水面的案例
無人艇在水面靶標應用與關鍵技術研究
一、引言
無人水面艇（USV）也稱為水面機器人，作為一種智能任務平臺，具有海上自主環境感知、認知與行為能力，隨著船舶設計、自主導航、航行控制、無線通信和人工智能等專業領域的發展，在國內外逐漸進入實際應用階段，可承擔海洋資源探測、海洋環境調查、海洋運輸、海上巡邏與搜救、反水雷與反潛、火力打擊等任務。美海軍的無人水面艇總體規劃了七類作戰使命：包括反水雷、反潛、海上安全、海面作戰、特種作戰、電子戰和海上攔截作戰。目前美國、以色列、歐洲與日本等西方國家的無人水面艇技術水平較高，而國內的無人水面艇研發與應用尚處于起步階段。
水面靶標為反艦武器海上飛行試驗提供水面模擬艦船目標，給反艦武器提供水面艦船的雷達散射特性、雷達輻射特性、紅外特性及以上復合特性模擬；同時為脫靶量測量、過靶實況等觀測裝備和各種艦載主被動電子干擾裝備提供安裝平臺，完成反艦武器的過靶段的觀測任務和抗干擾性能考核。靶標進行海上試驗保障時無人值守，其靶載設備的操作均為位于陸地遙控站或母艦上的操作人員遙控操作。水面靶標使用時作為海面固定靶或者機動靶使用，在機動靶情況下為人工遙控航行。
二、無人水面艇在水面靶標潛在應用
由于海上使用環境的一致性以及工作時無人值守的共同特點，無人艇技術特點應用于水面靶標上有其先天的優勢。特別是目前的水面機動靶，實際上已具備無人水面艇的雛形，無人艇所具備的自主能力不僅適合于水面靶標應用場合和使用需求，而且可以彌補目前水面靶標存在的很多不足。如圖1所示，利用無人艇相關技術提高水面靶標的保障能力有廣闊的應用場景。
展開 水面無人艇技術發展及展望
一、引言
水面無人艇（USV）是一種按照任務需求搭載各種不同的功能模塊，自主或者半自主完成一系列任務的具有一定智能性，可高速航行于水面的小型水面船艇。無人駕駛船最早見于20世紀五六十年代出現的靶艇或掃雷艇，但僅限于在有人平臺的遙控范圍內進行水面作業。隨著衛星定位與通訊技術、自主導航技術以及智能規劃和控制技術的進步，作為海面任務平臺的無人艇使用范圍已拓展至遠海區域。水面無人艇還未大規模應用，目前主要集中在海上測繪、海上監視偵察、反水雷戰等領域。未來，隨著裝備智能化程度的提升，水面無人艇將逐步具備獨立或協同遂行反潛、反艦等作戰任務的能力，在海上作戰中發揮重要作用。
二、國內外水面無人艇發展現狀
目前，穩步推進水面無人艇研制的國家和地區主要包括美國、中國、俄羅斯、以色列、日本以及歐洲主要國家，趨向于發展反艦、反潛、反水雷和電子戰等能力于一體的多功能水面無人艇。
⒈國外發展現狀
美國海軍已經研制并裝備了多個類型的水面無人艇，并針對未來發展制定了清晰的發展路線。“遙控獵雷系統”、“海狐”和“斯巴達偵察兵”已經陸續服役，并積累了一定的無人艇使用經驗。
展開 無人水面艇感知技術發展綜述
朱健楠，虞夢苓，楊益新
(西北工業大學 航海學院，陜西 西安 710072)
摘 要：無人水面艇因其機動靈活，可替代人工進行危險領域作業等特點日益成為國內外學者的研究重點。在水面無人駕駛技術體系中，感知技術是核心，而現階段國內外對其感知技術的研究仍處于起步階段。本文梳理了無人艇的研發進程，圍繞感知技術的3個方面關鍵技術進行分析與探討：基于水面無人艇的目標檢測，主要包括面向避障的目標檢測及面向作業的目標檢測、目標跟蹤、實時定位方法。最后考慮到無人艇感知技術在系統穩定性及目標檢測能力中面臨的挑戰，對無人艇感知技術存在的不足和未來的發展趨勢做出展望。
關鍵詞：無人水面艇；感知；路徑規劃；目標檢測；目標跟蹤；導航；定位
由于無人駕駛的發展，近幾年無人車和無人機已廣泛應用于各種場景。與此同時，應用于水面的無人艇(unmanned surface vehicles，USV)有望在未來代替人類發揮重要作用。近年來，無人艇被廣泛用于執行多種軍事及非軍事任務，代替作業人員執行危險或耗時耗力的任務，在港口防護及艦船兵力保護、海上偵察監視、反潛作戰、水上搜救、后勤補給、水質監測、水文采樣、海洋環境測繪、水域生態保護等方面發揮著重要作用，提高工作效能的同時也降低了作業人員的傷亡。
作為無人艇的創始者，以色列埃爾比特系統公司推出的“銀色馬林魚”具有劃時代的戰略意義[1]。隨后，無人艇SCOUT[2]、水面高速無人艇PROTECTOR[3]、測量雙體船海豚(MESSIN)[4]、無人艇ROBOAT[5]、無人艇JingHai-I[6]以及各種無人艇海上協議相繼推出[7]。近年來，各企業也陸續推出商用水面無人艇。Fraunhofer CML等8家機構聯合開展海上智能無人駕駛航行網絡(MUNIN)計劃[8]。日本29家單位聯合組織開展“智能船舶應用平臺(SSAP1)”項目。
展開 無人水面艇收放技術發展前景
無人水面艇為無人駕駛水面船舶，由智能控制以達成自主駕駛，艇上配備先進的武器系統、智能感知系統以及通訊系統等。其完成使命后，通常需要回收到搭載平臺上，以補充能源、下載數據、維護保養和重新設置使命。其執行任務適應能力非常強，且相關的研究依然在不斷深入。
一、研究背景與意義
近些年來，海洋環境保護等問題甚囂塵上，而且各軍事大國對于經略海洋亦十分重視。我國應積極探究無人水面艇的相關技術，以推動海洋開發，并保護海洋環境，同時保衛海洋安全。提高收放過程的自動化程度，減少高海況下人為操作不便等不利因素，可為任務成功提供更好的保障，對該技術展開研究分析十分必要。
二、國內外研究現狀
無人水面艇收放技術，是指在將其放置水面和回收到母船的過程，其十分重視快速性、安全性和高效性、可靠性。經對國內外的發展現狀分析，收放形式主要涵括了吊放式及滑道式2種收放型式，西方國家在該技術研究試驗驗證等方面領先于國內。
展開 
【CAE案例】通過船只對水面高程的影響分析
為了保證航運的長期穩定運營，有必要研究船只通行對水面的影響，這便需要用到水動力模擬軟件對相關河道進行仿真計算。
2006年會msc.dyran--典型水面艦船沖擊環境仿真研究
典型水面艦船沖擊環境仿真研究
典型水面艦船沖擊環境仿真研究.pdf
系留式多旋翼無人機在水面靶標實現技術研究
系留式多旋翼無人機在水面靶標實現技術研究
王海濤 閻肖鵬
（91550部隊43分隊大連 116023）
摘 要：提出一種在水面靶標實現的系留式多旋翼無人機技術方案， 根據海上試驗保障需求， 給出系統組成、工作原理，討論了無人機飛行控制、起降、光電復合光纜及收放單元、遙控軟件等關鍵技術實現思路。相比較以陸地或艦船為起降平臺的常規無人機方式，具有對起降場地要求低、空中停留時間長和可靠性高的優點，特別是在干擾條件下的反艦武器脫靶量監測、海上通信中繼等方面有較大優勢，有利于提高海上試驗效率，具有較強的可操作性。
2006年會msc.dyran--近水面水下爆炸作用下艦艇結構損傷數值仿真方法
近水面水下爆炸作用下艦艇結構損傷數值仿真方法
近水面水下爆炸作用下艦艇結構損傷數值仿真方法.pdf
使用動網格模擬固體三角形進入水面 ￥20
固體三角形進入水面 包含msh cas dat 和動網格原始文件
dongwangge_solid_into_water.zip
水面上方橋墩結構的優化案例
【1】 技術背景
本次設計針對水面上部橋墩的結構，應用背景為橋梁工程。結構應用過程中承受車輛通行出現的移動荷載，橋面自重產生的豎向均布荷載及連接處的水平荷載共同作用，不斷變化的風荷載，以及水流對地面橋墩的沖擊力產生的彎矩扭矩等荷載作用，此時橋墩會產生微小的壓彎及扭轉變形。而通常情況下，我們根據普通規范所做的設計，并不會對結構用料進行過詳細的考慮。但為保證橋梁的安全使用，結構用料往往會溢出，從而造成一定程度的浪費。
為了更好的優化結構受力及結構傳力性能，本案例對結構進行優化設計。
【2】 模型資料
模型使用中承受來自固定方向的風荷載，對橋面向風的產生的均布荷載荷載作用，橋梁兩端會有連接壓力，同時也會的對橋整體產生一定的扭矩作用，水中橋墩部分會有來自水流的沖擊力作用，以及最重要的來自橋自重產生的壓力和其上方的車輛產生的移動荷載作用，分別作用在橋板的側面位置和正上方位置，橋墩正前方以及橋墩底部位置等。
本次分析模型針對結構的橋墩部分，其模型見下圖CAD的三視圖：
圖一
圖二
圖三
在上方的模型三視圖中，按照了1：100的比例進行縮小，采用1200*160*30（mm）的橋板，四角為中間是40*40*100的正方體加底面是半徑為28.3高30的圓柱體的橋墩，橋梁中間是用一個0.5*60*40*130的菱形四棱柱，窄向朝前。
【3】 建模及分析過程
1.
展開 【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
流體力學趣事——表面張力是什么？
表面張力的存在，還使得一些不可思議的事情得以實現，比如說，把硬幣浮在水面上。
大家去旅游的時候，在一些寺廟名勝，往往會見到一個許愿池，旁邊往往會有一些吉祥的話語，比如“沉下去是壽，飄起來是福”之類，這樣鼓勵大家往里面放硬幣。偶爾有人能把硬幣浮在水面上，大家都會覺得他運氣好。
大家都知道，硬幣要比同體積的水重，因而把一個硬幣放在水面上，如果考慮重力和浮力的話，它應該沉下去而不是浮起來。這是怎么回事呢？
我們先來做一個小實驗：漂浮的針和硬幣
需要：
一盆水（溫度低一些會更好，表面張力大）；
針、硬幣（輕薄一些的比較好）、曲別針等等；塑料叉子（或者鑷子、紙巾用來輔助）；
肥皂水（洗潔精調出來的就好）；
步驟：
將干燥的針或硬幣等水平地放在叉子上，將叉子緩慢地沉入水中，針/硬幣等就會漂浮在水面上，從旁邊慢慢地將叉子移開；
可以多放幾個進去觀察，看什么樣的物體可以伏在水面上；
最后，可以倒入一些肥皂水，觀察表面張力改變之后漂浮的小物體怎么沉下去的。
把針放在水面上稍微有點困難，并不是每一次都能成功。針比水重，可是為什么針可以浮在水面上呢？從視頻上大家應該可以看到，針兩邊的水面發生了彎折，從側面看上去，水面應該是下面這樣子的：
通過水面的彎折，表面張力提供了一個向上的力，使得針或者硬幣可以浮在水面上。這一點大家如果自己做實驗的話應該可以看的更清晰，而且大家應該能拍出比下圖更漂亮的照片。
杯子里漂浮的曲別針
這些漂浮在水面上的物體之間有著相互作用。從視頻里面我們可以看到，當硬幣之間的距離比較遠的時候，它們之間沒有什么影響，當它們互相靠近的時候，就會互相吸引在一起。
而在視頻和上面的照片里面，漂浮的物體都不會粘在盆邊或者杯子邊上。
展開 韓梅等：水下聲學浮標南中國海海洋環境噪聲實測分析
圖6(b)給出了20Hz、63Hz、100Hz、200Hz、400Hz、800Hz、1.6kHz和3.15kHz8個頻點中心處海洋環境噪聲譜級隨時間變化曲線，由圖也可以明顯看出，在13:15、17:34和18:20時間點附近由于水面航船影響而引起的譜級增大，海洋環境噪聲譜級在1.6kHz頻點處在以上3個時間點分別升高了約11dB、5dB和12dB，而水面航船對100Hz以下的低頻段海洋環境噪聲影響卻不顯著，其中在水面航船與浮標平臺距離較近的18:20時間點，由于水面航船影響環境噪聲譜級在100Hz頻點處升高了僅約5dB。
圖7給出了“G-Argo-1#”水下聲學浮標在12:30、13:15、15:55、16:50、17:34和18:206個時間點海洋環境噪聲譜級隨頻率變化曲線，表1則列出了以上6個時間點對應平臺深度上不同中心頻點1/3倍頻程譜級，由圖7和表1可以看出，浮標平臺附近水面航船對200Hz～1.6kHz頻段范圍內海洋環境噪聲譜級影響較顯著；除水面航船影響時間點外，在100Hz以上的高頻段，海洋環境噪聲譜級隨頻率變化趨勢與Knudsen曲線具有很好的一致性，約以?4～?7dB每倍頻程的規律下降，符合典型風關噪聲變化規律。
展開 超逼真的表面張力模擬！ （轉載）
1 簡介
樹葉落在水面上泛起陣陣漣漪，密度比水大的回形針卻能漂浮在水面上，這些現象的背后有一個共同原因——表面張力。現有的物理模擬技術能夠單獨模擬流體和固體，但是想要在屏幕上重現表面張力的作用時，我們需要搭建一個全新的模擬框架。
在這篇文章中，我們使用顯式三角網格表示流體表面的薄層，并在薄層中建立表面張力模型，然后采用統一的模擬框架將流體、流體表面層和固體三者耦合起來，實現表面張力驅動的流固耦合模擬。在這個框架下，我們可以模擬一些之前不能實現的表面張力效果：密度大于水的物體漂浮在水面上，水面上的物體相互吸引（甜麥圈效應），以及表面張力不足以支撐物體后的水面破碎效果。
2 表面張力
表面張力原理圖，來自wikipedia
表面張力指的是流體表面會盡可能收縮的趨勢。微觀原理上是因為流體表面的分子密度比流體內部的分子密度更為稀疏，因而表面分子之間的平均距離更大，所以分子間的相互作用表現為一種吸引力。從宏觀上來講，我們可以定義一個表面張力勢能：
其中 是流體表面的面積， 稱為表面張力系數。當流體與固體發生作用時，流體表面的分子同時會受到固體分子的作用，從而將表面張力作用在固體上。固體根據表面特性不同可以分為親水和疏水兩類，疏水材質在水面上會受到向上的表面張力作用，對于一些細小的結構來說這個力要比浮力更為明顯。比如說水黽是一種可以生活在水面上的昆蟲，它的腳非常細長，并且有很多絨毛來保持疏水特性，因而水黽可以依靠表面張力維持自身的重量，并通過腳來劃動水面來向前運動甚至跳起。
水黽 ? orestART / Flickr
3 方法介紹
算法原理圖
我們的耦合系統分為三個部分：流體，表面層，固體。
展開 一種變軸螺旋槳水空跨域無人航行器設計和控制技術
圖8 無人航行器從水下到水面的過渡形態與控制力
Fig.8 Transition form and control force of UAV from underwater to surface
3.2 無人航行器水面滑行到起飛的形態與控制
經試驗，無人航行器從水下上升到水面后，由于水面波浪和兩種環境介質跨域狀態，如果直接起飛升空，脫水過程存在不穩定現象。為此，我們設計本無人航行器具有水面滑行功能，除了更有利于從水面升空控制之外，還可將本無人機設置有水上降落和水上滑行的飛行性能。
無人航行器水面滑行形態設計如圖9所示。兩個前螺旋槳由垂直狀態轉為前傾可變角度狀態，后空氣螺旋槳垂直向上不變，機尾的水推進螺旋槳在離水前仍可運行產生一定推力。這時，機翼升出水面，當航行器以一定速度前進時，會產生一定的升力。
圖9 無人航行器水面滑行形態和控制力
Fig.9 Shape and control force of the unmanned vehicle on the water surface
這里，ρ是大氣密度，V 是航行速度，CL 是機翼升力系數，S機翼是機翼面積。
對于一部分在水中、一部分在水上的航行器，其精確的流體動力分析需要求解水氣兩相流的流體動力學方程。總的方程形式都仍然是流體連續性方程和不可壓守恒形式的雷諾平均N-S 方程。
式中：U 為速度矢量；ρ為控制體內的流體密度；g 為重力加速度；ρ為壓強；μ 為動力粘性系數；μt 為湍流動力粘性系數。式(8)與式(2)的不同之處在于隱含兩相流的參數區別。
本文采用 VOF(Volume of Fluid）動態重疊網技術[3]來計算水氣兩相流流體動力。
展開 