2020, 3(3):78-184. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.001
摘要:潜空跨介质无人航行器作为一种能够同时完成水中、空中作业任务的航行器,已成为当前的研究热点。简要介绍了一些关于潜空跨介质航行器的研究成果,以及不同设计思路的原理样机。该类航行器无论是在科学调查或军事上均有广阔的应用前景,但其研制过程也充满各类难点与挑战,当前的技术水平尚无能完成实际作业任务的样机。为此,探讨了潜空跨介质航行器的研制可能遇到的各类难点问题。
2020, 3(3):185-191. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.002
摘要:无轴轮缘推进器作为一种新型船舶推进器,具有诸多优点,其应用前景非常广泛。阐述了无轴轮缘推进器的起源及其演变发展过程,从结构上将无轴轮缘推进器与普通推进器进行了对比,详述了无轴轮缘推进器结构组成,对其系统特点进行了总结,归纳了当下主要的生产商及其无轴轮缘推进器的研发情况, 并提出分析了无轴轮缘推进器研究的关键技术。
2020, 3(3):192-197. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.003
摘要:水下微小无人机集群具有体积小、功耗低、集群智慧等特点,可广泛应用于船舶故障排查、水下防恐安全检查、海底采矿、海底通讯中继等领域。CoCoRo,M-AUEs,SmarmDiver 等典型水下微小无人机集群成功实现了海洋生物行为模拟、海洋生态环境监控、水底搜索等功能。水下微小无人机集群在多传感器搭载及数据融合、水下通讯、定位、集群控制等技术上还需进一步完善,我国应加强在该领域的研究开发。
2020, 3(3):198-203. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.004
摘要:简要分析了无人潜航器反制措施的必要性,从探测分类、软杀伤对抗和硬杀伤对抗 3 个方面总结分析了美国无人潜航器反制措施研究现状。美国无人潜航器探测目前主要依靠反蛙人探测系统,但是反蛙人探测系统存在告警距离短、响应时间不足的问题。因此,美国海军寻求利用海洋哺乳动物和海洋生物探测和分类潜航器的方法。软杀伤对抗主要包括 UUV 捕获、欺骗、干扰及网络对抗;硬杀伤对抗主要介绍了通过超空泡子弹破坏、摧毁 UUV。
2020, 3(3):204-211. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.005
摘要:超疏水表面在水下可以束缚气膜层,把部分固液接触界面转变为气液接触界面,并在气液界面上产生速度滑移以减小流动阻力,是一种新型高效减阻方法。从超疏水表面润湿特性出发,重点总结了超疏水表面水下减阻研究现状,分析了超疏水表面气液界面稳定维持的主要技术途径。最后,给出了提升气液界面稳定性的潜在突破方法,可为超疏水表面水下减阻技术的发展提供借鉴。
2020, 3(3):212-218. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.006
摘要:着眼于我国海军战略转型时期水下作战能力不足的问题及水下无人装备体系化发展需求,分析了美国水下无人装备发展特点。按照装备体系设计方法,从作战任务、能力需求、能力差距、装备需求等方面进行分析研究,提出了一种由“近海、中远海、舰/艇载”等几类装备构成的水下无人攻防装备体系构想。
2020, 3(3):219-222. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.007
摘要:为保证正常的海洋航运生产和作业,提出多功能的水下安防智能机器人技术。突破该机器人的系统集成技术,实现自主导航高精度定位与目标的识别处理任务,为水下安防智能机器人的试验工程应用提供技术支撑和可行性方案参考。
2020, 3(3):223-229. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.009
摘要:水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider,AUG)是一种浮力驱动的自主水下航行器 (Autonomous Underwater Vehicle,AUV),通过调整滑动质量块来改变重心与浮心的相对位置,从而控制自身的运动姿态。完成了水下滑翔机的外形设计,同时,对其各系统组成部分进行了初步设计与布局。利用 MATLAB 软件基于计算得到的流体动力参数对滑翔机进行运动特性分析,得出定常运动状态下攻角、俯仰角和水平速度等参量随重心水平位移和净浮质量之间的关系。最后使用 Simulink 软件对垂直面内滑翔机的运动模型进行弹道仿真,验证了水下滑翔机总体设计方法的有效性和可行性。
2020, 3(3):230-235. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.010
摘要:超空泡射弹武器能够突破普通射弹水中运动极限,有效打击水雷等水下目标。针对水下发射超空泡射弹武器的平台适应性开展了初步研究,建立了超空泡射弹武器及 UUV 搭载平台仿真模型,计算分析了水下超空泡射弹武器在不同方位、不同角度发射时 UUV 平台姿态角的变化,得到了水下发射超空泡射弹对 UUV 平台姿态的影响规律,为水下超空泡射弹武器系统及其平台适配性研究提供了依据。
2020, 3(3):236-241. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.011
摘要:随着我国海洋开发向深远海方向发展,各类海洋装备长时间工作于深远海域,能源供给极不方便,迫切需要一种便捷的能源供给方式。针对上述需求,提出了一种可内置于海洋浮式装备的波浪能转换装置,以海洋浮式装备为载体,依靠载体在波浪作用下的垂荡运动获取波浪能,由于惯性波浪能转换装置的振子在弹簧的作用下产生振动,驱动动力输出(PTO)系统做功,将波浪能转换为电能。基于流体力学基本原理, 建立了浮体与波浪能装置的耦合运动学模型和能量转换数学模型,分析不同参数对 RAO 和 CWR 的影响。通过优化分析,本文所提出的基于惯性原理的双共振波浪能转换装置能量转换效率最高可达 45%以上,可有效地应用于海洋浮式装备,具有可观的应用前景。
2020, 3(3):242-249. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.012
摘要:在无线通信中,调制分类是非协作通信的重要组成部分,很难使用常规方法同时兼顾识别准确率和低复杂度对各种调制方案进行高效分类。深度学习方法用来处理这个问题,可以取得良好的效果。在水声通信的环境下,由于通信环境的特殊性,导致信号的调制分类比陆地通信更加困难。创新采用了深度学习网络的改造残差结构形式来区分多种水声通信中的各种常用调制方法,通过合理地选用深度残差网络的超参数,有效克服了模型过拟合问题,取得了良好识别效果。
2020, 3(3):250-257. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.013
摘要:对自主水下航行器定位与建图进行了研究。分析了 SLAM 的算法原理,采用 BlueROV2 和声呐、 DVL、IMU 搭建了实验平台,并选择合适的算法框架完成了完整的算法设计。使用声呐为主要感知单元完成自主水下航行器的 SLAM 实验,并对声呐数据的杂波、野值、虚警等进行了滤波处理。最后,在水池、湖泊试验中对所研究的 SLAM 算法的定位与建图进行了验证,取得了良好的试验结果。
2020, 3(3):258-264. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.014
摘要:针对无人潜航器(UUV)在未知水下复杂环境的路径规划问题,设计了随机树以及动态窗口的融合算法。该算法基于快速扩展随机树(RRT)以及动态窗口(DWA)两层规划设计,第一层利用随机树算法快速规划出全局路径,在此基础上第二层加载全局路径,针对 UUV 模型的欠驱动和非线性,利用动态窗口算法完成局部路径规划,保证约束条件下 UUV 路径的安全性。通过融合参数 μ 修正内外框架的融合度,有效地弥补了全局路径算法的无法躲避动态障碍物的缺点以及局部路径算法全局能力低下的问题。最后,通过对比仿真验证了融合算法相比于随机树全局算法和动态窗口局部算法的优越性。
2020, 3(3):265-270. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.015
摘要:因为蝠鲼在运动时具有低噪声,机动性能好等优点,以蝠鲼作为仿生对象,结合动态网格技术, 通过对仿生蝠鲼的外形轮廓中某一截面进行流体动力分析,研究该截面轮廓在大变形情况下,不同频率、不同波长对周围流场特性的影响。仿真计算结果表明,在波长一定时,随着频率的升高,升力系数波动幅度变大,推力增大。在频率一定时,随着波长的增加,升力系数波动幅度变大,推力也增大。
2020, 3(3):271-275. DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.03.016
摘要:为研究潜射航行体齐射非定常流场演化特性,基于动网格技术、VOF 多相流模型以及用户自定义函数(User Defined Function,UDF)等对双发航行体齐射出水过程展开数值模拟研究,建立了三维双发航行体齐射出水数值模型。研究了典型工况下航行体齐射出水过程各个阶段的云图与受力特性,进一步分析了发射速度与航行体所受阻力的关系,得到了如下结论:1)当发射间距在一定范围内,整个发射阶段中航行体之间会产生明显的流动干扰现象,对航行体的受力特性产生较大的影响;2)航行体在出筒阶段所受力矩最大, 易发生偏转,从而影响水下发射的安全性;3)不同发射速度下,双发航行体所受最大阻力均发生在出筒阶段, 且航行体所受阻力与发射速度二次方成正比。