潜水器技术可以分为无人潜水器和载人潜水器两大类。
潜水器技术
研究潜水器总体设计集成、主体外形、机械结构、总体控制、姿态控制、导航、定位与双向通信、能源供给等各个分系统结构和功能,生产制造测试各种潜水设备,完成开发利用海洋等作业任务过程中所使用各项技术所形成的总称。
- 英文名称
- underwater vehicle
- 所属学科
- 海洋学
1775年,美国发明了第一艘潜水器“Bushnell's Turtle”,该装置是一个依靠操作员使用手摇螺旋桨在水下移动的椭圆形设备。1776年,“Bushnell's Turtle”在纽约港对英国军舰进行攻击,并成功移动至军舰底部,但最终因为水流过大而宣告失败。
潜水器的关键技术主要有水下环境感知与地图构建技术、水下路径规划与安全避障技术、水声通信与导航定位技术、水下轨迹跟踪控制技术、水下目标探测与识别技术、潜水器故障自诊断与容错控制技术及大规模水下搜索时的多潜水器协作搜救控制技术等。
水下环境感知与地图构建对于潜水器水下作业至关重要。水下环境信息的获取与感知是其智能决策的前提,应用潜水器自身携带的环境感知传感器识别出环境中的障碍物、自由航行区域,进而构建一有无障碍物的水下环境二维和三维离散地图。
导航系统功能是实时提供潜水器的位置、速度及姿态信息,一般可以划分为一般导航和终端导航。
水下路径规划及安全避障技术可使设备具有自动规划水下航行路径功能,且能够有效避开障碍物,实现高效水下作业任务。
水下轨迹跟踪控制技术主要包括路径跟随与轨迹跟踪两个方面,是深海潜水器研究的一个重要方面。
水下目标探测与识别技术是潜水器水下作业智能决策的前提,主要包括水下目标信息获取和水下目标信息处理与识别算法。
潜水器故障诊断与容错控制可以提高深海潜水器系统的可靠性,是潜水器研究的关键技术之一。主要包括两个研究方向:一是潜水器的结构可靠性,取决于潜水器机械、材料、密封等诸多技术;二是潜水器控制系统的可靠性技术。
潜水器作为一个水下运动平台,其机敏性是重要的技术指标,主要表征潜水器在水下运行时的机动性和敏捷性,指潜水器改变航行速度、航行方向和航行场所的有效性和快速性。
潜水器的机动性指潜水器在保证稳定性的前提下改变航行速度、航行方向和航行场所的能力。主要包括速度机动性、方向机动性和场所机动性三个方面。速度机动性指潜水器的最高运行速度以及零速悬停的能力,方向机动性是指潜水器的转弯半径,而场所机动性表示潜水器在空中、海面、水中和海底运行的能力。
潜水器的敏捷性指潜水器改变航行速度、航行方向和航行场所的快速性。速度敏捷性就是潜水器加速或减速的能力;方向敏捷性涉及到角速度,以及潜水器的转弯半径等量;场所敏捷性,指潜水器改变场所需要的时间。
潜水器技术的应用领域主要包括海洋资源的研究和开发、深海搜索与救助、未来战争等。
扩展阅读
- 陈鹰.海洋技术基础.北京:海洋出版社,2018.