一种基于低速、小振幅周期运动CFD数值模拟的水下滑翔机附加质量求解方法

水下滑翔机在流体中变速运动会带动周围流体一起做变速运动,这一部分流体的质量称为水下滑翔机的附加质量.附加质量对水下滑翔机的动力学行为具有重要影响.本文提出了一种水下滑翔机附加质量求解方法,即利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对水下滑翔机在静止的无黏流体中低速、小振幅周期运动进行数值模拟,进而求得附加质量.使用商用CFD软件STAR-CCM+计算了海燕-L水下滑翔机的附加质量,与基于势流理论的H-S面元法计算结果相差5%以内;与水下滑翔机模型水池试验结果相比,除垂直于水下滑翔机机翼方向的附加质量λ₂₂以外,其他附加质量的相对误差在6%以内,优于常规的平面运动机构试验的CFD数值模拟等其他求解方法.该方法只需要建模一次,在同一个流体域中模拟水下滑翔机的4种运动方式,监控其所受水动力和力矩,即可得到水下滑翔机的附加质量,极大提高了附加质量求解效率.同时,该方法能适用于任意尺寸、形状的水下滑翔机,对不同型号水下滑翔机水动力外形设计、动力学建模都具有较大的参考价值.     

基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究

利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似．以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系．采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系．分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适．通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明：缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求．论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义．     

基于Sobol’法的Petrel-Ⅱ水下滑翔机能耗参数灵敏度分析

水下滑翔机作为一种新型水下航行器,可通过浮力驱动实现多剖面连续运动.由于其强大的续航能力和较高的隐蔽性,被广泛应用于海洋调查和军事探测等领域.商业化水下滑翔机大多由自身携带的电池提供能源,由于电量限制,需开发更低功耗的水下滑翔机.本文基于动力学和流体力学理论,结合水下滑翔机工作流程和单元试验数据,建立了Petrel-Ⅱ水下滑翔机的单剖面能耗模型,海试数据表明,模型计算误差仅为实际能耗的1.3%,.采用Sobol’全局灵敏度分析方法得到了航行参数和设计参数对水下滑翔机能耗的1阶灵敏度和总灵敏度.结果表明,滑翔机下潜深度h、俯仰角度θ和航行速度V对单剖面能耗影响有着重要影响,其1阶灵敏度系数分别为0.388,8、0.227,2和0.138,0,总灵敏度系数分别为0.478,0、0.301,2和0.247,2.滑翔机纵向力系数Cx和横截面积S的灵敏度处于中间水平,其1阶灵敏度系数分别为0.044,0和0.034,5,总灵敏度系数分别为0.081,8和0.066,5.浮力驱动点位置lb、滑翔机总重G和垂向力系数Cy的1阶灵敏度系数和总灵敏系数均接近零,其值的波动对水下滑翔机单剖面能耗几乎不产生影响.     

海上无人波浪滑翔机的应用与发展

 波浪滑翔机是一种小型无人海上作业平台，根据科考观测、海上作业、数据中继等不同任务搭载不同载荷，在高海况的远洋海域执行连续的作业任务。论述了波浪滑翔机的基本原理、结构对比、应用领域。提出可以以波浪滑翔机为中间桥梁，利用其长期远洋存在的特性，结合卫星通信技术，打造天海一体的海洋立体观测数据服务平台，形成自我运营的海上监测装备和数据服务能力的应用构想。     

海上无人波浪滑翔机的应用与发展

波浪滑翔机是一种小型无人海上作业平台,根据科考观测、海上作业、数据中继等不同任务搭载不同载荷,在高海况的远洋海域执行连续的作业任务。论述了波浪滑翔机的基本原理、结构对比、应用领域。提出可以以波浪滑翔机为中间桥梁,利用其长期远洋存在的特性,结合卫星通信技术,打造天海一体的海洋立体观测数据服务平台,形成自我运营的海上监测装备和数据服务能力的应用构想。     

面向水下定点探测的水下滑翔机控制参数优化

水下滑翔机依靠净浮力和姿态调节即可实现空间运动，是一种新兴的海洋探测机器人。该文面向水下定点探测任务，开展滑翔机控制参数优化方法的研究。首先，以典型水下滑翔机为研究对象，建立了整机动力学模型，同时建立了滑翔机下潜运动的能耗模型。在此基础上，利用动力学仿真获取样本点，采用四阶多项式建立了以控制参数为输入，以滑翔机到达目标深度的能耗、运动时间和水平位移为输出的代理模型。之后，将控制参数作为优化设计变量，以最小化能耗和运动时间为优化目标，利用水平位移构造约束条件，建立优化数学模型。采用代理模型参与优化迭代计算，确保优化计算效率。最后，利用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)求解上述优化问题，得到控制参数的Pareto最优解集。数值算例证明了所提出方法的正确性，可用于指导实际探测任务的控制参数配置。     

基于温差能源的水下滑翔器动力学分析与设计

水下滑翔器作为一种新型水下机器人系统，对于海洋环境监测与资源探测具有重要应用价值．与采用电能驱动方式不同，设计开发了一种海洋环境能源（温差能源）驱动的水下滑翔器，并应用Gibbs—Appell方程建立了动力学模型，仿真分析了水下滑翔器的垂直剖面运动特性，获得了相应的运动参数．依据动力学仿真结果，设计了基于温差能源的热机系统，以及姿态调整机构与控制系统．水域实验结果表明，水下滑翔器采用温差能源驱动，其原理是可行的，所设计的热机系统热交换功率达到47W，可以满足水下滑翔器驱动性能要求．     

基于深度学习的水下生物目标检测方法综述

水下生物目标识别对水产养殖、濒危生物保护、生态环境监测具有重要意义。综合分析了当前各种深度学习方法在水下生物目标检测中的应用情况。首先介绍了常用的水下生物目标检测数据集；然后，按照两阶段和单阶段对当前常用目标检测方法进行分类、分析和总结，详细阐述了各类检测方法的实际应用状况，并重点对上述各类检测方法优化策略的优势与不足进行了分析和总结；最后，对基于深度学习的水下生物目标检测提出今后的研究重点，为该领域的研究人员提供了资料性的参考依据。     

大深度载人潜水器之超短基线定位系统:海上试验及载人深潜应用

超短基线定位系统是实现大深度载人潜水器水下定位和跟踪,保障其水下作业安全的重要技术手段.超短基线定位系统各测量设备的分离式安装导致船载声基阵与外围辅助传感器之间不可避免的存在安装偏差,而这种偏差又会大大降低其定位性能,必须通过海上标定试验加以校正.本文以2014年蛟龙号超短基线定位系统南海海上标定试验为例,详细探讨了海上标定试验的技术方法,并利用2014～2015年蛟龙号试验性应用航次第一航段10个潜次的实测数据分析其定位性能.     

面向海洋监测的海空地协同边缘架构与拓扑控制

针对现有海洋监测网受限于光缆技术可达深度及传统集中式处理的网络架构存在中心节点压力大的问题，提出了一种面向海洋监测的海空地协同边缘计算架构。在该架构中，水声传感器网络是海洋数据监测平台，协同边缘计算架构将复杂处理任务从远程云中心分散至边缘端，将水下异常数据传达到边缘端进行预处理后，再上传到云数据中心，必要时发出预警。针对水下传感器容易出现能量不足、链路中断的问题，提出了水下滑翔机辅助拓扑控制算法。该算法中终端节点和边缘节点呈3∶1比例部署，通过节点的链路失效模型判断失效概率，当超出失效概率阈值时，便通知水下滑翔机利用改进的粒子群优化算法执行拓扑修复，并以覆盖率和连通性最大为优化目标求解最优修复位置。仿真结果表明：所提新架构端到端时延约为传统架构的1/3,能量效率得到明显提升；与传统深度调节方法对比，所提拓扑控制算法覆盖率与连通度提升至87.9%、9.3。     

基于概率建模的分层产液劈分方法

传统产液劈分方法无法考虑层间干扰及注水井和邻井的影响,难以准确判断井下实际状况。同时,海上油田产液剖面测试成本高,常规的机器学习方法面临样本数量少的问题。基于此,提出一种基于贝叶斯神经网络和极限梯度提升算法的多层合采产液劈分混合学习模型。概率方法可以识别预测中的不确定性,通过将神经网络与概率建模结合,进行分层产液数据分布特征挖掘,结合主控因素分析,混合学习算法可以实现小层产液量的准确预测,可以依据较少的数据获得更为稳健的模型。为验证所提方法的有效性,将其应用于实际油田某区块进行产液剖面预测。结果表明：相比KH劈分方法在计算中劈分系数固定,不会随着生产过程波动,所提出的方法可从历史数据中学习,预测精度达到87.9%,预测结果更加逼近真实单层产液量。     

近海油气设施生物污损概述与研究展望

近海油气设施污损生物最为重要的组成类群包括双壳类软体动物、无柄蔓足类和腔肠动物等,其附着会显著增大动力载荷效应、妨碍水下检测作业和堵塞海水管道系统。文章对近海石油开发区常见的污损生物种群分布特点、群落结构特点作了概述,并分析了形成原因,提出常用的几种污损生物防除方法,并对今后构建生态数学模型的研究方向作了阐述。     

粉质黏土中厚壁筒型基础静压沉放阻力研究

筒型基础是海上风电工程中出现的一种新型基础形式,因其优越的承载性能与高效的施工方式,在我国海上风电领域备受关注．薄壁单筒多舱筒型基础目前已在江苏海域成功应用,并取得良好的经济效益．为适应风机大型化与风场建设的深远海发展趋势,设计了厚壁单筒多舱筒型基础．厚壁筒型基础采用混凝土筒裙替代钢质筒裙,不仅可以进一步降低建造成本,而且可以防止钢制筒裙在建造和负压沉放过程中出现的屈曲问题．但筒裙壁厚的增加导致筒型基础的沉放阻力增长,因此贯入阻力的准确计算是厚壁筒型基础成功应用的关键．为此,开展了薄壁与厚壁结构在粉质黏土中的静压沉放试验,测量了下沉过程中的沉放阻力与侧壁及端部土压力,对比了薄壁和厚壁沉放特性的异同,校核并优化了薄壁沉放阻力计算公式的相关系数,提出了厚壁沉放阻力的计算方法．结合显式的任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,验证了有限元计算结果的准确性,开展了厚壁基础动态、连续沉放过程的数值分析．研究结果表明：壁厚的增加挤密了端部土体,使端部土压力增大,扰动了侧壁土体,使侧壁土压力减小;提出采用静力触探数据计算厚壁基础沉放阻力的方法,推荐厚壁端阻力系数和侧阻力系数分别取0.7和0.03;薄壁端阻...     

舟山对虾养殖塘大型污损生物群落数量组成研究

挂板试验和分析自然群落相结合的方法,研究舟山西闪岛对虾养殖塘中大型污损生物群落生态,旨在为虾塘防污提供理论依据。大型污损生物是舟山对虾养殖塘中的主要敌害生物,其生物量和覆盖面积随塘内、水闸、进排水道等的位置、季节和污损生物种类的不同而变化．     

基于测试剖面的软件可靠性测试数据生成技术

为了生成自动飞行控制系统软件可靠性测试数据，建立了软件可靠性的测试剖面、环境剖面等概念，提出了基于任务剖面的测试剖面生成技术和由测试剖面生成测试数据的方法，即将输入数据分为系统模式数据和环境数据，并在任务剖面下分别形成系统模式剖面和环境剖面，最后将两种剖面合成为测试剖面；将环境数据分解为控制分量和随机分量，再利用仿真的方法生成控制分量，从而生成复杂关联的测试用环境数据．通过对飞机执行任务的软件测试表明，所提方法能更为准确地描述软件的实际使用情况，其描述方式与硬件可靠性试验较为类似，可作软硬件系统综合的可靠性试验的基础．     

水下圆柱体带空泡轴向绕流研究(英文)

研究了水下圆柱体带空泡轴向绕流问题.用数值方法研究了不同长细比圆柱体水下运动产生空泡的形态及圆柱体水下带空泡绕流的阻力特性,圆柱体绕流空泡形态以及阻力系数数值计算结果与试验对比,符合较好.圆柱体长细比对空泡形态影响可以忽略.随长细比增大:空化数较高时,阻力系数先减小后增大;空化数较小时,其阻力系数基本保持不变.小空化数条件下,给定长细比,空化数越小,阻力系数越小.     

深厚冲积地层护滩堤原型观测技术

原型观测技术更多使用于建筑物填筑出水后通过钻孔预埋设备的情况.对于水下建筑物软土地基变形监测技术方法的研究与应用较少，难以解决水下建筑物软土地基的变形问题，尤其是施工及运行期内始终位于水下的建筑物，因此有必要开展水下监测技术的相关研究.本文针对性提出水下软基土体变形量测的无线传输成套技术方法并获得了完整的加载期间的地基土变形过程，研究结果对海上构筑物安全建造与相关工程有指导意义.     

数据挖掘在岩质边坡稳定性预测中的应用

提出了一种预测岩土边坡稳定性的方法．利用数据挖掘的方法从边坡实例数据中挖掘出知识，在此基础上建立岩质边坡稳定性预测的智能模型系统．该系统可以根据获得的现场测试和监测资料，对边坡的稳定性进行较好的预测和估计．     

简支变连续梁桥施工控制数据库应用研究

为提高现有简支变连续梁桥施工管理的信息化程度,实现施工过程中的实时动态监测和调控,降低该类桥型因施工过程中的各类偏差累计对后期运营产生的不利影响,首先采用正交试验的方法获取"动态变量场-结构行为"的基础数据,然后通过机器学习的方法建立了各工况的多施工变量与结构响应之间的预测数学模型,最后对预测数学模型进行了优化,提出了...     

基于卷积长短期记忆网络的泄漏监测算法研究

针对长距离输送管道的应用中,沿线参数无法逐点测量,采用显式数学模型的方法并不完全能获得全部准确数值,提出一种基于卷积长短期记忆网络(CNN-LSTM)的流量预测方法。该方法使用CNN网络拟合空间特征,LSTM探索时间特征。采用从实际运行管道中收集的真实数据训练出对应的深度学习模型,从而可根据沿线压力梯度预测流量,误差范围为0.3%～0.7%管道输量。将该模型用于泄漏监测,可以通过连续监测预测与实际流量之间的偏差发现管道泄漏。确定泄漏点位置时采用了基于相关压力点之间曲线距离算法。在实际管道上的现场测试表明,新算法不仅稳定有效,而且在管道设备运行过程中不会产生错误报警。