【《水下潜行器的发展研究文献综述》4100字】

水下潜行器的发展研究文献综述1.1研究背景发展初期的水下潜行器只适用于普通作业范畴，可以取代人们的一些水下危险动作。一直到上个世纪90年代开始，经过了长期的发展，无人潜航器的一些重要技术发展趋于稳定，形成一系列知识体系，并且能被广泛的应用于军事领域，并取得不可忽视的作用。美海军水文和海洋部门利用装配有大量传感器的水下无人航行器绘制海底地貌地形，有效的解决了信息搜集，帮助战队处于有利状态。如今，随着技术的不断进步，水下无人潜行器还被用于救援、监察等重要工作。作为科技强国的美国也已经研制出一种新款的深海UUV，其突出特点是能获取对方潜艇位置，这样未来也能实现对锁定目标进行追击，完成打击。这款新型UUV不仅可通过远端操作来控制完成一系列艰巨的任务，实现无人动作，来保护重要的海洋航线道。也可作为主要保护对象的牺牲品，使用调虎离山计，将敌人视线引导至错误方向，在保护重要对象的同时，还能实现帮助舰艇打击。最主要的是可作为侦察兵进行活动，也可干扰敌方侦察活动，或者作为潜艇的远端信号接收器，更高效的使水下潜艇接收到准确的信息。由于水下地貌复杂，且还可能埋伏水雷，此UUV可作为“侦查兵”去清扫敌军放置的水雷，或回传水雷精确位置，使我方提前避让。相关人士表示此水下装置可以使人们不再因恐惧海洋中的种种危险而错失许多有用信息，利用UUV进行排查搜索水下的各种信息，是以后战争中不可或缺的重要工具【15】。在人类飞速探索陆地多年后，科学家的热情渐渐转向海洋，海洋成为了水资源、能源、物种资源和材料资源等开发获取的广阔平台【4】，人类不仅渴望探索更广阔的海洋且非常看重国家海洋权益，因此水下潜行器发挥着不可替换的作用。海洋能带给我们丰富的资源，无论是生物方面，还是矿产方面。海洋中有数不清的神秘生物，等待人类的探查，为人类了解更多生物信息提供广阔的平台；蕴含有丰富的矿产资源，深海的多金属结核的矿藏丰厚，用途也是非常广泛，由于其坚硬的结构特点，常大量用于制造坦克、钢轨、粉碎机等。不仅如此，因碳排放量日趋增加，无污染燃烧的新能源能可燃冰，在海洋中的储存也是非常充盈。更别说还有石油和天然气了，是一个利用率极高的地方。正因为陆地资源被不断的开发利用，可用的资源越来越少，海洋资源对人类进步和社会发展的积极影响才越趋显著。随着近海开采石油、天然气等海洋资源的程度加深，开采开发已逐渐加深，进入新的阶段。当下研究成型的水下潜行器因其能避免工作人员水下作业、执行任务不受条件影响、达到海下深度大等因素而成为开采海洋宝藏的重要执行措施【2】。相信在不久的将来，无人潜行器将以更优越的性能活动于海洋中。1.2国内外研究成果近几十年来，国内水下潜行器的研究已取得较好进展，主要围绕以下几个中心来进行。首先是中科院沈阳自动化所研究的成果，中船重工集团702所、中科院声学所、哈尔滨工程大学等单位互助完成。其作用在于水下目标观测、捞救目标以及水下对象保护等。图1-1为中科院沈阳自动化所开发的CR01和CR02这两个无缆水下潜行器，是与俄罗斯方面合作完成。并进行了海洋实况操作，虽最终并未实际使用，但给AUV的研究做出了贡献。图1-1CR01和CR02AUV图1-2（a）是中科院沈阳自动化所独立完成的“潜龙一号”无缆水下潜行器，“潜龙一号”是一个长四点八米、宽零点八米的圆柱体。它可以在水下六千米处巡航，且连续工作整整一天，有很多次实际操作情况；后来在“潜龙一号”的基础上，针对特殊方面的需求，如矿产开发区，而研发出“潜龙二号”无缆水下潜行器，如图1-2（b）所示，它在运动性、避障性、迅速绘制三维地形地貌图能力、浮力材料自制等几个方向上都有明显成果；再后来中科院沈阳自动化所进一步突破出了更多技术“秘密”，使功能更加完善的“潜龙三号”国产无缆水下潜行器诞生，如图1-2（c）所示，和“潜龙一号”和“潜龙二号”有所不同的是，“潜龙三号”有更优越的稳定、可靠等性能，在许多方面都有新的进展，突破了以往的续航力，航行时长，最大行驶速度，并具有各种水下工作状态。图1-2（a）“潜龙一号”AUV图1-2（b）“潜龙二号”AUV图1-2（c）“潜龙三号”AUV其次以上海交通大学为主干力量，在浙江大学等其他四个方面的共同努力下，一同完成研制出多种无人遥控潜行器。如图1-3所示，为下潜深度在3500米的多功能工作型“海龙号”有缆水下潜行器；如图1-4所示，为下潜深度在4500米的多功能工作型“海马号”有缆水下潜行器。图中向我们展示的是我国目前研究中所达水深和整体规模最厉害以及国产技术占比最高的遥控潜行器“海马号”4500米有缆水下潜行器。在各个方面都优于以往的潜行器，现已成功闯过4500米深度测试，投入到实际应用中去。图1-3“海龙号”ROV图1-4“海马号”ROV再次以中国船舶重工集团公司第七〇二研究所中国船舶科学研究中心为主干，带领其他六个高校。研究所等方面，互相配合帮助，于2012年研制成功了潜深为7000米的载人潜水器“蛟龙”号，值得国人为之骄傲的是，此载人潜水器是世界上最深下潜记录的“保持者”，且完成了七千米深度海洋实验和多次深海作业，目前在国家深海基地管理中心进行社会化运作，实现了重大的深海成就，如图1-5所示，是深海中的“蛟龙”号载人潜水器。中国船舶科学研究中心又于2017年6月再次成功开发出更优于之前潜行器的4500米深度的“深海勇士号”载人潜水器，且该潜水器已完成海试，并交付中科院三亚深海科学研究中心使用，如图1-6所示，是深海中的“深海勇士”号4500米载人潜水器。最后是以哈尔滨工程大学为主导研究，其他三方面联合，研发出三款军事领域适用的智能无人潜水器和用于一些专门用途功能的无人潜水器。目前国内很多学校及研究所也一直致力于海洋潜行器这方面的研究探索，老师同学研究热情高涨，研究效果也非常显著。各方热情高涨，为技术不断革新提供思路，值得我们认真学习他们的精神。图1-5“蛟龙”号图1-6“深海勇士”号美国OUTLAND公司的OUTLAND1000，如图1-7（a）所示，有各式各样的传感器，能精确的捕捉各种信息。含有四个推进器其中两个动力器主管进退、一个动力器控制横移另外还有一个动力器实现潜浮功能，并且包含一套算机视觉体系。加拿大的SECMOR300无人潜行器，如图1-7（b）所示，能实现深度测量、高度测量、声纳测量以及可视系统等。四个推进器对称分布在潜行器两侧，且与垂直面成大约四十五度斜角，开架式的结构，潜水深度和美国的OUTLAND1000相当。英国的FALCON和FALCONDR系列潜行器，如图1-7（c）所示，潜水深度可达300米至1000米，拿FALCON来说，水深三百米的耐压程度，可载重达八千克左右，脐带缆最长可由四百五十米升级至一千一百米，包含五个磁耦合无刷直流推进器，具有速率传输返回值功能。包含三个系统，分别为分布式智能控制系统、功能较齐全的传感器系统和多功能机械手等作业系统。法国ECAHYTEC公司H300MKIIROV为浅水型ROV，如图1-7（d）所示，它下潜工作深度为三百米，承载负荷能力为八千克，由于结构原因能配带多种传感器，且配有液压机械手和磁耦合无刷直流推进器。图1-7（a）OUTLAND1000图1-7（b）SECMOR300图1-7（c）FALCON图1-7（d）H300目前，美国研究的AUV是领先世界水平，当然离不开其包含世界数量最多的AUV研究基地。仅美国海军研制无人潜水器的单位就有高达7所。此外，还有一些高等学府，也致力于发展此项目。此外，许多欧洲国家在AUV研究和实践使用方面也有相当高的成就。再次就不一一举例子了，但其研究都非常优越，取得了令人称赞的技术进展，达到了理想的效果。回看亚洲发展，日本的无人潜行器也在世界上占据重要位置，由于日本多发地震和资源匮乏，所以潜行器的主要作用是地震预测和海洋资源开发，日本的各个方面都在积极的参与研发。韩国的公司也不甘示弱，同样积极的研发新型潜行器。最终同俄罗斯海洋研究所配合研制出一款OKPL-6000自治无人潜行器，也十分值得学习，目前OKPL-6000AUV已完成了它的深海性能测试，投入到实际使用中，在工作中得到大量图像、视频和海底地图【3】。1.3水下潜行器发展趋势本文主要设计的是有缆水下潜行器（ROV），ROV具有安全、经济、高效和作业深度大等特点,这也是其能发展如此迅速的关键所在。投入大量精力去发展ROV，不断提升其功能和应用范围，减少成本，是市场的必然选择。目前阶段ROV的发展趋于以下五个方面：第一，研究发展更多可行性。紧跟计算机技术兴旺发达的步伐，各种传感器技术层出不穷，新一代的ROV将研究出上位端更富人性化的操作界面、更全方位的服务范围、更巧妙精准的活动特色，更具智能化。第二，各个性能逐渐稳定。经过无数人的多年研发，各项技术趋于稳定、成熟和智能。现正在不断地向更高的技术要求挑战，致力于改进上位端接收信息的准确程度，不断刷新数据处理广度，增高实操效果和设备整体性能，完善人们观察数据的页面，打造一个性能更加方便灵活、实用可靠的系统。第三，向低成本、小型化和自动化方向步进。由于水下活动越来越广泛，ROV的应用领域越来越广，ROV将会向小体量、高兼容及模块集成化方向发展，冲破目前的障碍。随着国际上技术的相互汲取，应用场合的普遍性和技术的广泛传播使制造成本大幅度降低。由于不断有新的高效技术研发出来，得到突破性进展，尤其是高效的电池技术，潜行器正向期望的方向发展。第四，探索到更深更广的海洋区域。可知地球上97的海洋深度在1000m以上，深海面积也尤为广阔，随着近海开采的程度不断加深，海洋资源在近海得不到满足，现状驱使着ROV向更深更远处发展。所以世界各国都在加紧研究，为尽早能向深海探索打下基础。第五，性能专一性越来越明显。无论如何研究，一种ROV都不可能满足所有的工作条件，它们都将着重针对某种要求，给予特殊对待，执行特定任务，所以潜行器的种类将会愈来愈精细分化，愈来愈细致，专业化程度将会愈来愈彰着【2】。参考文献无人潜航器[J].太平洋学报,2017,25(12):86.[2]彭学伦.水下机器人的研究现状与发展趋势[J].机器人技术与应用,2004(04):43-47.[3]朱大奇,胡震.深海潜水器研究现状与展望[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2018,41(03):205-216.[4]朱大奇.ROV故障诊断主元分析装置[P].CN106155034A,2016-11-23.[6]姜凯,巩一博,高凡.水下微型潜器的驱动系统设计[J].现代制造技术与装备,2019(06):1-2.[7]姜凯,刁家宇,高凡.水下微型潜器的压水舱结构设计[J].机电产品开发与创新,2019,32(02):62-64.[9]郭强强.一种开架式水下作业机器人的设计与实现[D].南京信息工程大学,2019.[10]潘增建.沥青路面松铺厚度测量仪[D].长安大学,2013.[11]庞硕,纠海峰.智能水下机器人研究进展[J].科技导报,2015,33(23):66-71.[12]陈强,张林根.美国军用UUV现状及发