水下滑翔器的案例
國產水下滑翔機“海燕”再創續航里程新紀錄
昨日，由天津大學研制的國產水下滑翔機“海燕”再次刷新由自己保持的連續工作時間最長和續航里程最遠等紀錄。
本次再創佳績的是“海燕-L”長航程水下滑翔機(編號CHC03)。該型號的“海燕”是在國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項支持下，由天津大學與青島海洋科學與技術試點國家實驗室聯合實驗室研制的。
據介紹，今年11月下旬，該水下滑翔機在南海北部安全回收，順利完成項目中期海上試驗考核，無故障運行141天，最大工作深度1010米，連續剖面數達734個，續航里程3619.6公里，再次刷新此前由其保持的國產水下滑翔機連續工作時間最長和續航里程最遠等紀錄。
此外，今年上半年，“海燕-L”長航程水下滑翔機(編號CHC01)連續運行119天，完成剖面862個，航行里程2272.4公里，創造了當時國產水下滑翔機連續工作時間最長、測量剖面最多、續航里程最遠等國家紀錄。
據悉，2018年“海燕-X”萬米級水下滑翔機也在馬里亞納海溝附近海域通過測試并安全回收，最大下潛深度至8213米，創造了水下滑翔機下潛深度的世界紀錄。
青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋觀測與探測聯合實驗室(天津大學部分)深海智能裝備團隊在國家部委的大力支持下，目前已經具備工作深度200米、1000米、4000米和10000米譜系化“海燕”研發、生產和技術服務能力。2018年度，“海燕”團隊面向全國12家用戶單位提供相關技術服務共50臺次，完成剖面7807個，為我國水下滑翔機海上常態化觀測能力的提升提供了重要支撐。
展開 自主水下航行器 (AUV) | 近實時仿真與控制助力實現水下機動航行
目前，他擔任瑞典海洋機器人中心 (SMaRC) 的首席研究員，該中心是瑞典在水下航行器領域投資最大的學術項目。
Sriharsha Bhat 擁有新加坡國立大學機械工程學士學位和瑞典皇家理工學院車輛工程碩士學位。目前，他是瑞典皇家理工學院的博士生。他的研究領域包括水下機器人的建模、控制和規劃，主攻方向是水下機器人在現實場景中的部署。
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文章來源MATLAB
當代無人駕駛水下航行器的推進器設計
從載具推進的物理學角度來看，無人駕駛水下航行器(UUV)與滑雪艇或者油輪幾乎沒有什么不同。它采用了航行器-推進器-驅動的系統模型，該模型通過推進器將驅動能量轉化為推力，以達到推動航行器移動的目的。推力平衡和運動的基本原理對這三種載具都是共同的，即旋轉能量被系統的中心部件推進器轉化為軸向推力。
不同類型載具的推進器設計所不同的是基于載具各自任務所特有的設計約束和目標。例如，一艘滑雪艇在拖曳速度下可能需要高推力，并愿意放棄潛在的最高速度以達到這一任務要求，它的傳動比和推進器特性就是為此而設計的。為了獲得最大的經濟回報，油輪可能需要以“經濟速度”獲得最大的效率。或者，它可能還會額外限制排放或燃料消耗，這就要求在推進器的設計上做出妥協。
考慮到相關的各種任務，水下航行器有其自己的一套推進器設計要求，如電池壽命(或電池容量下運行的最大距離)，最大直徑，最小運行速度，從水動力效率或安全角度考慮是否采用導流管式螺旋槳，同時也考慮到可以減少噪聲，確保安靜地進行數據收集任務。這些設計要求是HydroComp公司進行UUV推進器設計工作時的思考，這些思考來源于一個成功的設計項目，是在和客戶深度溝通設計需求和信息的過程中形成的。航行器-推進器-驅動模型是進行此類設計討論的一個很好的框架。
航行器
典型的UUV是一種回旋體外形(也稱為軸對稱形式)，它有一個鼻子、身體和尾巴。為了裝配設備的內部容積最大化，一些航行器的首部和尾部非常短。正如你可能預料到的，這樣的首部必然會造成阻力的增加，由于流體進入推進器不是沿著軸向而是有一定的斜度，也會損失一定的推進性能。不同的阻力成分，如興波阻力或壓阻力和摩擦阻力或粘性阻力之間的平衡是我們工作的一部分，往往希望得到最小的阻力體積比，事實上，這并不能完全實現。
展開 MBSE產品模型架構應用：基于模型驅動架構概念的自主水下航行器控制器的MBSE應用（下）
圖5.AUV控制器實時壓縮的協作圖
圖6.AUV控制器的實時壓縮類圖
這里，離散部件的壓縮由AUV控制器HA中的情況Q和過渡A組成;連續部件的壓縮包含連續狀態空間X;IGCB的壓縮實現了具體的全局連續行為，如f∈F，其中f直接來自公式（3），實現的功能模塊圖（圖4）可以在f中實現，用于估計AUV狀態;外部接口的壓縮是一個中介，它在AUV控制器和MES / MDS之間接收/發送事件/信號;內部接口的壓縮允許 Inv 工具在 HA 演化中生成內部事件。
對于不同AUV應用的控制器操作員來說，可重用性至關重要，因為它減少了制造時間和設備成本。此外，這允許開發AUV的壓縮協作在多種類型AUV的新控制應用中定制和重用，如表2所示。
表 2.設計控制器在多種類型AUV的新控制應用中的可定制性和可重復使用性（IGCB，瞬時全局連續行為）。
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MBSE產品模型架構應用：基于模型驅動架構概念的自主水下航行器控制器的MBSE應用（上）
圖1.自主水下航行器（AUV）的自主架構模塊定義圖
根據上述AUV動態和控制架構，以及第2節中描述的HDS的定義，AUV控制器可以被視為HDS，其動態行為可以通過HA建模，并通過視線（LOS）導航性實現。
文章來源：創景科技
基于Icepak的水下航行器電池艙段散熱仿真分析
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內溫度氣流分布情況進行了仿真分析。結果表明：相比于艙內空氣自然對流冷卻，使用風冷散熱可大幅降低電池組平均溫度，并改善電芯之間的溫差，有利于提高電池組的環境適應性和放電功率，進而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
隨著鋰電池的蓬勃發展，水下航行器越來越多的使用鋰電池作為動力能源。為滿足水下航行器的能量和功率需求，鋰電池組常采用單體密堆積方式成組，且水下航行器的電池艙段為密封環境，鋰電池組長時間高倍率放電所產生的熱量容易積累，導致部分單體電池溫度過高，發生內短路，進而引發熱失控[1]。因此，對水下航行器的電池艙段進行散熱設計及仿真分析，對保證水中裝備鋰電池組的安全可靠工作具備重要意義。
本文以水下航行器電池艙段為研究對象，利用Icepak有限元分析軟件對不同條件下艙內空氣自然對流散熱和風冷散熱的電池艙段溫度場進行數值模擬，得到不同風機功率、風機方向、電池單元間隙條件下電池艙段內部的溫度氣流分布，分析了電池艙段內部傳熱特性，并研究了影響電池艙段溫度場的主要因素。
1 計算模型
1.1 模型簡化
水下航行器電池艙段一般較長，電池艙段內沿軸向的熱量傳遞極少，為節約計算時間，將電池艙段的熱仿真簡化電池模塊艙段熱仿真分析。此外，電池艙段內各種螺釘、導線和鋁合金外框等對電池溫度場的影響很小，故在熱仿真分析時也將其省略。電池模塊由8個電池單元堆積組成，電池單元由8個單體電芯串聯組成，對64個電芯從左下方開始，順時針依次編號，電池模塊艙段模型及電芯標號如圖1所示。
展開 FLUENT水下推進器螺旋槳計算
正文共： 1590字 13圖 預計閱讀時間： 4分鐘
1 前言
水下推進器是潛艇、船只等裝備的重要設備，負責為裝備的運動提供所需的動力。其基本工作原理是借助軸的扭矩使葉片隨軸產生旋轉運動，流經推進器的水動量發生變化，根據牛頓第三定律，將會對推進器產生一個推力。今天，我們用一個假想的推進器螺旋槳做一個計算案例。
2 建模與網格
建立如下的三維計算模型，對于該問題的計算，類似于離心泵的計算，需要建立動、靜子域。本案例中，螺旋槳及其外圍附近的圓柱面構成旋轉域，圓柱面和外圍方形（也可以是圓柱形）構成靜態域，圓柱面為動靜域的交界面（interface）。劃分多面體網格，重點對螺旋槳附近的網格進行細化，因為此處的變量梯度最大。另外，視螺旋槳的結構復雜程度，旋轉域的網格質量通常難以達到較高水平，本案例的最小正交質量為0.1。
3 邊界條件與求解設置
采用默認的SST k-ω湍流模型，控制壁面的Y+接近1。
我們設定進口流速0.3m/s，類比風洞試驗，該速度也是表征推進器和母裝備（潛艇、船只）以0.3m/s的速度前進。本案例的進口速度方向為-Z，則推進器移動方向為+Z。
本案例采用MRF多運動參考坐標系方法模擬動域，該方法為穩態計算，求解時間相對較短。
展開 ICEM-潛艇/水下發射器結構化網格
該潛艇結構化網格，主要的網格劃分類型為Oblock方法創建，難點在于翅片的劃分，盡可能確保網格的對稱性，否則計算的結果在云圖中顯示可能出現不對稱的情況
人民海軍潛艇盤點—水下蛟龍和國之重器
他們在90年代中后期入役，外形特征很明顯：艇艏像魚頭扎入水下，艇背有一條梯形隆起，艇艉沒有上方的垂直方向舵。
我國自主研發的新潛艇，也迅速入役，而且顏值迅速提高。
039型的艇體比035型更加流暢，但指揮臺有兩種外形。
一種是上部還有階梯狀變化，另一種則是簡潔的長方形。
在039之后，人民海軍還在繼續裝備更新型的常規動力潛艇。
看罷常規動力潛艇，咱們再看看“國之重器”，核潛艇。
091型攻擊型核潛艇的首艇就是“長征一號”，1974年8月1日服役，目前已經退役，在青島的海軍博物館展出。
091型之后，人民海軍又陸續裝備了幾型攻擊型核潛艇，多次參加演習和海上閱兵。
擔負戰略威懾重任的彈道導彈核潛艇很容易識別，因為他們都在指揮臺圍殼后有一段隆起的“龜背”。
本文來自：兵器知識雜志
展開 【技術】水下潛航器尾部形狀對推進的影響
水下潛航器underwatervehicle (UV) 設計，必需要將艇體-推進-驅動整體考慮，也就是我們常說的要達到船機槳匹配。
在系統設計期間，經常會忽略螺旋槳與艇體之間的關系，尤其是水流如何到達螺旋槳周圍，以及艇體與螺旋槳之間的局部壓力如何影響推力。希望通過本文使UV設計者對這種關鍵的水動力相互作用有一些了解。
螺旋槳壓力
螺旋槳葉片兩側有兩個主要壓力區，它們共存并產生推動艇體運動的推力。在螺旋槳的后部是一個“正壓”區域（在圖中以P +表示）。將手伸出車窗外。稍微旋轉手以使拇指抬起。當您的汽車行駛時，空氣會被您的手抓住，從而形成“正壓力”。這等效于螺旋槳的最后側（“面”），并向前推動葉片。
同時，由于環繞您的拇指和手背的氣流彎曲，您的手上也產生了吸力。（您可能不會感覺到這種感覺，因為我們的手不是很大的機翼，但它在那里。）此吸力是一個“負壓”區域，可將刀片向前（向前）拉動。可能令人驚訝的是，對于大多數用于UV的螺旋槳，吸力“負壓”是推動螺旋槳推力的主要因素。
艇體尾部形狀
這與我的上游艇體形狀有什么關系？負的螺旋槳吸力會在相當遠的距離產生影響。該抽吸區不僅會向螺旋槳中吸水，而且還會向后拉動船體或位于其前面的艇體。這種減小拉回可以有效地視為增加的阻力，但更常見的是將其作為“推力減額”來處理。而且，具有靠近螺旋槳的向后形狀的艇體特別容易受到推力減小的影響。
此處顯示的圖形說明了在現代“旋轉體”或“魚雷式” UV上經常看到的三種不同的尾巴形狀。
展開 全球五大未來水下探測器
他們下一步計劃是將內置電池與機器魚一體化，真正實現機器魚的水下自動化作業。
三、水下傳感器網絡
美國貝肯研究所和IBM公司正在聯合研制一種名為“河流與河口觀測網絡”(REON)的傳感器網絡。他們將把這種傳感器網絡部署于315英里(約合507公里)長的美國哈德遜河之上，對哈德遜河進行實時監控。目前，哈德遜河上已經有兩個太陽能動力傳感器陣列和數個移動的傳感器。據項目工程師詹姆斯-邦納爾介紹，最終整個REON網絡將擁有數百個傳感器，每一個傳感器都擁有獨立的計算機芯片。它們將負責實時收集與分析河流的生物、水質、化學物質等信息。此外，傳感器網絡還裝備有光學成像系統，以實現對整條河流的可視化監測。科學家們將利用顯微鏡和基因排序技術實施水下微生物檢測和實驗。REON網絡的實時數據流將通過無線通訊方式傳送給陸上科學家，科學家將根據這些數據分析人類對河流生態系統的影響。
四、自治水下探測器
2009年11月，美國加州斯克里普斯海洋研究所的科學家開始研制一種遠程控制水下機器人網絡。根據研究計劃，第一階段該網絡將包括26個球狀水下探測器，其中6個有足球大小，另外20個體積要相對小一些。科學家準備將這組水下探測器部署于被毒質污染或被有害藻類蔓延的水域中，代替潛水員搜集水質數據。此外，科學家們還準備利用這種水下探測器來監測和分析海洋洋流的動態、溫度、鹽份等信息。
五、熒光蝌蚪
美國懷俄明大學物理學家保羅-約翰遜正領導一支科研團隊在研制一種污染檢測蝌蚪。他們利用轉基因技術在一種非洲有爪青蛙的蝌蚪體內注入了一種熒光蛋白。當這些轉基因蝌蚪遇到化學物質時，它們的身體會發亮。根據熒光蝌蚪遇到的化學物質的多少，它們身體的亮度也有所不同。將來，這種蝌蚪可以用來檢測水中的有毒物質。
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水下無人潛航器集群發展現狀及關鍵技術綜述
張偉， 王乃新， 魏世琳， 杜雪， 嚴浙平
(哈爾濱工程大學 自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001)
摘 要：隨著水下無人潛航器技術的發展和日漸成熟，單一水下無人潛航器已不能滿足需求的發展，這就使多水下無人潛航器以集群的形式互相協作執行任務成為了水下無人潛航器發展的必然趨勢。本文從軍事領域和民用領域兩方面介紹了國外主要水下無人潛航器集群項目，包括項目設立目標和發展情況；分析了水下無人潛航器集群的一些關鍵技術的國內外研究現狀和發展趨勢，主要包括集群智能控制、通信網絡設計、任務規劃、路徑規劃、編隊控制和導航定位等方面；最后對水下無人潛航器集群系統發展做出展望。
關鍵詞：水下無人潛航器集群；集群智能；路徑規劃；任務規劃；編隊控制；通信網絡；關鍵技術；導航定位
水下無人潛航器(unmanned underwater vehicle，UUV)從20世紀60年代[1]誕生以來，經歷了很大的發展。從最初的遙控潛器 (remolely operated underwater vehicle,ROV) 發展到無人無纜并有一定自主性的AUV (autonomous underwater vehicle)。AUV不依賴母船提供動力、機動性強、活動范圍大、作業效率高等特點[1]使其逐步成為各國研究者的主要研究對象，其各項技術得到了很好的發展，并在海洋資源勘探、偵查監視、反潛等民用和軍事領域得到了很好的應用。
隨著UUV技術日漸成熟，它所面臨的任務的難度和復雜度也有很大提升，單一UUV已不能滿足需求的發展。這就使多UUV以集群的形式互相協作執行任務成為了UUV發展的必然方向，同時也對UUV任務規劃、路徑規劃等關鍵技術提出了新的要求，并促進了集群智能、編隊控制等適應集群發展方向的技術的應用。
展開 基于模型的系統工程（MBSE）在水下航行器設計及陸地試驗過程中的典型應用
綜上所述，MBSE在水下航行器設計過程中具有重要的作用。它可以提供全面的設計優化和評估手段，促進不同學科領域的合作，提高水下航行器的性能、可靠性和安全性。
Raise3D助力北極全球變暖研究中的自主水下航行器開發
從陽光普照的圣迭戈水域到寒冷深邃的北極，Yonder Deep的自主水下航行器證明了3D打印的變革潛力，使他們能夠輕松地克服挑戰，突破界限，并在未知的水域中航行。
▲利用3D打印的力量，革新相關領域
技術交流▏基于無人自主航行器的智能水下多參數移動監測平臺
針對上述問題，本文提出采用移動性靈活的水下無人自主航行器完成水域監測任務。因此，本文提出面向水域生態環境監測的基于無人自主航行器的智能水下多參數移動監測平臺。
該平臺基于輕型免維護AUV載體，通過搭載水下多參數傳感器及水下側掃聲吶，獲取水質參數及水底的地形地貌信息；基于穩健水聲通信技術實現水下多參數傳感器的實時回傳，實現水質信息的原位監測；通過提出的智能水下平臺控制算法，本平臺可實現航跡自主規劃，提高了監測任務的靈活性。
二、系統設計
⒈系統總體設計
本系統采用輕型免維護AUV平臺搭載聲通信機、水質傳感器與側掃聲吶的水下探測系統，可實現水下采集傳感器數據的實時回傳，總體系統分為水下航行器、操控終端和保障系統三部分。AUV航行器平臺搭載聲通信機與側掃聲吶的實施方案如圖1所示，搭載后的平臺除原平臺的頭段、控制段、接口段和尾端外，在頭段與控制段之間針對聲通信機和側掃聲吶的搭載需求分別設計聲通信機搭載段。側掃聲吶安裝于側掃聲吶搭載段的雙側“肋部”位置，段內安裝相應聲學設備的電子處理板。該平臺采用模塊化設計，擴展性強，可搭載多種聲吶設備，完成水文參量數據采集、水底地形地貌勘察以及相關的作業任務。
AUV總體結構采用封閉耐壓結構形式，分段形式構成，各艙段按功能模塊化要求進行設計，各段功能相對獨立，各艙段采用了統一的連接結構和密封形式進行設計，可增添附加的功能段。AUV平臺直徑180mm，總長1975mm，排水量約50kg。
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