仿生水下探测器试验研究

水下探测器广泛运用于海洋工程装备中，是船舶、潜艇等感知水下环境的主要设备。目前常用的传感器有着探测距离短、消耗功率高、信噪比不足等缺陷，应用受到较大限制。长期以来，仿生学研究为海洋工程装备的设计提供了大量的创新灵感。研究发现，海洋生物中的海豹在水下的捕食和避险等行为依赖于其胡须的特殊结构对水下环境进行感知。本文通过对海豹胡须结构的研究，仿制了海豹胡须型水下探测器，通过水槽试验验证了其水中目标探测能力。在试验中，针对角度、来流速度和探测目标位置等不同工况进行了研究，通过探测器收集到的信号的频谱分析，掌握了海豹胡须型探测器的工作规律。     

利用偏振图像加权融合及CLAHE算法的水下成像方法

针对传统基于偏振差分原理的水下光学成像方法中目标退偏振特性差异引起的图像中局部反射光损失的问题,本文提出了基于偏振图像加权融合与限制对比度自适应直方图均衡（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization, CLAHE）算法的水下成像方法。一方面,将原始水下图像分解为偏振光强图像和非偏振光强图像,根据不同退偏振特性目标在两幅图像中的灰度值分布特点,设计相应的权重因子,对两幅图像进行加权融合。从而实现在压缩原始水下图像中散射光的同时,保留更多目标反射光,提升整体目标反射光在融合图像中所占的比例。另一方面,为了进一步提升融合图像的对比度,利用限制对比度自适应直方图均衡算法对融合图像进行处理。该算法能够在提升融合图像对比度的同时,有效避免图像噪声的放大。实验结果表明,相比于传统的偏振差分方法以及独立的直方图均衡化算法,本文提出的算法能够有效提升水下图像的清晰度和对比度。     

水下超声速射流对上浮水雷受力特性影响研究

固体火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用于上浮水雷的推进器。然而发动机在水下工作时燃气射流使流场压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能及上浮水雷的受力特性。基于VOF多相流模型和理想气体模型,建立了上浮水雷在不同工作状态(欠膨胀、完全膨胀、过膨胀)下的数值模型,研究了水下燃气喷射流对上浮水雷的受力特性影响。结果显示,欠膨胀工况时,发动机推力平缓,大小为12.2KN,上浮水雷受力未出现负值;完全膨胀时,射流发生颈缩、胀鼓现象位置距离雷体较远,导致发动机推力及水雷壳体受力振荡不剧烈;过膨胀工况时,射流发生颈缩、胀鼓现象距离喷管较近,发动机推力发生剧烈脉动,产生21.37%的振荡幅度,胀鼓现象发生时,流场压力显著降低使得上浮水雷后体受力减小,壳体阻力增大,上浮水雷最大产生27KN的负推力。     

水下运载体导航技术

本文第一部分综合了国外近几十年根据不同需求形成的多种水下导航技术,论述了面上导航信息利用水声技术向水下转化的多种形式以及利用不同地球物理参数与地理位置相关性导航的各自特点与问题,论述了在测绘海底地形、重力与其它地球物理特性及其变化时在传感器层面和任务层面融而为一所形成的独具水下特色的同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)导航技术,论述了NavLab作为一个通用工具软件在水下导航系统研发、精度分析以及作业前导航功能规划和导航信息事后处理方面的独特作用。本文第二部分以极具代表性的挪威HUGIN AUV系列产品军民两用为实例,根据任务和导航功能需求,从其“导航工具箱”(ToolBox)选择适用手段,给出典型任务对应的导航方式和传感器。文章结束部分给出了基于先进人工智能技术的未来展望。     

无人水下航行器的发展现状与关键技术

无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)包括遥控水下航行器(Remotely Operated Vehicle,ROV)和自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),是海洋科学研究、资源开发和维护海洋权益不可或缺的重要装备,日益受到世界海洋国家的高度重视,并竞相大力发展。阐述了国外UUV的发展现状与应用情况,分析了AUV的关键技术及其发展趋势。     

水下壁面剪应力传感器温控标定装置研究

新型壁面剪应力传感器的出现为河口海岸工程中水下壁面剪应力的准确测量提供了新的方式。热式壁面剪应力传感器受环境温度影响显著，相关传感器的研究与应用需要准确的标定。本文基于宽扁管道内壁面切应力与沿程压力梯度的关系，研发了一种具有温控功能的水下壁面剪应力传感器静态标定装置，可实现不同水温条件下的壁面剪应力输出。该标定装置可提供的最大水温在35℃。最后通过对MEMS柔性热膜式壁面剪应力传感器在不同水温条件下的静态标定实验，确定了不同水温条件下传感器的标定系数，结果表明标定系数B与水温呈线性相关。     

一种水下航行体运动参数测量系统的设计

针对航行体水下试验的要求，设计了一种水下航行体运动参数测量系统。从该系统的原理算法、硬件设计和软件设计等方面进行了详细的阐述。该系统以采用硅微传感器的姿态测量系统（以下简称MTi）作为惯性测量组合，导航计算机采集MTi中的加速度计、陀螺和磁力计的原始传感器数据，结合捷联惯导四元数算法更新姿态矩阵，对航行体的姿态、速度、位置进行实时解算并存储解算结果，试验结束后通过上位机对试验数据进行读取。该测量系统多次应用于航行体的水下试验，获得了航行体水下运动参数。经试验验证，该测量系统性能可靠，可以满足水下航行体的运动参数测量的需求。     

镁基水冲压发动机燃烧室长度及进水距离设计方法

针对两次进水的镁基水冲压发动机,对发动机总体的燃烧室长度和一次、二次进水距离设计方法进行了研究.根据理论分析和试验测温结果,提出金属镁以熔融液滴形式进入燃烧室,镁滴燃烧为蒸气相扩散燃烧过程.采用简化的D3/2定律计算镁滴燃烧时间,并以镁滴燃烧和雾化水滴蒸发所需时间为依据,建立了燃烧室长度和一次、二次进水距离设计方法.参...     

自治式水下机器人推进器故障检测、分离与重构

研究自治式水下机器人推进器故障检测、分离与重构问题。针对水下机器人故障诊断残差法中残差阈值不易选取的问题,提出了一种基于观测器的水下机器人推进器故障检测与分离方法,通过构建故障检测观测器对推进器故障与残差信号进行解耦,使推进器出现故障后仅引起与其相关的残差呈单调变化,从而可选择较大的阈值进行故障检测以提高诊断系统的可靠性,该方法在故障检测的同时可进行故障分离。针对系统不确定性导致的推进器故障重构精度低的问题,提出了一种RBF神经网络与等效输出注入相结合的故障重构方法,采用等效输出注入方法估计不确定性项,从神经网络输出中重构推进器故障。