训练后的USV在陌生水域具有自主航行能力和避障能力。设计的USV系统经过训练学习后在不同水域环境中进行测试并与其他控制算法进行对比,测试结果表明：在宽阔水域的误差仅为3.05 m,在水流相对比较湍急的狭长区域则为3.81 m,均好于传统的航位推算法,对于大范围远距离的区域探索,尤其是实时性要求较高的任务,完全可满足精度要求。     

基于动态窗口法的无人艇局部路径规划

本文设计了一种基于动态窗口法的无人艇局部路径规划方法。首先建立无人艇运动学模型,结合艇体机动性能给出无人艇运动方程。然后根据无人艇在短时间间隔内能达到的速度设置搜索空间,进而组成动态窗口。在动态窗口中确定速度产生的安全轨迹,设置动态窗口法轨迹评价函数选出下一时刻无人艇航行的最优轨迹,并在Matlab中进行仿真验证。结果显示,本文所设计基于动态窗口法的无人艇局部路径方法可以有效结合水面无人艇运动学参数,并充分考虑避碰规则以及障碍物因子,在其趋向目标点的同时也有效躲避障碍物,提高水面无人艇的自主避障能力。