水下燃料电池推进技术研究进展

水下燃料电池推进系统具有能量转换效率和比能量高、振动噪声低、无尾气排放等诸多优势,可大幅提高无人潜航器的航程、航深和隐蔽性等关键性能,是水下推进领域极具发展潜力的技术方向。本文介绍了水下燃料电池推进系统组成和工作原理,归纳了国内外在无人潜航器、氢氧燃料电池和高能氢氧源方面的研究进展,探讨了燃料电池推进技术未来的发展重点。在氢氧燃料电池方面,应重点解决纯氧供应和闭式循环带来的排水、腐蚀等问题。在高能氢氧源方面,能量密度较高的是铝水反应制氢、柴油重整制氢和高氯酸锂制氧,应予以重点关注。     

NEEMO 15: Evaluation of human exploration systems for near-Earth asteroids

The NASA Extreme Environment Mission Operations (NEEMO) 15 mission was focused on evaluating techniques for exploring near-Earth asteroids (NEAs). It began with a University of Delaware autonomous underwater vehicle (AUV) systematically mapping the coral reef for hundreds of meters surrounding the Aquarius habitat. This activity is akin to the type of “far-field survey” approach that may be used by a robotic precursor in advance of a human mission to a NEA. Data from the far-field survey were then examined by the NEEMO science team and follow-up exploration traverses were planned, which used Deepworker single-person submersibles. Science traverses at NEEMO 15 were planned according to a prioritized list of objectives developed by the science team. These objectives were based on review and discussion of previous related marine science research, including previous marine science saturation missions conducted at the Aquarius habitat. AUV data were used to select several areas of scientific interest. The Deepworker science traverses were then executed at these areas of interest during 4 days of the NEEMO 15 mission and provided higher resolution data such as coral species distribution and mortality. These traverses are analogous to the “near-field survey” approach that is expected to be performed by a Multi-Mission Space Exploration Vehicle (MMSEV) during a human mission to a NEA before extravehicular activities (EVAs) are conducted. In addition to the science objectives that were pursued, the NEEMO 15 traverses provided an opportunity to test newly developed software and techniques. Sample collection and instrument deployment on the NEA surface by EVA crew would follow the “near-field survey” in a human NEA mission. Sample collection was not necessary for the purposes of the NEEMO science objectives; however, the engineering and operations objectives during NEEMO 15 were to evaluate different combinations of vehicles, crew members, tools, and equipment that could be used to perform these science objectives on a NEA. Specifically, the productivity and acceptability of simulated NEA exploration activities were systematically quantified and compared when operating with different combinations of crew sizes and exploration systems including MMSEVs, EVA jet packs, and EVA translation devices. Data from NEEMO 15 will be used in conjunction with data from software simulations, parametric analysis, other analog field tests, anchoring models, and integrated testing at Johnson Space Center to inform the evolving architectures and exploration systems being developed by the Human Spaceflight Architecture Team.     

动态数据录取系统在水下武器试验中的应用研究

介绍了在水下武器试验中动态数据录取系统的工作原理 ,并对录取过程中出现的异常值进行了深入的分析 ,提出了几种异常值合理剔除和取代的方法 ,最后通过试验中的应用来证明这些方法的有效性。     

水下喷雾发动机非设计点性能分析

针对水下喷雾发动机非设计工况下运行特性,建立数学模型并开展数值模拟研究,分析了航行体速度及环境压力对发动机性能的影响等,以期全面了解发动机特性,为其设计工作奠定理论基础。计算结果表明:当发动机应用于航行速度大于发动机设计速度的航行体时,需增大通入气体质量流率,但发动机推力略有减小,推进效率增大;环境压力大于发动机设计工况时,需减小气体质量流率,同时发动机推力及推进效率均减小。通过反馈控制调节气体质量流率及压力,可使发动机动力输出满足航行体一定速度范围内航行的推力需求。      

水下爆轰燃气泡形态与激波传播过程研究*(爆震专刊)

针对脉冲爆轰发动机在水下工作过程中形成的燃气射流问题,搭建了水下爆轰燃气实验系统,研究了第一个爆轰循环在水下的燃气泡发展变化过程。建立了基于气液两相双流体模型的脉冲爆轰发动机水下喷射模型,采用时-空守恒元和求解元方法,模拟了爆轰波退化为激波在水中的传播及衰减过程。研究结果表明：燃气泡前期受外界水环境阻滞作用呈现“豌豆状”形态,充分发展阶段气液交界面逐渐失稳,在达到最大尺寸后开始收缩并在中心轴线位置出现凸出的射流；水下爆轰燃气射流发展过程中同时存在脱离燃气泡的水中前导激波和管口燃气泡内的高压区两部分,水中前导激波在传播过程中压力迅速衰减至常压量级,而管口燃气泡内则一直保持较高压力；中心轴线区域气液交界面处反射激波的回传使管口附近出现回击现象,并导致前导激波波阵面上压力峰值逐渐出现在30°方向上。     

毫米波通信定位一体化自组网资源分配技术

毫米波通信链路具有低延迟、高速率和高定向性的特点,能够实现高速率自组网通信和高精度节点定位。在通信定位一体化背景下,研究了毫米波自组网中的多用户资源分配问题。系统采用基于正交频分多址(OFDMA)的多用户通信定位一体化框架,推导了基于位置估计误差界(PEB)和方位估计误差界(OEB)的多用户定位性能准则和基于数据速率的通信准则,建立了时域和频域的资源分配优化问题模型,在保障链路通信速率的前提下,最优化用户的定位性能指标。为了求解上述混合整数非线性规划问题,引入广义Benders分解算法,将优化问题分解为主问题和子问题进行迭代求解,得到有效的资源分配结果,最后通过仿真验证了资源分配对定位与通信性能的影响以及算法的有效性。     

无线电波水下接收

无线电水下通信,已经成为一个人们关心的研究领域,分析了海面上地表波,垂直极化波和水平极化波三种电波,入射海水后水下传播的情况;电波水下的传播特性;导出了有利于水下接收的天线形式和水下天线的参数。     

基于传递矩阵和宽频脉冲声的水声材料声学参数测量方法

本文提出利用传递矩阵和宽频脉冲分离法结合的方式,对水声材料的纵波声速和衰减系数进行了测试。介绍了使用收发合置换能器的测量方法、宽频脉冲信号的产生和测量结果,完成了测量不确定度分析。     

水下超声速气体射流线性稳定性研究

水下超音速气体射流稳定性是水下推进、水下焊接技术研究的焦点领域。通过建立线化小扰动气液混合流体控制方程,开展水下超音速气体射流线性稳定性研究。控制方程的形式表明射流基本流分布(速度与浓度分布)、雷诺数、无量纲密度、无量纲粘度能够影响水下超音速气体射流稳定性。使用Chebyshev配置点法对控制方程进行求解。计算结果表明射流基本流分布以及无量纲密度是影响射流稳定性的主要因素。射流基本流分布越平缓,射流最大扰动增长率越小;无量纲密度越小,即气液密度差越小,射流最大扰动增长率越小。随雷诺数增加,射流最大扰动增长率先减小后增加,当雷诺数大于105时,射流最大扰动增长率趋于常数。对不同无量纲粘度,射流扰动增长率-特征波数曲线高度重合。同时分析了射流不同截面的稳定性特征,计算结果表明射流最大扰动增长率随距喷口距离增加而减小。这些结论有助于理解水下超音速射流物理过程,为实际应用提供理论指导。     

自主水下航行器的组合导航系统综述

由于GPS和无线电信号在水下严重衰减，因此以惯性导航为核心，加以其他辅助导航设备的组合导航系统正适用于自主水下航行器的使用环境。回顾了近年自主水下航行器组合导航的最新进展，为将自主水下航行器应用于军用和民用等领域的研究学者提供了参考。首先，总结了国内外近十年来自主水下航行器组合导航方法，如INS/APS组合导航、INS/GPS组合导航、INS/DVL组合导航、INS/地球物理组合导航和INS/SLAM组合导航；介绍了各种自主水下航行器组合导航系统的基本原理和关键技术问题的解决方案；总结对比了其优缺点和发展趋势；最后给出了未来自主水下无人航行器组合导航面临的挑战。