“深海蘊(yùn)藏地球上遠(yuǎn)未認(rèn)知和開發(fā)的寶藏,要得到這些寶藏,必須在深海進(jìn)入、深海探測、深海開發(fā)等方面掌握關(guān)鍵技術(shù)。”作為一種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(bǔ),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(qiáng)有力的海洋科學(xué)考察和作業(yè)裝備系統(tǒng),為人類深海科學(xué)考察提供強(qiáng)有力的支撐。
無人無纜潛水器具有作業(yè)范圍廣、機(jī)動性強(qiáng)、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(yīng)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(jìn)展。哈爾濱工程大學(xué)水下智能機(jī)器人技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,從20世紀(jì)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(jìn)行該方面多項(xiàng)國家級重大項(xiàng)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(dāng)前國內(nèi)外無人無纜潛水器技術(shù)的進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(xì)論述做鋪墊。第3章從設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)與性能計算等方面,詳細(xì)講解了如何開展無人無纜潛水器的總體設(shè)計工作,并提出了相應(yīng)的計算方法與估算公式。第4章詳細(xì)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(shè)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(jìn)與操縱技術(shù),介紹了操縱推進(jìn)的配置形式以及操縱性實(shí)驗(yàn)的開展。第6章從不同的技術(shù)途徑出發(fā),針對水下導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn),系統(tǒng)介紹了無人無纜潛水器的水下導(dǎo)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(diǎn)講解聲學(xué)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(biāo)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(bǔ)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(yīng)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)。第13章從控制體系結(jié)構(gòu)、任務(wù)分配、編隊(duì)控制、協(xié)同導(dǎo)航等幾方面入手,重點(diǎn)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(shè)備、方法以及具體應(yīng)用。第15章在綜述水下滑翔機(jī)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(jī)、混合推進(jìn)型水下滑翔機(jī)和波浪滑翔機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)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(shè)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(xué)水下智能機(jī)器人技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(tuán)隊(duì)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(xué)、水聲通信等方面理論,其理論和相應(yīng)背景材料可在書末參考文獻(xiàn)中找到。由于作者學(xué)識水平有限,本書難免有諸多不成熟和欠妥當(dāng)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。
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(wù)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(shè)計技術(shù)
3.1 總體方案設(shè)計基本方法
3.2 艇型設(shè)計技術(shù)
3.3 艇體結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計技術(shù)
4.2 密封設(shè)計技術(shù)
5 無人無纜潛水器推進(jìn)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(jìn)設(shè)計
5.4 操縱性試驗(yàn)
6 無人無纜潛水器水下導(dǎo)航定位技術(shù)
6.1 無人無纜潛水器導(dǎo)航定位技術(shù)概述
6.2 慣導(dǎo)或羅經(jīng)與水聲計程儀組合導(dǎo)航技術(shù)
6.3 水聲信標(biāo)輔助導(dǎo)航技術(shù)
6.4 海底地形輔助導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(bǔ)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(wù)規(guī)劃
12.4 路徑規(guī)劃
12.5 局部路徑規(guī)劃
12.6 運(yùn)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
12.7 運(yùn)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(diǎn)
13.3 多無人無纜潛水器協(xié)調(diào)控制體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
13.4 多無人無纜潛水器任務(wù)分配方法
13.5 多無人無纜潛水器協(xié)調(diào)編隊(duì)控制方法
13.6 多無人無纜潛水器協(xié)同導(dǎo)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(shè)備
14.4 水下目標(biāo)探測與識別技術(shù)應(yīng)用
15 水下滑翔機(jī)
15.1 概述
15.2 當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀
15.3 浮力驅(qū)動型水下滑翔機(jī)
15.4 混合推進(jìn)型水下滑翔機(jī)
15.5 波浪滑翔機(jī)
15.6 未來發(fā)展趨勢
參考文獻(xiàn)
索引