水空跨介质航行器发展需求及其关键技术

针对未来军事竞争与对抗呈现多介质空间的体系对抗，而现有航行器平台仍大多局限于单一介质空间运行环境的现状，突破传统航行器定式，提出具有多介质航行能力的水空跨介质航行器概念，介绍了研究背景和发展此类航行器的必要性，分析了规划和发展过程中的关键技术，并对今后的发展思路进行了展望。     

航行器在空中飞行与水下潜航时的动力学特性

空气和水两种介质物理性质的巨大差异会对跨介质航行器的动力学环境产生复杂影响.文中以雷诺数为参考,采用CFX软件设计案例进行仿真,研究航行器在跨越不同流体介质时的动力学特性.仿真结果表明:跨越过程中流场存在一个雷诺数拐点,雷诺数小于拐点时,若水和空气的雷诺数相同,航行器的水、空流体动力学参数随攻角变化的趋势一致且数值相近;若水和空气的雷诺数相似,则存在一个匹配的飞行与潜航速度区间,仍能满足水、空介质间相似的动力学特性.文中研究结论可为航行器的航行控制提供设计依据.     

船舶智能航行技术研发进展

 船舶智能航行是航运业的重大革命。为厘清国内外船舶智能航行技术发展现状,找准中国船舶智能航行的发展路径,分析了欧洲、日本、韩国、俄罗斯等国家和地区近年来在船舶智能航行领域的重大技术进展和典型实践案例,阐述了国际海事组织、国际水道测量组织、国际航标协会对于船舶智能航行的相关立法和规则。梳理了中国船舶智能航行在技术研究、装备开发、实船应用等领域的进程与案例,并比对了国内外技术发展思路的差异,总结了中国船舶智能航行发展的主要特点。分析了智能航行技术的发展趋势。     

两栖应急救援运载平台水动力学仿真技术研究

面对有着极端灾害环境、复杂地形条件及多灾种并发的大应急救援,具备涉水越野、多功能救援、水陆两栖救援能力的两栖应急救援装备至关重要。作为两栖应急救援装备的一种,水陆两栖运载平台是一种兼具陆地车辆与船舶性能的特殊车辆,能够在陆地和水下两种环境下行驶和作业,可适应各类“水-陆”复合灾害环境,被广泛应用于应急救灾。水陆两栖运载平台需兼顾陆地全地面高速行驶与水下安全稳定航行,其车体外形结构复杂,表现出复杂的水动力学特性,因此研究水陆两栖车辆的水动力学特性对其综合作战能力的设计和优化十分重要。本文对水陆两栖运载平台的水下动力学特性及其仿真技术,包括航行阻力、航行稳态,水下操控性、推进器与车体相互作用几个方面做了介绍,将不同学者的研究方法与成果进行了分析与总结,对水陆两栖车辆水动力学研究的发展趋势做出展望,为后续研究者提供一定的参考。     

水中航行器电磁兼容性应用研究

通过对水中航行器电磁兼容性在水中航行器电子产品、检测设备、武器系统接口、储存运输中所带来的问题进行分析，提出解决措施，并建立了计算机数学仿真模型，提出了电磁兼容性在水中航行器保障维修中的重要性。     

水下航行器仿生侧线探测阵列优化布置模型及评估方法

为了解决水下航行器仿生侧线探测系统传感器阵列优化布置的问题,提出了一种结合贝叶斯概率模型及顺序启发式算法的传感器阵列优化布置方法。该方法首先基于贝叶斯概率定理对水下航行器目标位置探测问题进行数学建模;接着构建仿生侧线探测阵列物理模型及其流场仿真数据集,采用顺序启发式算法优化阵列布局位置;然后根据特征筛选方法计算不同阵列布置下目标位置探测信息的相关性,对传感器阵列布局进行冗余度约减及优化评估;最后利用后验概率验证仿生侧线探测阵列优化布置模型,同时估计运动目标物位置。通过仿真实验结果表明,本文提出的阵列优化布置模型及评估方法与传统方法相比,非目标位置的干扰区域探测概率减小到1％以下,有效提高了目标物位置的探测概率,证明了阵列优化方法的可行性与有效性,为水下航行器侧线传感器阵列的优化布局提供了理论与技术支撑。     

两栖仿生机器鱼Ⅰ的建模及推进机构设计

仿生机器鱼技术为研发高效、高机动性和低噪声的水下运载器提供了一种方法.受两栖动物启发,完成了一种多模态仿生两栖机器鱼I的设计,并成功试制了样机.该两栖机器鱼能巧妙地利用转体机构实现仿鱼和仿海豚游动的结合,实现了二种运动模态的自由切换,其鳍肢/轮桨机构的引入不仅能使机器鱼在地面爬行或仿轮式运动,而且提高了水中运动的机动性.     

六自由度水下航行器操纵性仿真及性能评估

为预报水下航行器样机操纵性和运动控制性能,采用格特勒标准六自由度运动方程,通过水池拖曳试验获取水动力系数,建立水下航行器运动模型,完成水平面回转操纵、Z型操纵、回舵操纵、垂直面梯形操纵和空间螺旋操纵等仿真.仿真结果表明:该水下航行器具有良好的应舵性能和回转性能,同时具有良好的机动性和稳定性;并将全模型仿真与经典的野本简化模型仿真结果进行比较,说明了本方法的精确性.对操纵性能的评估结果表明所设计的水下航行器满足水下智能控制试验平台的要求.     

水陆两栖飞机全机模型静水滑行水动性能预报

水面起飞性能是水面飞行器的基本性能,也是总体技术的核心,涉及多个学科领域。水陆两栖飞机水面高速滑行水动力性能与排水型船不同,具有速度高、运动复杂等特点,高速滑行时一方面受到较大的水动升力,另一方面受到机翼的升力。本文结合水陆两栖飞机水面高速滑行特点,利用RANS数值方法和重叠网格技术对水陆两栖飞机全机模型开展数值仿真模拟,分析了自由液面水气分布、机身底部压力分布特征,并将阻力、姿态和升沉与水池模型试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性,为水陆两栖飞机静水滑行水动性能数值预报提供技术基础。     

灵巧型航行器垂直撞击舰船全弹道研究

提出了一种水中灵巧型航行器垂直撞击舰船目标侧面的弹道形式,即将全弹道按时间顺序划分为方案爬升段、近水面主动搜索段、相对舰船平行运动段、方案转弯垂直撞击段4个阶段,并对各段弹道的实现方法和衔接条件进行了研究. 在建立航行器运动学、动力学模型及制导控制模型的基础上,应用Matlab/Simulink软件搭建了数学仿真系统对航行器的整个运动过程进行了闭环仿真研究. 仿真结果表明,所提出的水中灵巧型航行器全弹道形式及弹道实现方法能够满足垂直撞击水面舰船侧面的需要.     

四足机器人刚柔耦合仿生脊柱研究进展

 四足机器人的仿生脊柱对提高机器人非结构化环境的机动性和稳定性具有重要作用。系统分析了国内外四足机器人仿生脊柱的研究现状,将仿生脊柱分为局部柔顺脊柱和整体柔顺脊柱两类,对比分析不同四足机器人仿生脊柱的结构特点,提出未来发展趋势。四足机器人仿生脊柱从传统的整体刚性结构向刚柔耦合结构方向发展,具有类生物变刚度、可柔顺弯曲特性的新型仿生脊柱突破仿生驱动、神经元精细控制等关键技术,向高效能量转换的类生物系统方向发展。     

仿生圆盘犁犁体设计与制作

圆盘犁犁体的工作方式和受力特点与其它触土部件有较大差异。本文从仿生学角度出发 ,基于土壤动物体表非光滑构成脱土原理 ,在标准型普通圆盘犁犁体上堆焊仿生几何非光滑结构单元 ,从而对圆盘犁犁体进行仿生设计制作 ,使之既满足耕作要求 ,又能减粘脱土 ,降低耕作阻力。文中确定了仿生几何非光滑结构单元的类型、数量、尺寸、分布和材料 ,分析了制作工艺方法 ,指出了具体的工艺流程 ,并制作完成了试验用仿生圆盘犁犁体 ,为仿生圆盘犁减粘降阻试验研究创造了条件。     

张拉整体机器人关键技术研究进展

 回顾了张拉整体机器人的特点，总结了现阶段张拉整体机器人典型样机的研制进展，从地面移动、空间探测和仿生领域3方面概述了张拉整体机器人的应用情况。从初始构型设计、初始预应力分析及稳定性判断、外荷载作用下型态分析、动力学特性及控制方法等方面，阐述了张拉整体机器人的关键技术；探讨了未来张拉整体机器人有待于进一步深入研究的技术难题。     

油浸式变压器微型仿生鱼全局路径规划策略

为有效检测大型变压器内部的故障位置和故障类型,通过利用微型仿生鱼对变压器内部进行视觉观测,可较直观的检查变压器内部故障。微型仿生鱼在检测过程中的路径规划是仿生鱼任务完成的关键。针对变压器内部复杂的三维空间,本文提出了基于人工势场法和蚁群算法的三维全局路径规划策略,并利用LABVIEW对变压器微型仿生鱼的三维全局路径规划结果进行了仿真分析。分析结果表明：当引入了人工势场法的相关机理,蚁群算法将不再盲目进行搜索,而是优先选取人工势场合力方向的临近栅格点,提高了算法搜索速度和全局寻优能力。基于人工势场法和蚁群算法的三维全局路径规划策略对微型仿生鱼进行了有效路径规划,具有较好的实用性,这对后续变压器微型仿生鱼样机的控制提供了重要参考。     

机器人软体材料研究进展

 机器人软体材料分为软体驱动材料和软体感知材料,在仿生机器人中分别起到效应器与感受器的作用。故在制造仿生机器人时,软体材料的开发越发重要。本文概述了机器人软体材料与软体机器人概念上的差异,按照软体驱动材料和软体感知材料分别综述了机器人软体材料的发展动态,并探讨了这两类重要的机器人软体材料研发方面挑战及趋势。     

昆虫飞行高升力的一种新解释——柔性楔形效应

以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观点,翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是未来仿生扑翼飞行机器人翅翼驱动方式的发展趋势.仿生运动的模拟越简单越容易稳定地实现,实验小组已设计制作了仿生扑翼飞行机器人样机,并成功进行了多次室外放飞.     

南方机场飞行区草地建植技术研究

根据机场飞行区特殊环境的特点,以广州新白云机场飞行区草地建植经验为技术依据,着重介绍了机场草地的特点和要求,以及我国南方机场飞行区草坪的建植技术和方法．实践证明,适宜南方机场飞行区种植的草坪草种为狗牙根、结缕草和百喜草等,适宜的建植方法为液压喷播技术。     

量子网络研究进展

量子网络是通过量子节点来产生、处理和存储量子信息，利用飞行比特作为量子信道来传递量子信息的全量子信息处理与传输网络系统．量子网络不仅是实现长距离、网络式量子通信的基础，还可以实现可扩展的分布式量子计算机，并可应用于凝聚态多体系统的量子演化模拟．因此，量子网络是以量子通信、量子计算和量子模拟为中心的量子调控研究的核心课题．目前，选择合适的物理载体作为量子节点以及合适的相互作用形式以实现光子与光子、光子与量子节点以及不同量子节点间的相互作用是量子网络研究的重要课题．冷原子系综以及腔量子电动力学系统是实现量子节点的典型代表．文章将结合本实验室的研究来综述量子网络在以上2个物理系统中近期的部分研究进展，并在文末对量子网络的发展做一定展望.     

基于高层体系结构的探空火箭可视化仿真和协同设计系统框架设计

 探空火箭是临近空间实地探测的唯一探测工具和各学科空间科学实验的良好载体。利用探空火箭,可以进行中高层大气立体剖面探测、微重力科学实验、空间生物技术实验、星载有效载荷先期原理性飞行验证实验等,具有其他飞行器不可替代的优势和作用。发展探空火箭技术、构建探空火箭仿真系统将有力地推动探空火箭综合实验平台建设,促进中国空间科学发展。针对构建探空火箭可视化仿真和协同设计系统（VSCSSR）的需求,本文对探空火箭仿真的相关技术——视景仿真技术、分布式交互仿真及高层体系结构（HLA）进行了介绍,设计了系统的主要功能、软硬件结构和联邦成员的划分,给出了仿真系统的框架设计。     

基于测井曲线及弹性薄板理论的应力场模拟

针对长庆油田延长组低孔低渗砂岩以裂缝型储层发育为主的特点,开展了区域应力场模拟研究,用于预测延
长组的裂缝发育情况,指导后续勘探开发井的部署。由于研究区无地震资料,因此基于地震的传统裂缝检测方法无法
适用。本次研究主要采用了基于以弹性薄板理论为基础的应力场模拟技术,充分利用常规测井曲线携带的速度及密
度信息,克服了无地震资料的技术瓶颈,结合野外露头及岩芯测量结果,认为研究成果较为可靠,取得了较好的效果。
目前已钻高产井均位于本次预测的强应力发育区,因此应力场模拟结果可以作为下一步生产井位部署的主要依据,此
种技术方法也可以推广到长庆油田其他区块。