仿生水下机器人发展现状及关键技术分析

摘要: 与传统的轴向螺旋桨水下航行器相比,仿生水下机器人具有更安静的驱动、更高的推进效率和更强的机动能力,仿生水下机器人正逐渐成为水下探测和作业的重要工具。仿生水下机器人依据其模仿对象不同,可分为仿鱼型、仿多足爬行动物型以及仿软体动物等类别,本文旨在综述仿生水下机器人的研究进展包括一些新型仿生水下机器人及其推进方式和未来发展趋势。已有研究表明,仿生水下机器人通过模拟水生生物的游动方式、感知机制和行为特性,展现出较传统水下设备更高的机动性、适应性和智能水平,具有重要的科研价值和巨大的实际应用潜力。

我国船舶与海洋工程装备发展现状及展望

摘要:船舶与海洋工程装备(简称船海装备)是开展海洋运输、资源开发、科学考察、权益维护等活动的直接载体,加快建设制造强国和海洋强国的重要支撑;总结我国船海装备领域的发展成就与经验并谋划未来布局方向,对巩固船海装备制造业优势、促进船海装备领域高质量发展具有重要意义。本文从船海装备领域整体进展、重点船海装备发展情况、船海装备领域发展经验等方面梳理了我国船海装备领域发展现状,在辨析我国船海装备领域发展环境的基础上,凝练了更加注重绿色环保高效,数字化、智能化、无人化发展,深远海资源开发利用多元化、融合化等领域发展趋势。面向未来,可重点布局远洋运输船舶、内河绿色智能船舶、深海油气资源开发装备、海洋新兴资源开发装备、深海探测与作业通用装备、深远海综合保障装备,发展船海装备节能与环保、船海装备数智化、船海动力与能源、船海装备试验验证、关键材料应用、船舶智能制造等共性关键技术,同步加强以智能设计与优化、自主航行运输船舶、无人车间/船厂为代表的前沿技术研究,以形成高端船海装备研发能力、带动关键系统设备工程应用、解决基础前沿技术能力薄弱问题。

船用颗粒阻尼能量损耗特性影响研究

摘要:颗粒阻尼技术作为抑制低频振动的重要方式,可应用于抑制船舶低频振动。为探索颗粒阻尼器的耗能机理,本文基于离散单元法对颗粒阻尼器在不同振幅、不同填充比、不同振动频率下的运动状态和耗能进行研究。结果表明:颗粒在填充比为50%的工况下,在不同振动频率和振幅激励时颗粒的运动状态比较丰富,出现了不规律的耗能现象;填充比为70%、90%时,颗粒的耗能随着振动的幅值和频率的增加而增加,特别是在颗粒填充比为70%、振动频率为120Hz、振幅为5mm的情况下,颗粒的耗能达到了顶峰。在损耗因子方面,振幅在1~4mm时90%填充比要明显高于50%、70%填充比;在振幅为5mm时,90%填充比低于70%填充比而高于50%填充比。

船舶基座轻量化设计方法研究

摘要: 以船体基座轻量化为目标,分别从结构设计和材料设计的角度对基座进行轻量化设计。从结构设计出发,采用依赖于经验的分块化设计方法和结合有限元-优化算法的拓扑优化与参数优化设计方法减小结构的体积;从材料设计出发,通过应用碳纤维T700 新型复合材料代替原有的钢制结构来减轻结构的密度。研究表明,由于不同方法的减重原理不同,优化后的减重效果和力学性能均存在差异,拓扑设计减重效果最好,减重率达62.8%,参数设计的应力和位移优化效果最好,最大应力和位移的增大率仅为5.8% 和22.1%。在实际应用中要根据不同情况选择合适的轻量化设计方法,研究结果可为船舶轻量化设计提供一定参考。

船用高温固体氧化物燃料电池方案的可行性探讨

摘要:相比于其他氢能燃料电池方案,高温固体氧化物燃料电池(SOFC)与天然气燃料方案具有燃料成本低、联合循环的系统效率高、天然气燃料储-输-用经济和安全性高等优点,适合于中大型船舶与远海航行的应用场景。本文从船用紧凑式制氢重整器、船用能源系统集成等关键技术方面讨论讨论该方案在船上应用的可行性,为船用SOFC技术路线的发展提供可行性参考。

船用巴沙木芯钢—复合材料接头性能优化设计

摘要: 为提高船用巴沙木芯钢—复合材料接头承载能力,采用有限元模拟对其进行性能优化。首先利用Abaqus 软件中的VUMAT 子程序构建了巴沙木材料失效准则,随后建立胶接巴沙木夹芯钢—复合材料连接接头的模型,经由计算结果同实验结果的对比来证实仿真的精准性。同时分析原始结构失效原因,并对其进行钢板末端改为完全延伸的形式和增加木芯转角的初步形状优化,接着通过SIGHT 软件集成实验设计(DOE)模块中的最优拉丁超立方算法进行设计采样,根据采样点构建响应面模型,最终将结构质量、极限承载力和刚度作为优化目标函数,基于NCGA 遗传算法对巴沙木芯钢−复合材料接头开展了多目标优化。优化后的结构比初始方案的质量下降17.4%,极限承载力提高13.1%。

面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接研究

摘要:为了适应不同船舶的焊接需求,缩短船舶焊接时间,研究面向船舶大型复杂结构的多机器人协同焊接方法。构建多焊接机器人的焊接动态力平衡方程,设置约束条件并建立焊接规划模型,采用区域划分法划分舰船焊点分区,通过元启发嵌套算法设计多机器人协同焊接规划流程。利用分数阶PID控制器,将焊接控制的传递函数转化为整数阶传递函数,控制机器人精准跟踪目标焊缝,输出理想的船舶焊接轨迹。实验结果表明,采用该技术执行焊接任务的总均衡性高达0.935,具有良好的应用效果。

跨介质航行器水下推进技术研究进展与展望

摘要:[目的] 跨介质航行器(HAAV)兼具空中飞行器的高度机动性和水下潜航器的长续航性与强隐蔽性,且在多维度海洋信息勘探、生态环境监测、海上应急救援等领域具有广阔的应用前景,吸引了航空航天、船舶海洋、智能装备等行业的广泛关注。为促进跨介质航行器水下推进技术的进一步发展,[方法] 在构型分类的基础上,从推进器型式的角度将跨介质航行器分为传统水下推进技术、空水复用推进技术和特种仿生推进技术。对各种水下推进技术的工作原理、性能分析、设计应用现状及技术瓶颈进行梳理,并对该技术未来发展方向进行展望。[ 结果] 结果表明:高性能HAAV 水下推进技术的机理深化、概念创新和方案论证研究是该领域未来的重要发展趋势。[结论] 研究成果可为跨介质航行器水下推进技术提供一定参考。

生产低硫残渣型船用燃料的加氢反应条件研究

摘要:为生产低硫残渣型船用燃料油,采用典型高硫渣油原料在中型渣油加氢装置上开展了反应条件(体积空速、氢分压、反应温度及氢油比等)对渣油加氢脱硫及残炭加氢转化过程影响规律的研究,并进行了反应条件优化试验。结果表明:在相同催化剂体系下,体积空速、氢分压和反应温度是影响渣油选择性加氢脱硫的关键因素,而氢油比的影响较小;在兼顾加氢催化剂体系的加氢脱硫性能和稳定性的前提下,较高且适宜的体积空速(0.20~0.24h-1)、适合的氢分压(13~15MPa)以及不高于380℃的反应温度更有利于渣油选择性加氢脱硫。基于以上结果,通过综合调整匹配不同反应参数,在满足加氢产品硫质量分数低于 0.50%的情况下,残炭提升了11.3百分点、降残炭率降低了5.1百分点。