【《AUV的发展研究国内外文献综述》3300字】

AUV的发展研究国内外文献综述AUV发展现状AUV从20世纪中叶开始，经过几十年的发展，在军事和科研的应用不同，科研人员对其外形设计自然不同，大致可以分为框架式外形和封闭式外形。在军事用途上科研人员考虑更多的是隐蔽性和续航能力，因此外形设计成低阻降噪的回转体外形，同时在考虑到长时间的军事任务，还需将外形寸尺设计的较大，以满足能源搭载。在科研探索上科研人员对于深海探索更多采用低阻的回转体外形；对于浅海养殖、生物多样性研究、海底成像等科研任务，科研人员采用更加灵活的外形设计方式，例如采用多艇体的框架式外形可以避免近海暗礁的碰触造成航行器的沉没。（1）框架式外形AUV框架式外形具有抗压能力较好、设计简单、扩展性强、装载空间充裕等特点，所以其通常见于作业型、科考型AUVADDINNE.Ref.{A00071ED-08CC-45E9-8965-C54B2D6AF98A}[6]。德国AtlasElektronik公司研制的DEEPC型AUV采用框架式外形AUV，主体是由三个纺锤形艇体组合而成，使用轻型碳纤维硬塑料所制而成，使得外形具有结构简单、质量轻的特点ADDINNE.Ref.{4D41C79C-305E-40FC-8ACD-DF6B86C6197D}[7]。西班牙GIRONA500AUV与德国DeepC型AUV相似，也采用了三个艇体的组合式结构。三个艇体由铝制框架组成，成本低、可靠性高，主要用于海底调查、观测及干预等任务ADDINNE.Ref.{8B559435-F162-4D61-9792-02B6B5557261}[8]。该AUV最大的特点是功能模块化处理，能够根据任务进行重新配置。美国伍兹霍尔海洋研究所成功研发出一种自主水下航行器—自主深海探测器（TheAutonomousBenthicExplorer，ABE），主体外形采用双体外形，特点是机动性强，可以悬停在水中或者以较小的速度航行ADDINNE.Ref.{0979C59E-104F-477E-9DB1-8F27B9618A7A}[9]。它是第一个可以潜至4572m绘制热层图、采集水样等任务然后独立返程的水下航行器。国内上海海洋大学张金泉等在基于对框架式AUV模型的基础上，设计出一种框架式AUV，并开发了3自由度控制系统的软硬件及水下监控装置，主要用于海水养殖中对于网衣的检测ADDINNE.Ref.{F5134640-97C5-469F-9555-E5D9409D8C35}[10]，具有该外形的AUV具有成本低可靠性高、使用便捷和可扩展能力强的特点。(a)DEEPC型AUV(b)GIRONA500AUV(c)ABEAUV(d)上海海洋大学框架式AUV图1-SEQ图1-\*ARABIC1几款框架式自主式水下航行器外形Figure1-1Outlineofseveralframeautonomousunderwatervehicles.（2）封闭式外形封闭式外形具有较好的结构稳定性与良好水动力性能，广泛应用于水下航行器外形设计中。其中回转体外形最为常见，由于各国对海洋进一步探测的需要以及回转体AUV良好的性能，国内外回转体外形AUV较多。在众多回转体外形中，横截面为圆形的细长形回转体应用最为普遍。美国海军水下作战中心研制的MK30-2训练靶雷，在浅海作战环境中充分发挥了其高机动性和强隐蔽性的特点，艇体外形采用近似鱼雷结构的回转体ADDINNE.Ref.{4908A727-0F7B-4465-BFA3-A345F1BEDA87}[11]，航速5~20kn，最大下潜深度305m。主要用于模拟潜艇的反射特性，保护潜艇安全。美国宾夕法尼亚州立大学研制的SeahorseAUV采用鱼雷外形，艇长8.6m，直径966mm。由于艇体尺寸非常大，运行速度低且航行时间长，主要航行深度在10m以下，所以主要用于滨海作战或者浅水布放ADDINNE.Ref.{4B34EE1A-072E-45D9-B4AD-1108E61F582F}[12]。英国南安普敦国家海洋中心研制了Autosub-6000，采用细长形艇体，全长5.5m，直径900mm，排水体积2.8m3，首部长1.5m，主要用于传感器等搭载ADDINNE.Ref.{2B9A9BDD-6CAB-4165-ACC7-B16211A8B4BB}[13]。并在圆柱体的艇体后端设计有机翼，主要用于生成向下的力，有利于其下潜运动。Autosub-6000配备有温盐深仪、荧光计等是一个多用途海洋勘测与调查平台。加拿大ISE国际水下公司研制的ExploreAUV，最大航速5kn，最大下潜深度5000m，艇体外形采用细长形回转体，可以有效减小航行阻力以提升航程ADDINNE.Ref.{7E70610B-BFC8-4B23-969D-4C5C98EB34DE}[14]。由于沿艇体轴线的模块化设计，使再增加一个电池舱模块后，其航程可以加倍，其主要用于区域警戒、水雷搜索和海洋环境数据的探测。中国船舶重工集团第710研究所研发的海神6000，长7m，直径880mm，重量不超过3.5t。艇体外形为流线型，最大程度地减小了航行阻力ADDINNE.Ref.{1760BD13-E221-4713-922D-B7A9D3038141}[15]。其主要用于勘测海底的地形地貌、开展打捞救生、大面积目标搜索、海洋科考调查等。在细长艇体外形中，除了截面为圆形还可是矩形，这种外形可以在保证航行稳定的同时便于外载设备的搭载。俄罗斯研制的MT-88长3.8m，质量1.15t，最大下潜深度6000m。外形为细长轴线型，有助于提升航行器的稳定性，其横截面为矩形，有利于传感器等任务仪器的搭载，主要用于为海洋观测和研究服务。日本东京大学研制的R2D4长4.4m，宽1.08m，高0.81m，最大航速3kn，最大下潜深度4000m，艇体外形为椭球形，宽度大于高度，在减小航行阻力的同时也增强航行稳定性ADDINNE.Ref.{627AE54E-2AEC-4246-B62D-F423C8C3E926}[18]。R2D4主要任务为深海海底调查,并于2003年7月在苏鲁加湾完成了它的首次海试，同年12月海洋学家使用该航行器部署了对黑岛山丘的调查，并获得了高质量的海底声像数据。(a)Autosub-6000(b)ExploreAUV(c)中国船舶重工集团第710研究所样机-海神6000-=1\*ROMANI(d)俄罗斯MT-88(e)日本R2D4图1-SEQ图1-\*ARABIC2几款回转体自主式水下航行器外形Figure1-2Outlineofseveralautonomousunderwatervehicleswithrevolvingbodies.在回转体外形中，球形水下航行器最为特殊。由于其独特的外形特性使得下潜过程中各个方向受到的阻力相同，不利于航行器的操纵性，但正是由于各个方向受力相同，使得水下航行器的球形设计更适合应用于深海航行器的外形设计。20世纪90年代，美国夏威夷大学已开始研究球形机器人，研制的水下机器人ODIN直径640mm，空气中质量126kg，主要用于水下探测等任务ADDINNE.Ref.{AFB4CAEC-E612-4833-BCDF-C7E21A90B674}[16]。2007年，哈尔滨工程大学研制球形喷水水下航行器ADDINNE.Ref.{95AE9369-E08C-4F54-9F2F-77A5DBF7ACFA}[17]，直径220mm，空气中质量5.6kg。(a)美国ODIN球形航行器(b)哈尔滨工程大学球形喷水航行器图1-SEQ图1-\*ARABIC3几款球形自主式水下航行器外形Figure1-3Outlineofseveralsphericalautonomousunderwatervehicles.除了采用细长的回转体线型外，科研人员根据海洋生物进行了仿生外形的设计，这种外形有助于减小阻力，但是容积利用率不高。美国麻省理工学院研制出了OdysseyI~IV系列自主水下航行器。OdysseyIV艇体外形采用海豚外形，长2.5m，直径580mm，最大航速4kn，续航12hADDINNE.Ref.{E654184C-E52E-4E3E-B2FE-4D7F9AA530A4}[19]，通过加长主体轴线，并配合推进器，可以有效改善扶正力矩对航行稳定的影响。OdysseyIV主要用于调查冷水珊瑚、渔业，勘探考古遗址和海底结构，还可以作为基于计算机的视觉声学监控平台。除了回转体外形和仿生外形外，还可根据不同的任务设计成某些特殊的封闭式外形。我国研制的“探索者”号，采用扁平外形，这种外形具有良好的减阻效果，并且在减小阻力的同时在下潜过程中艇体还可提供一部分升力。其主要用于对水下失事目标进行大范围的搜索与观察，还可以用于军事、打捞等工作ADDINNE.Ref.{F24BAC5F-868D-4EA1-BE54-DF9558E70847}[20]。美国麻省理工学院(MIT)OdysseyIV中科院沈自所“探索者”号图1-SEQ图1-\*ARABIC4几款非回转体自主式水下航行器外形Figure1-4Outlineofseveralnonrotatingautonomousunderwatervehicles.AUG发展现状早在上世纪90年代初，美国海军的支持下，DougWeb等人开始研发电驱动的水下滑翔机SLOCUM，艇体采用细长回转体，直径21.3cm，总长1.5m，重量52kg，主要用于海洋地质信息采集，并在美国佛罗里达州进行了海试ADDINNE.Ref.{8671659A-BA87-4B32-8543-868FAB08AF36}[21]。上世纪90年代末，美国的WoodsHole海洋研究所研制的Spray滑翔机，艇体采用水滴形的回转体外形，直径20cm，总长2m，重量为51kg，主要用于深海探测ADDINNE.Ref.{3445B5F9-C745-454F-AF0E-CE5CEC70452F}[22]。2002年，美国应用物理实验室研制出Deepglider滑翔机，采用低阻层流形回转体外形，工作深度为6000m，主要用于深海地质地貌的研究工作ADDINNE.Ref.{B6B04FF1-BD27-4299-B321-3264E586F904}[23]。2005年天津大学与国家海洋技术中心合作成功的研制了温差能水下滑翔机，并在千岛湖完成实验，外形采用低阻力的回转体外形，主要用于海洋环境的研究ADDINNE.Ref.{2EBBEF07-10B6-48F0-B652-1C42847EE9CA}[24]。(a)SLOCUM滑翔机(b)Spray滑翔机(c)Deepglider滑翔机(d)天津大学水下滑翔机图1-SEQ图1-\*ARABIC5几款回转体水下滑翔机外形Figure1-5Theshapeofseveralgyratoryunderwatergliders.除了回转体外形外，为了提高滑翔经济型，本世纪初美国海军设计了大展翼的水下滑翔机，对机翼和艇体进行了融合，航行速为1~3kn，机翼展长超过6m，航程最远可达1500km，主要用于海洋海洋生命科学的研究作ADDINNE.Ref.{CB4A81DD-C15B-4465-887B-31902E5865B5}[25]。图1-SEQ图1-\*ARABIC6Xray水下滑翔机Figure1-6Xrayglider.可以看出作业任务不同AUV外形设计各有千秋。其中回转体外形的高稳定性与水动力性能，已成为当前AUV外形设计的主流。同时，国内外对于自主水下航行器的研制一直向更深更远、长航时的方向发展。为提高国家海洋探测、军事等能力，很有必要继续致力于新型自主水下航行器（AUV）的研制和对当前AUV作进一步地优化。参考文献[1] 朱光文.我国海洋监测技术研究和开发的现状和未来发展[J].海洋技术学报,2002,2002(2):17-21.[2] 忻海平.海洋资源价值及开发战略研究[D].中国地质大学（北京）,2008.[3] 胡问鸣.引领海洋装备发展支撑海洋强国建设[J].学习时报,2014,03(01):21-25.[4] 冯正平.国外自治水下机器人发展现状综述[J].鱼雷技术,2005,13(001):5-9.[5] 马伟锋,胡震.AUV的研究现状与发展趋势[J].火力与指挥控制,2008,06(06):12-15.[6] 王童豪,彭星光,潘光,等.无人水下航行器的发展现状与关键技术[J].宇航总体技术,2017,000(004):52-64.[7] HornfeldW.AUVDeepC:TechnologyPlatformfortheAtlasElektronikAUVFamily[C].ASME200423rdInternationalConferenceonOffshoreMechanicsandArcticEngineering,2004,03(02):28-33.[8] RibasD,PalomerasN,RidaoP,etal.Girona500AUV:FromSurveytoIntervention[J].IEEE/ASMETransactionsonMechatronics,2012,17(1):46-53.[9] YoergerDR,BradleyAM,WaldenBB,etal.SurveyingasubsealavaflowusingtheAutonomousBenthicExplorer(ABE)[J].InternationalJournalofSystemsScience,1998,29(10):1031-1044.[11] 粤儒.高效率反潜训练利器——Mk30Mod2型反潜作战训练目标系统[J].世界航空航天博览:a版,2005,05(7):64.[12] TangiralaS,Dzie