自主水下航行器
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
自主水下航行器的實(shí)例教程
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(zhàn)，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(guān)領(lǐng)域
圖1.自主水下航行器（AUV）的自主架構(gòu)模塊定義圖
根據(jù)上述AUV動態(tài)和控制架構(gòu)，以及第2節(jié)中描述的HDS的定義，AUV控制器可以被視為HDS，其動態(tài)行為可以通過HA建模，并通過視線（LOS）導(dǎo)航性實(shí)現(xiàn)。
文章來源：創(chuàng)景科技
同空中航行器一樣，自主水下航行器(AUV) 更適用于對大型載人航行器來說太危險(xiǎn)或根本無法嘗試的許多應(yīng)用領(lǐng)域。
例如，北極探索、水下建橋與管道檢查，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化，這些應(yīng)用通常需要 AUV 行駛一段距離才能到達(dá)目標(biāo)位置。航行器一旦到達(dá)目標(biāo)位置，可能就需要執(zhí)行敏捷操縱（即水下機(jī)動航行），以采集圖像、視頻和其他重要數(shù)據(jù)。
受諸多因素的影響，開發(fā)這些 AUV 的控制算法錯綜復(fù)雜。其中，最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是無線電信號在水中會發(fā)生衰減，這使得 AUV 在深海遠(yuǎn)程作業(yè)時(shí)無法可靠地接收 GPS 或通迅信號。由于缺乏這種通信，AUV的自主作業(yè)能力就顯得愈加重要。
瑞典皇家理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)研究了控制策略，通過最大限度地降低能耗，使AUV 完成時(shí)間更長、更復(fù)雜的任務(wù)成為了可能。
借助 MATLAB? 和 Simulink?，使用基于模型的設(shè)計(jì)，對開發(fā)的控制算法進(jìn)行了仿真、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。這種方法可以先通過仿真快速開發(fā)和評估算法，然后在機(jī)動航行的 AUV SAM（圖 1）上，對這些算法進(jìn)行現(xiàn)場測試，從而加快研究步伐。
圖 1. SAM AUV（上圖）和三維表示（下圖）。SAM是由瑞典皇家理工學(xué)院的海洋機(jī)器人中心設(shè)計(jì)的。
AUV 設(shè)計(jì)中的工程權(quán)衡
采用就地懸停設(shè)計(jì)的 AUV，通常搭載多個推進(jìn)器，這使得 AUV 體積龐大，因而無法輕松完成遠(yuǎn)距離航行。另一方面，雖然細(xì)長型 AUV 的航程更遠(yuǎn)，但受限于形狀，再加之缺乏多個推進(jìn)器，這些 AUV 在到達(dá)目標(biāo)位置后，更難懸停或使攝像頭和其他傳感器朝向感興趣的目標(biāo)。
展開 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(jiān)測任務(wù)。因此，本文提出面向水域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的基于無人自主航行器的智能水下多參數(shù)移動監(jiān)測平臺。
該平臺基于輕型免維護(hù)AUV載體，通過搭載水下多參數(shù)傳感器及水下側(cè)掃聲吶，獲取水質(zhì)參數(shù)及水底的地形地貌信息；基于穩(wěn)健水聲通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下多參數(shù)傳感器的實(shí)時(shí)回傳，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息的原位監(jiān)測；通過提出的智能水下平臺控制算法，本平臺可實(shí)現(xiàn)航跡自主規(guī)劃，提高了監(jiān)測任務(wù)的靈活性。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
⒈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用輕型免維護(hù)AUV平臺搭載聲通信機(jī)、水質(zhì)傳感器與側(cè)掃聲吶的水下探測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水下采集傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳，總體系統(tǒng)分為水下航行器、操控終端和保障系統(tǒng)三部分。AUV航行器平臺搭載聲通信機(jī)與側(cè)掃聲吶的實(shí)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(jī)和側(cè)掃聲吶的搭載需求分別設(shè)計(jì)聲通信機(jī)搭載段。側(cè)掃聲吶安裝于側(cè)掃聲吶搭載段的雙側(cè)“肋部”位置，段內(nèi)安裝相應(yīng)聲學(xué)設(shè)備的電子處理板。該平臺采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)，可搭載多種聲吶設(shè)備，完成水文參量數(shù)據(jù)采集、水底地形地貌勘察以及相關(guān)的作業(yè)任務(wù)。
AUV總體結(jié)構(gòu)采用封閉耐壓結(jié)構(gòu)形式，分段形式構(gòu)成，各艙段按功能模塊化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，各段功能相對獨(dú)立，各艙段采用了統(tǒng)一的連接結(jié)構(gòu)和密封形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可增添附加的功能段。AUV平臺直徑180mm，總長1975mm，排水量約50kg。
展開 圖5.AUV控制器實(shí)時(shí)壓縮的協(xié)作圖
圖6.AUV控制器的實(shí)時(shí)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(xù)部件的壓縮包含連續(xù)狀態(tài)空間X;IGCB的壓縮實(shí)現(xiàn)了具體的全局連續(xù)行為，如f∈F，其中f直接來自公式（3），實(shí)現(xiàn)的功能模塊圖（圖4）可以在f中實(shí)現(xiàn)，用于估計(jì)AUV狀態(tài);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(fā)送事件/信號;內(nèi)部接口的壓縮允許 Inv 工具在 HA 演化中生成內(nèi)部事件。
對于不同AUV應(yīng)用的控制器操作員來說，可重用性至關(guān)重要，因?yàn)樗鼫p少了制造時(shí)間和設(shè)備成本。此外，這允許開發(fā)AUV的壓縮協(xié)作在多種類型AUV的新控制應(yīng)用中定制和重用，如表2所示。
表 2.設(shè)計(jì)控制器在多種類型AUV的新控制應(yīng)用中的可定制性和可重復(fù)使用性（IGCB，瞬時(shí)全局連續(xù)行為）。
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自主水下航行器的最新內(nèi)容
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發(fā)熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內(nèi)溫度氣流分布情況進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明：相比于艙內(nèi)空氣自然對流冷卻，使用風(fēng)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(huán)境適應(yīng)性和放電功率，進(jìn)而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
關(guān)鍵詞：改進(jìn)體積力法；導(dǎo)管螺旋槳；流量修正；分布修正；計(jì)算流體動力學(xué)
0 引言
無論是遙控?zé)o人潛水器（remotelyoperatedvehicle，ROV）還是自主水下航行器（autonomousunderwatervehicle，AUV），都需要有良好的操縱性能，以便能按照預(yù)先的程序或是實(shí)時(shí)指令實(shí)現(xiàn)位姿變換，完成工作任務(wù)。
這個寬敞的打印空間使得Yonder Deep團(tuán)隊(duì)能夠完整地將他們幻想的自主水下航行器設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這樣他們可以一次性打印出一個完整的大型部件，而不需要將多個零件連接在一起，從而保證了穩(wěn)定性。
同空中航行器一樣，自主水下航行器(AUV) 更適用于對大型載人航行器來說太危險(xiǎn)或根本無法嘗試的許多應(yīng)用領(lǐng)域。
例如，北極探索、水下建橋與管道檢查，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖自動化，這些應(yīng)用通常需要 AUV 行駛一段距離才能到達(dá)目標(biāo)位置。航行器一旦到達(dá)目標(biāo)位置，可能就需要執(zhí)行敏捷操縱（即水下機(jī)動航行），以采集圖像、視頻和其他重要數(shù)據(jù)。
自主水下航行器發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國艦船研究, 2022, 17(5): 27–44 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02939
[4] 萬磊, 張棟梁, 孫延超, 等. 水下滑翔機(jī)垂直面運(yùn)動的模糊滑模控制方法[J].
圖1.自主水下航行器（AUV）的自主架構(gòu)模塊定義圖
根據(jù)上述AUV動態(tài)和控制架構(gòu)，以及第2節(jié)中描述的HDS的定義，AUV控制器可以被視為HDS，其動態(tài)行為可以通過HA建模，并通過視線（LOS）導(dǎo)航性實(shí)現(xiàn)。
文章來源：創(chuàng)景科技
水下航行器是一個復(fù)雜的多學(xué)科交叉耦合系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的知識和技術(shù)難點(diǎn)，如水下環(huán)境、水動力學(xué)、導(dǎo)航和定位、通信和數(shù)據(jù)傳輸、能源管理、自主性和智能化，以及可靠性和安全性等
引言
為了使自主水下航行器(autonomous undersea vehicle, AUV)保持一定的速度向前航行, AUV推進(jìn)系統(tǒng)必須產(chǎn)生一個與航行阻力大小相等、方向相反的推力。AUV通常采用螺旋槳推進(jìn)的方式, 由推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力[1]。
該系統(tǒng)直觀且易于操作，能夠?yàn)闈撏А?em>自主水下航行器（AUV）和其他水下平臺提供獲得即時(shí)空中能力的最有效方式，還能為各種特種部隊(duì)、偵察和聯(lián)合部隊(duì)等任務(wù)提供支持。該系統(tǒng)能夠瞬時(shí)啟動，保證船舶團(tuán)隊(duì)能夠在遠(yuǎn)距離接收海岸線以外的實(shí)時(shí)成像，同時(shí)確保自身既不被探測到，又與陸地保持一定距離。
Ninox 103無人機(jī)堅(jiān)固耐用，適用于惡劣的水下和海上環(huán)境，其有效載荷不確定，開放架構(gòu)使其能夠與第三方數(shù)據(jù)鏈整合。
