2. 北京宇航系统工程研究所, 北京 100076
2. Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering, Beijing 100076, China
智能无人水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)作为水下作业设备,在无人与智能化的热潮下受到了广泛关注,在海洋石油、水下救援、军事侦察、海底打捞、海洋科考等方面发挥着越来越重要的作用。根据相关研究,目前AUV技术的研究热点主要集中在路径规划、探测识别、通讯导航、运动控制、自治等方面,其中自治的发文量始终占据最高点,是水下机器人研究的热点和核心问题,无人和智能化是未来科技发展的大趋势[1]。
AUV的研究与应用是一个系统性工程,包括任务规划、方案设计、样机研制、布放与回收等,其中回收技术是实现AUV安全连续作业的关键技术。AUV通常自身携带能源工作,在任务完成后需要通过回收来完成补充能源、下载数据、设备检修等一系列操作。目前主要的回收方式包括水面母船回收和水下对接回收。水下对接回收通过AUV与固定或者移动的回收装置实现类似空/天对接的过程,使AUV完成返航、接近、对接、锁紧等一系列动作,具备自主、无人等优点,具有广阔的发展前景,在这种背景下,AUV的水下自主回收对接技术成为了国内外的一个研究热点。
1 AUV水下回收对接的必要性目前,AUV回收主要的方式包括水面母船回收和水下对接回收。水面母船回收是指AUV执行任务完成后返回预定海域并靠近母船,通过母船上的吊车等设备将AUV吊起,完成回收[2]。
目前,AUV的水面母船回收技术已经发展得较为成熟,也是应用最广泛的回收方式,但存在的问题同样突出:
1) 受环境影响大。当海面风浪较大时,母船可能存在严重的摇晃,AUV浮出水面后同样很难保持稳定,不仅降低了对接成功率,同时增加了工作人员和AUV的安全风险。
2) 成本高。需要母船等待配合AUV的回收,同时也需要多名技术人员的参与。
3) 隐蔽性差。水面母船进行AUV回收就必须暴露在海面之上,成为极易被发现的目标。
4) 自动化程度低。
正是因为水面母船回收AUV存在的各种问题,人们开始尝试AUV的水下自主对接回收,经过不断的发展,目前已经有多种成功的对接方案可以实现AUV自主回收,同时也发现了存在的优点和不足。
2 AUV水下回收对接的优势和困难水下自主对接的目标是实现AUV的回收,其优势在于:
1) 对接过程更加灵活。通过调节AUV的航速可以改变与对接装置的相对位置关系,当AUV偏离航线时可以尝试重新对接,提高了对接的成功率,使对接方案设计更加丰富。
2) 更加隐蔽。对接过程在水下,可以在不被水面以上发现的情况下完成AUV的回收,对于执行军事任务的AUV来说,可以在水下连续而隐蔽的作业。
3) 对接方案优化空间大。可以选择的对接装置较多,几何形式也更加灵活,可以用于回收AUV的方案众多,针对不同的任务要求也可以设计不同的移动对接方案。
4) 提高作业效率。一方面可以省去繁杂的水面布放回收过程,大大节省人力物力;另一方面,自主回收对接可以解决AUV自身携带能源有限的问题。
由于水下的特殊环境,AUV的自主回收对接也存在着很多困难:
1) 通信定位困难。因为海水的物理特性,声学信号延迟严重,光信号受水质的影响大且作用距离短,导致直接测量手段很难达到空/天对接中的实时、同步、精确程度,这给AUV获取与对接装置的相对位置关系带来了困难。
2) 干扰因素多。在水下受到海流的干扰力,尤其是当2个物体相互靠近时,水动力变化十分复杂,对自主对接的安全产生了影响。
3) 不确定性。受主、被动因素的影响,移动目标的运动状态存在不确定性,从而对三维轨迹规划方法的实时性及重规划能力提出了更高的要求。
4) 路径规划和运动控制要求高。模型简化带来的建模误差,较难处理的状态约束与控制约束,如执行器输出限制、AUV最大最小速度限制、转艏角速度限制等,强非线性、输入输出变量多等问题,需要在回收路径规划和跟踪控制过程中予以全面考虑,以满足实际工程的需要。
目前,欠驱动AUV的水下自主回收对接技术的难点与优势并存,迫切地需要相关理论和工程的研究。
3 AUV水下回收对接关键技术AUV在工作类型方面可分为工程作业型AUV、水下观测型AUV及军用型AUV。作业型AUV对操纵性要求较高,包括横移、升沉和转艏等;观测型AUV对续航力、水动力性能要求较高,一般为欠驱动流线型;军用型AUV在对接过程中对隐蔽性要求高。
AUV在操纵形式方面可分为欠驱动型及全驱动型。欠驱动型指独立控制输入少于系统自由度的运动控制形式,这种操纵形式具有良好的水动力特性,阻力小,航速较快,减少成本和重量,推进效率较高,但位置控制能力较差,在回收对接过程中对危险状况的应对能力稍差;全驱动型指独立控制输入等于系统自由度的运动控制形式,这种操纵形式使AUV操纵性好,运动灵活机动,运动控制精度高,适合于小范围内位姿的调整,但往往需要破坏艇体的流线外形,增大阻力。
3.1 对接装置的形式1) 平台式。
包括简单的坐底平台、配备索等导引设备的立体平台以及演化的其他形式。这种对接方式的过程为:①AUV由远处接近平台;②调整AUV位置基本位于平台正上方;③垂直下降阶段,保持其他自由度状态不变,并在距离平台某一高度悬停;④水平面调整阶段,在光学导引下调整AUV的纵横向位置和艏向,对准平台后继续下落;⑤坐落阶段,此时距离平台距离较近,导引系统难以发挥作用,关闭推进器依靠惯性“降落”到平台内。有些平台还配备了阻拦索,挂钩等设备,AUV不再垂直降落,而是类似战斗机甲板回收的过程,平台捕捉并固定AUV。平台式对接优势在于可以实现全方位对接,成功率高,但机械设计较为复杂,很难实现完全自动化[3]。
2) 坞站式。
最常见的为喇叭口型,张开的喇叭口可以引导AUV在一定的位姿偏差下通过物理碰撞进入圆管,提高对接成功率[4]。这种对接方式的过程一般为:AUV在声学导引下接近喇叭口,逐步到达坞站中心线,当距离较近时切换至光学导引,沿着坞站中心线进入喇叭口并锁紧。坞站式对接的优点在于机械结构简单,设备安装方便,便于AUV布放,从而实现自动化。缺点在于只能实现单方向对接,对AUV的操纵性和导引系统的要求较高。
3.2 对接装置的运动形式1) 静态对接。
静态是指对接装置的绝对坐标位置不变,由AUV接近并完成对接,有时为了提高效率,对接装置的部分结构可以做相对运动。静态对接对路径规划和跟踪控制的要求相对较低,对接成功率高,不需要人为干预,可以实现自动化,但往往需要提前布置回收装置,且因为要完成能量补充、数据上传等操作,需要单独设计复杂的对接装置,且装置容易受海洋附着物等的影响。
2) 移动式对接。
移动式对接是指对接装置处于运动状态,一般是将对接装置搭载于潜艇或者载人潜水器等大型航行器,潜艇搭载对接装置的方式有多种。移动式对接AUV的操纵性能更好。因为移动对接过程中AUV始终保持较高的绝对速度,可以有效地提高舵效。对于欠驱动AUV来说,在改善操纵性的同时也提高了AUV处理危险状况的能力,同时受区域限制较小。但移动式对接要求AUV准确捕捉潜艇的位置信息,2个相对运动物体的对接对跟踪控制提出了更高的要求。
3.3 导引与捕捉方式对于AUV的回收对接,一般分为2个阶段进行导引:从返航到接近属于远距离导引,使AUV进入对接初始点,此阶段对导航精度要求较低,通常采用声学和推算组合导航方式;从对接初始点到完成对接为近距离导引,此阶段对导引精度要求高,通常采用光学导引或者视觉导引技术[3]。
1) 声学导引。
声学导引是目前水下最有效且常用的信息传播载体,但存在信号延迟、噪声干扰、近距离导引精度差。超短基线系统提供的精度往往较差,但可以形成一个紧凑小巧的声基阵搭载于载体上,无需布放和标校应答器,同时可以布置在载体噪声小的区域以减少干扰,适合于远距离导引。
2) 光学导引。
光视觉导引技术在水中精度高、隐蔽性好,是近距离对接阶段作为导引技术的最佳选择,但效果受到背景光变化、海水反射、折射、吸收以及水质等因素影响。
3) 视觉导引。
通过摄像机获取视觉图像,根据图像特征跟已知特征进行比对从而得到相对位置信息。该技术定位精度高,但计算量大。
4) 电磁导引。
通过AUV上的电磁接收器和坞站上的电磁发射器来完成导引,其优势在于可以全方向传播,但由于水的导电特性,传播距离小于30 m。
表 1给出了常见导引技术的性能对比。
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表 1 导引技术对比 Table 1 Guidance technology comparison |
文献[5-6]对潜艇回收AUV的捕获与搭载技术进行了研究,其中捕获方式主要包括机械手捕获、ROV捕获和引力捕获等。
3.4 AUV搭载方式潜艇搭载AUV的方式主要包括艇体搭载、艇外遮蔽舱搭载、鱼雷管搭载和导弹发射管搭载4种方式[6]。本文仅对遮蔽舱搭载和鱼雷管搭载技术进行补充,其余2种国内相关文献较多。
3.4.1 艇外遮蔽舱搭载在潜艇背部或艏部安装专门设计的存储遮蔽外舱,用于AUV的释放回收。
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图 1 遮蔽舱搭载 Fig. 1 Cabin carry |
1) 干舱。
如图 1(a)所示,干舱是指内部不注水的潜水加压舱,主要作为潜水减压或潜水员居住的舱室。在AUV回收中,在潜艇上安装干燥套管式回收舱,作为可移动模块连接在潜艇在淹水后允许潜水员出入的位置,具有配套的舱口配置,包括电气连接、通风管道、排水设施等。在释放或者回收时,打开舱门,在机械装置和蛙人的辅助下完成作业,随后蛙人返回干舱,将水排出。
2) 湿舱。
如图 1(b)所示,湿舱是指内部注水的潜水舱。湿舱内部没有排水系统,AUV的布放回收都在水中完成,其作业过程与干舱搭载类似。
艇外遮蔽舱搭载的优势和缺点都很明显,如表 2所示。
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表 2 遮蔽舱搭载优缺点 Table 2 Cabin carry advantages and disadvantages |
对潜艇的鱼雷管进行改造,作为回收并搭载AUV的装置,包括标准鱼雷管和扩大鱼雷管,其中又可以分为单个鱼雷管和多个鱼雷管2种形式。以适应不同形式的AUV回收作业[7]。
1) 单鱼雷管。
如图 2所示,当AUV靠近潜艇时,鱼雷管内释放捕捉机构,通过艇内操控与AUV实现简单对接,鱼雷管内缆绳开始收缩,将捕捉机构与AUV一起拉入鱼雷管内,完成回收[5]。
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图 2 单鱼雷管回收 Fig. 2 Single-torpedo tube recovery |
2) 双鱼雷管。
一个鱼雷管内放置可以伸缩的机械臂,当AUV靠近潜艇时,机械臂从鱼雷管中伸出捕捉AUV,通过机械臂的操作将AUV放入另一根鱼雷管中,随后机械臂缩回原位置,完成回收。
3) 扩大鱼雷管。
如图 3所示,标准鱼雷管的直径约为0.3 m,扩大的鱼雷管直径可以达到1 m,满足更大尺寸AUV的回收。
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图 3 鱼雷管回收 Fig. 3 Torpedo tube recovery |
鱼雷管回收的优势和缺点都很明显,如表 3所示。
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表 3 鱼雷管回收优缺点 Table 3 Torpedo tube recovery advantages and disadvantages |
综上所述,对于上述4种不同的AUV的搭载方式,都具有各自的优势和不足[6],表 4为搭载方式的对比。
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表 4 搭载方式对比 Table 4 Carrying method comparison |
在水下,AUV与回收装置都会受到海水的作用力,这些力对回收过程有不可忽视的影响,而当AUV与回收装置相互靠近时,相互之间的水动力干扰变得十分复杂。这里只讨论AUV与回收装置相互靠近时的水动力变化及对策,根据回收装置的尺度可以分为以下2种情况:
1) AUV与回收装置同尺度时。
当AUV与回收装置的尺度在同一量级时,根据文献[8],当椭球体靠近圆柱时,椭球体所受纵向力大于零,横向力小于零,所受力矩小于零,椭球体前部有上扬趋势,后部有下沉趋势。将AUV看作椭球体,则靠近坞站时,AUV会产生抬艏趋势;如果喇叭口采用框架结构,则对流场的影响将很小。解决方法为调整对接装置的入口方向,使AUV在迎流条件下进入坞站,此时AUV操纵性较好,对海流干扰的处理能力更强,可以有效避免对接过程发生危险。
2) AUV为小尺度时。
对于AUV与潜艇对接等情况,当AUV靠近潜艇时,会受到潜艇壁面的干扰力。根据文献[9-12],当AUV运动方向平行于壁面时,受到壁面的吸力,间距变小时,吸力增加得很快,但绝对值一般不会很大,当运动方向垂直于壁面时,会受到壁面的排斥力,距离越近,排斥力越大,当间距接近于零时,排斥力理论上接近于无穷大;AUV在靠近潜艇的过程中,潜艇扰动流场对AUV深度和侧向位移有较大的影响,而对姿态角的影响较小;AUV从艏部或艉部接近潜艇时,由于2个物体之间的相互作用,造成较高的碰撞风险和对控制系统的挑战。然而,当AUV位于潜艇的舯部时,相互干扰力和力矩的不利影响被最小化。AUV可以通过一条较安全的路径从潜艇中间靠近或离开。
3.5.2 观测受限水声通信在工作中存在通信时延和数据丢失问题,且容易被高噪声区干扰[13];水下摄像机视场范围有限,受观测距离和开角的限制,会由于环境扰动影响突然捕捉不到导引光源[14]。观测受限问题会导致AUV不能准确判断目标位置,影响对接安全。
3.5.3 几何约束AUV与回收装置的交会过程,尤其是AUV与大尺度的潜艇的交会过程中,AUV的航行轨迹需要考虑几何约束问题。以潜艇回收为例,AUV在接近潜艇时,往往需要设置禁飞区,如图 4所示,主要包括潜艇艉部执行机构“禁飞区”和围壳舵“禁飞区”。
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图 4 潜艇禁飞区 Fig. 4 Submarine no-fly zone |
几何约束的考量一方面体现在路径规划和运动控制上,包括边界设定、地图绘制、推进器输出限制等;另一方面体现在紧急措施的制定上。
3.5.4 偏差传播AUV与潜艇交汇过程中,存在导航偏差、控制偏差、建模误差等偏差扰动影响,会导致AUV实际航行轨迹偏离设计的标称轨迹,不仅会带来安全隐患,还会影响AUV最终能否与潜艇交汇对接。
综上所述,对于存在的安全隐患,需要设计专门的应对策略,如图 5所示为基于碰撞分析的安全性研究思路。
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图 5 基于碰撞的安全性分析 Fig. 5 Collision-based security analysis |
在设计回收方案时,由于AUV的回收对接是一个复杂的系统工程,各个动作之间的关系复杂,包含着许多突发事件、冲突和异常,如何通过协调控制指令来应对突发事件和异常处理具有重要意义。将AUV交会对接控制系统分为3层:规划层、决策层和执行层。规划层主要就整个对接过程进行策略规划;判断层主要判定所处状态,并将规划信息传递给执行器;执行层负责执行机构具体行为的执行,以及传感器信息的采集与处理[15]。
如图 6所示,协调控制器是连接规划层和执行层的桥梁,其本质是一个模糊控制器,具有智能决策能力。协调控制器对模型的精度要求低,通过光学等传感器分析来判断是否存在状态异常,进行协调分析决策,修改控制参数来完成协调控制。
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图 6 协调控制 Fig. 6 Coordinated control |
根据前文内容,针对AUV回收对接所采取的技术类型以及AUV自身的性能指标,包括推进器能力、最小回转半径、最大续航能力、逆速、操纵面失速等,规划出AUV或AUV与潜艇的最优回收路径[16]。路径规划通常会根据目标函数进行求解,包括碰撞概率最小、路径最短、时间最快、能耗最小、控制最简单等。目前,最常见的路径规划算法包括:人工势场法、图搜索法、位姿空间法、可视图法、模糊逻辑方法和人工神经网络方法等。
3.8 跟踪控制运动控制是最终完成回收对接作业并体现对接自治能力的关键技术之一,控制算法往往与路径规划相对应[17-18]。目前常用的跟踪算法包括模糊算法、模型预测控制算法、神经网络算法等,其中模型预测控制算法可以显式处理约束,在设计最优化求解函数时充分考虑各种约束条件,系统化对接过程,可以作为未来发展的方向之一。
综上所述,AUV回收对接是一个繁杂的工程,除了前文所述内容,还包括后勤支援,标准化接口,机械设计等等。正是认识到水下回收对接隐藏的巨大潜力,各国研究机构进行了一系列理论工程研究,取得了丰硕的成果。
4 各国近年代表性成果 4.1 美国Hydroid公司利用REMUS-100型AUV进行了一系列回收对接研究,从固定式对接发展到利用水面无船拖拽水下锥形坞站进行动态对接[19]。坞站如图 7所示。
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图 7 REMUS回收坞站 Fig. 7 REMUS dock 注: 1.压水翼板; 2.连接机构; 3.锁紧机构 |
在REMUS-100的任务结束时,REMUS-100上的传感器将连接对接坞站上的应答器。当水面船接近交会位置时,REMUS-100将使用位于其艏部中的DUSBL系统估计船的位置并计算拦截过程。REMUS-100将以大约2节的速度被牵引接近坞站,并进入对接锥体。通过“徘徊”、“拦截”、“跟踪”、“对接”4个阶段,AUV进入坞站并锁紧。如图 8,在马萨诸塞州的布扎兹海湾进行了对接试验和失效点测试,工况包括逆流、顺流和横流等,在11次FAT测试中,AUV以77%的成功率可以在前两次尝试中完成对接。结果表明:在横流干扰下,AUV需要频繁的调整艏向来保持位姿;在浅水环境下,对接装置的深度不能有效地测得。
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图 8 对接图像 Fig. 8 Docking images |
该对接方案对以下技术进行了尝试和创新:
1) 在坞站设计了压水翼板,翼板采用玻璃纤维制造,具有可调节的拾取点以调节螺距角度,在4 kn的航速下,翼板可以提供约889 N的负升力,其两面角的设计也增加了稳定性。
2) 与静态对接不同,AUV首先根据声学信号估计坞站的运动状态,并依据DUSBL的数据进行镇定控制,实现与坞站相对静止,完成对坞站运动状态的评估和交汇点的计算。
蒙特利湾海洋研究所(monterey bay aquarium research institute,MBARI)在进行“Bluefin-21”对接试验过程中发现海洋附着物对对接装置的影响是显而易见的,如图 9所示为坞站在蒙特利湾海底放置5个月后的海洋附着物情况。由此可见,在设计坞站的过程中应考虑到海洋附着物对装置的影响,避免干扰对接过程[20]。
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图 9 海洋附着物情况 Fig. 9 Marine attachments |
德克萨斯大学奥斯汀分校等机构对冰区AUV “ARTEMIS”的回收问题,设计了的回收系统只需要在冰下布置少量的设备,且不需冰面大开口,允许AUV从任何方向接近的对接装置[21]。
如图 10所示,AUV的对接过程如下:①ARTEMIS接近发光对接杆;②ARTEMIS将其鼻部上的凹槽插到对接杆上,锁存器闩住杆;③ARTEMIS下降到杆的底部,使AUV鼻部与球形负载连接;④ARTEMIS向上倾斜90°;⑤将回收杆拖至冰面“bot house”内,完成回收[21]。在南极洲的麦克默多海域进行了试验,证明了系统的有效性,并在2015年春季的11次冰下作业中,使用该系统完成了ARTEMIS的回收作业。
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图 10 ARTEMIS回收过程 Fig. 10 ARTEMIS recycling process |
加拿大国防与发展亚特兰大研究中心通过对高海况下潜艇回收AUV的研究,创新性的设计了回收系统[22]。采用了MOOS-ivP体系来应对突发事件,最突出的贡献是设计了位于潜艇一侧的对接装置,如图 11所示,其距艇体4 m,最大限度地较小碰撞风险。当AUV接近潜艇时,对接装置通过识别AUV布置的光源信号,计算横向偏差并调整自身的位置,同时通过声信号将目标指令发送给AUV,两者相互配合完成对接[22]。
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图 11 加拿大AUV对接装置对接装置 Fig. 11 Canadian AUV Docking device |
于新斯科舍省(Nova Scotia)的贝德福德湾(Bedford Basin)进行了初步试验,试验验证了光学导引的有效性。对接模拟也显示对接策略暂时是有效的,但目前还不能确定系统实际是可行的。
4.3 日本东京大学产业技术研究所开发了悬浮式AUV的海底充电站(图 12)[23-24]。远距离段采用声学导引,距离较近时,AUV通过前视摄像机识别充电站的视觉图像到达着陆点,然后AUV下降到海底充电站。
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图 12 坐落过程示意 Fig. 12 Loading process diagram |
浅海对接试验于2015-08在日本内浦湾举行,海底充电站被布置在海底,深度约为35 m。Tri-TON2在一次部署后共进行了3次对接试验,第1次对接试验失败,但第2次和第3次对接试验取得了成功,对接试验如图 13所示。
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图 13 Tri-TON2海试 Fig. 13 Tri-TON2 Sea test |
国内在AUV回收对接领域起步较晚,但近年来得到了较快的发展,哈尔滨工程大学、浙江大学和沈阳自动化研究所等单位都开展了一系列工作。
哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室分别就光视觉和声学导引对接进行了研究[23]。在水池试验阶段,借助“WL-3”型欠驱动AUV和锥形坞站,将坞站悬挂在X-Y航车底部,远距离段采用声学导引,近距离段采用双目视觉导引,选择不同的初始位置,进行了多次对接试验,如图 14所示[25]。
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图 14 水池试验 Fig. 14 Pool test |
实验室联合其他单位于2015-10在山东烟台完成了海上试验,采用了500 kg级AUV,使用声学导引技术,2次水下对接全部成功完成,验证了方案的有效性。
浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室针对海豚-Ⅱ在入坞过程中与坞站的相互影响进行了研究[24]。海豚-Ⅱ整体长度为2.47 m,主体直径为0.2 m,空气中重量为79.5 kg。锥形坞站包括转向机构,辅助设备(如指示灯,应答器)和锁定装置等。
为了验证有效性,进行了仿真实验(图 15),并于浙江大学西溪校区水池中进行了初步静水对接实验[26]。
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图 15 海豚-Ⅱ仿真实验 Fig. 15 Dolphin-Ⅱ simulation |
通过仿真实验和水池试验,就以下5个因素对AUV对接的影响进行了研究:坞站锥角、材料特性、偏差、速度和螺旋桨推力。得到了如下几点结论:1)具有适当锥角的坞站是水下对接的理想选择;2)尽量选用小摩擦系数和刚度系数的对接材料;3)横向和垂向速度对回收产生不利影响,而适当的前进速度可以优化对接过程;4)AUV与坞站之间的最大冲击力可以为优化坞站结构提供一定的参考,使整个对接任务满足海底使用;5)使用较大推力的螺旋桨对实现对接有利等。
沈阳自动化研究所针对AUV与坞站对接时的水动力问题进行了系统的研究,包括速度和位置、加速度、坞站形状、滑行模式、来流方向等对水动力的影响,得到了许多有助于提高AUV对接成功率的结论[27]:1)如果AUV以均匀的速度靠近坞站,则向未封闭的码头航行的阻力比向封闭码头航行的小;2)如果AUV以匀减速运动入坞,则在进入圆管后存在吸力,这有助于对接成功;3)在横流条件下,AUV容易产生大的横移,且海流与坞站中心线之间的夹角应小于20°。
文献[3]对2007年之前国内外主要AUV水下对接系统进行了归纳,本文对文献[28-34]来对接系统的总结,如表 5所示。
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表 5 国内外近年主要AUV水下对接系统 Table 5 At home and abroad in recent years the main AUV underwater docking system |
针对AUV水下回收对接技术进行了回顾,总结了目前对接中的关键技术,对热点技术方案进行了归纳对比,追踪了近年来各国主要研究机构在AUV水下对接领域获得的代表性成果,存在的问题和未来需要重点关注的方向包括:
1) 目前,AUV水下回收对接的发展在方案设计方面得到了积极的响应,但由于水下实施的难度较大,真正通过大量海试来验证对接效果的案例不多。
2) 尝试AUV与各种水面水下航行器的对接具有重要意义,包括AUV与ASV[35]、AUV与ROV[5]、AUV与潜艇[22]、AUV与海底空间站等。
3) AUV具有隐蔽性好、成本低、无人、建造周期短等优势。除了实现潜艇常规回收AUV外,未来利用潜艇搭载AUV,实现潜艇与AUV协同作战,可以实现AUV模拟欺骗信号、扫雷、反潜等任务,提高水下作战能力。
4) 安全性是AUV水下对接不可忽视的一点,未来应建立合理的安全性评价体系,制定详实的安全性应对措施,在路径规划和跟踪控制中加入安全性考量,改善AUV应对恶劣海洋环境的能力,提高对接成功率。
5) 除了在试验中改进对接方案外,也不应忽视理论研究,如水动力、安全性等方面,通过理论指导实际,减少工程量,避免出现低级错误,提高对接效率。
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