“深海蘊藏地球上遠未認知和開發(fā)的寶藏,要得到這些寶藏,必須在深海進入、深海探測、深海開發(fā)等方面掌握關(guān)鍵技術(shù)!弊鳛橐环N智能化的新型水下作業(yè)裝備,無人無纜潛水器與載人潛水器、遙控式潛水器優(yōu)勢互補,三者可發(fā)展為互聯(lián)互通,緊急情況下可互援互救,從而共同組成強有力的海洋科學考察和作業(yè)裝備系統(tǒng),為人類深海科學考察提供強有力的支撐。
無人無纜潛水器具有作業(yè)范圍廣、機動性強、對母船依賴小等令人矚目的性能優(yōu)勢,使其在海洋研究、海洋資源勘查和海洋救助等方面獲得了越來越廣泛的應用。近幾年國內(nèi)外在無人無纜潛水器技術(shù)研究方面都取得了顯著的進展。哈爾濱工程大學水下智能機器人技術(shù)國防科技重點實驗室,從20世紀90年代就一直致力于無人無纜潛水器技術(shù)的研究,完成和正在進行該方面多項國家級重大項目,積累了豐富的研究成果。本書涵蓋了這些成果中的精華部分和同期國內(nèi)外的一些研究成果,系統(tǒng)地論述了無人無纜潛水器重要組成的功能原理、技術(shù)要求、發(fā)展趨勢等,比較全面地闡述了當前國內(nèi)外無人無纜潛水器技術(shù)的進展,使讀者能夠全面了解無人無纜潛水器技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容,可為從事潛水器技術(shù)領(lǐng)域的研究工作者提供參考和啟發(fā),共同提高我國無人無纜潛水器技術(shù)的開發(fā)與應用能力。
本書共分15章。第1章介紹了無人無纜潛水器的定義、用途以及分類,嘗試從需求角度出發(fā),概述無人無纜潛水器技術(shù)的應用背景。第2章總述了無人無纜潛水器的各組成部分及其特性,為后續(xù)無人無纜潛水器各技術(shù)的詳細論述做鋪墊。第3章從設計方法、結(jié)構(gòu)與性能計算等方面,詳細講解了如何開展無人無纜潛水器的總體設計工作,并提出了相應的計算方法與估算公式。第4章詳細介紹了無人無纜潛水器的承壓結(jié)構(gòu)和密封技術(shù),并闡述了不同設計規(guī)范下的校核方法。第5章集中論述了無人無纜潛水器的推進與操縱技術(shù),介紹了操縱推進的配置形式以及操縱性實驗的開展。第6章從不同的技術(shù)途徑出發(fā),針對水下導航系統(tǒng)的特點,系統(tǒng)介紹了無人無纜潛水器的水下導航定位技術(shù)。第7章介紹了無人無纜潛水器的水下無線通信相關(guān)技術(shù)。由于聲波是水下無線通無人無纜潛水器技術(shù)信的最佳載體,因此本章在重點講解聲學通信方法基礎(chǔ)上,簡要講解了激光通信以及超長波通信。第8章主要講解了無人無纜潛水器的安全自救技術(shù),介紹了增大潛水器浮力、減少潛水器重量以及釋放指示信標三方面的安全自救手段。第9章系統(tǒng)地論述了各類電池的原理及特性,講解了鋰離子電池的能源管理及水下能源補充方式,展望了未來無人無纜潛水器能源技術(shù)的發(fā)展趨勢。第10章從浮力調(diào)節(jié)方式的角度出發(fā),闡述了無人無纜潛水器的浮力調(diào)節(jié)技術(shù)原理,并綜述了其分類形式和相應的關(guān)鍵技術(shù)。第11章在詳盡介紹無人無纜潛水器的布放回收方法基礎(chǔ)上,重點介紹了滑道式布放與回收技術(shù)。第12章系統(tǒng)介紹了無人無纜潛水器系統(tǒng)的自主決策以及控制問題,從而有助于讀者清晰了解和掌握智能決策(規(guī)劃)系統(tǒng)的組成與實現(xiàn)。第13章從控制體系結(jié)構(gòu)、任務分配、編隊控制、協(xié)同導航等幾方面入手,重點介紹了多無人無纜潛水器協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題。第14章從聲、光、電等探測手段入手,系統(tǒng)地介紹了無人無纜潛水器的水下探測設備、方法以及具體應用。第15章在綜述水下滑翔機技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分別闡述了浮力驅(qū)動型水下滑翔機、混合推進型水下滑翔機和波浪滑翔機的技術(shù)特點及應用現(xiàn)狀。
本書第1、3、6、7、8、13章由姜大鵬撰寫,第3、4、5、9、10、11章由張鐵棟撰寫,第12章由姜大鵬與李岳明共同撰寫,第14章由盛明偉撰寫,第15章由王延輝撰寫。本書承龐永杰教授主審,為本書的構(gòu)思、撰寫以及最終書稿潤色,提供了諸多建設性意見,在此表示衷心的感謝。本書得以出版,要感謝哈爾濱工程大學水下智能機器人技術(shù)國防科技重點實驗室的全體同仁。他們近30年來在潛水器領(lǐng)域所積累的工作經(jīng)驗為本書的撰寫,提供了大量的材料。多年合作的其他院所研究團隊也為本書提供了不少資料,再此一并致謝。最后,特別感謝和懷念徐玉如院士在無人無纜潛水器技術(shù)領(lǐng)域的支持與引領(lǐng)。
為與本書各章主題一致,書中未深入闡述流體力學、水聲通信等方面理論,其理論和相應背景材料可在書末參考文獻中找到。由于作者學識水平有限,本書難免有諸多不成熟和欠妥當之處,望各位讀者不吝賜教,多提寶貴意見,使本書得以不斷完善。
龐永杰,哈爾濱工程大學教授、博導,國防科技工業(yè)“511人才工程”學術(shù)技術(shù)帶頭人和“海洋空間運載器技術(shù)”國防科技創(chuàng)新團隊負責人,多年工作在船舶與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域,在船舶操縱性、潛水器及深海資源開發(fā)系統(tǒng)設計、船舶水動力計算與實驗等方面做了深入的研究,參與了多項預先研究和基礎(chǔ)科研項目,在水下航行器的總體設計和系統(tǒng)集成方面積累了豐富的工程技術(shù)經(jīng)驗,取得了多項成果。獲國家科技進步二等獎一項、國防科工委科學技術(shù)一等獎一項、二等獎二項、部級科技進步一、二獎各一項、三等獎兩項近5年來,在國內(nèi)外發(fā)表學術(shù)論文100余篇。
張鐵棟,哈爾濱工程大學副教授、碩導,從事水下機器人技術(shù)、潛水器技術(shù)、潛水器總體設計技術(shù)、水下環(huán)境感知技術(shù)等方向的研究,承擔和參加國防基礎(chǔ)預研、863項目、國家自然科學基金和重點實驗室基金等科研項目多項。同701研究所、702研究所、719研究所、708研究所、青島深潛基地、華中科技大學、大連海事大學等多個科研院所有科研項目合作。獲國防進步二等獎1項、精品視頻課1項。累計在國內(nèi)外學術(shù)期刊上發(fā)表文章30余篇,其中SCI檢索2篇,EI檢索20余篇,授權(quán)發(fā)明專利1項,主編教材1部。
1 緒論
1.1 無人無纜潛水器的概念
1.2 無人無纜潛水器的任務使命
1.3 無人無纜潛水器的分類
2 無人無纜潛水器的組成
2.1 無人無纜潛水器系統(tǒng)組成及概述
2.2 典型無人無纜潛水器系統(tǒng)組成
3 無人無纜潛水器總體方案設計技術(shù)
3.1 總體方案設計基本方法
3.2 艇型設計技術(shù)
3.3 艇體結(jié)構(gòu)設計
3.4 性能計算
4 無人無纜潛水器承壓結(jié)構(gòu)和密封技術(shù)
4.1承壓結(jié)構(gòu)設計技術(shù)
4.2 密封設計技術(shù)
5 無人無纜潛水器推進與操縱技術(shù)
5.1 概述
5.2 無人無纜潛水器操縱性分析
5.3 無人無纜潛水器操縱推進設計
5.4 操縱性試驗
6 無人無纜潛水器水下導航定位技術(shù)
6.1 無人無纜潛水器導航定位技術(shù)概述
6.2 慣導或羅經(jīng)與水聲計程儀組合導航技術(shù)
6.3 水聲信標輔助導航技術(shù)
6.4 海底地形輔助導航技術(shù)
6.5 無人無纜潛水器同時定位與建圖技術(shù)
6.6 無人無纜潛水器導航技術(shù)展望
7 無人無纜潛水器水下通信技術(shù)
7.1 無線傳輸技術(shù)概述
7.2 技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
7.3 通信技術(shù)介紹
7.4 在無人無纜潛水器上的應用
7.5 未來發(fā)展方向
8 無纜潛水器安全自救技術(shù)
8.1 潛水器安全自救技術(shù)總體概述
8.2 潛水器安全自救技術(shù)原理分析
8.3 潛水器安全自救技術(shù)模式分類
8.4 潛水器安全自救技術(shù)可靠性分析
9 無纜潛水器能源技術(shù)
9.1 前言
9.2 無人無纜潛水器能源的分類及特性
9.3 鋰離子電池管理系統(tǒng)
9.4 二次鋰離子電池水下能源補充
9.5無人無纜潛水器能源技術(shù)發(fā)展趨勢
10 無人無纜潛水器浮力調(diào)節(jié)技術(shù)
10.1 概述
10.2 無人無纜潛水器浮力調(diào)節(jié)技術(shù)原理分析
10.3 無人無纜潛水器浮力調(diào)節(jié)技術(shù)分類
10.4 無人無纜潛水器浮力調(diào)節(jié)驅(qū)動與控制技術(shù)
10.5 無人無纜潛水器浮力調(diào)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)
11 無人無纜潛水器布放與回收技術(shù)
11.1 潛水器布放與回收技術(shù)的重要性
11.2 常見潛水器布放與回收方法綜述
11.3 滑道式布放與回收技術(shù)
11.4 潛水器布放與回收技術(shù)的發(fā)展趨勢
12 無人無纜潛水器智能規(guī)劃與控制技術(shù)
12.1 引言
12.2 智能規(guī)劃體系結(jié)構(gòu)
12.3 任務規(guī)劃
12.4 路徑規(guī)劃
12.5 局部路徑規(guī)劃
12.6 運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
12.7 運動控制方法
12.8 跟蹤控制方法
13 多無人無纜潛水器系統(tǒng)控制技術(shù)
13.1 多無人無纜潛水器協(xié)同作業(yè)概述
13.2 多無人無纜潛水器協(xié)同控制的特點
13.3 多無人無纜潛水器協(xié)調(diào)控制體系結(jié)構(gòu)設計
13.4 多無人無纜潛水器任務分配方法
13.5 多無人無纜潛水器協(xié)調(diào)編隊控制方法
13.6 多無人無纜潛水器協(xié)同導航技術(shù)
13.7 多無人無纜潛水器協(xié)同作業(yè)仿真系統(tǒng)開發(fā)
14 無人無纜潛水器水下探測作業(yè)技術(shù)
14.1 無人無纜潛水器探測作業(yè)技術(shù)研究現(xiàn)狀
14.2 水下探測作業(yè)技術(shù)
14.3 水下探測作業(yè)設備
14.4 水下目標探測與識別技術(shù)應用
15 水下滑翔機
15.1 概述
15.2 當前技術(shù)現(xiàn)狀
15.3 浮力驅(qū)動型水下滑翔機
15.4 混合推進型水下滑翔機
15.5 波浪滑翔機
15.6 未來發(fā)展趨勢
參考文獻
索引