海洋科技無人船聲學(xué)探測設(shè)備集成設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究

學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel海洋科技▏無人船聲學(xué)探測設(shè)備集成設(shè)計(jì)優(yōu)化方法爭論一、引言一、引言備對噪聲、氣泡等影響越敏感，極易造成數(shù)據(jù)質(zhì)量的下降，影響調(diào)查結(jié)學(xué)設(shè)備濕端振動(dòng)。其中船體噪聲又稱為艦船輻射，該噪聲分為3噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲。傳統(tǒng)的載人調(diào)查船集成聲學(xué)探測設(shè)備常用的固定方式為以下兩種：臨時(shí)舷側(cè)安裝和船底固定安裝。臨時(shí)舷側(cè)安裝多承受臨時(shí)支架保證調(diào)查船便利拆裝，但舷側(cè)安裝的臨時(shí)支架所產(chǎn)生的振動(dòng)及噪聲水平均不行控；船底固定式安裝又分為吊艙式、凸出式和嵌入式3種安裝方式：吊艙式是換能器單元懸吊在船底下方；凸出式是換能器單元緊貼船體，安裝在突出船體的導(dǎo)流罩內(nèi)；嵌入式馬上換能器單元直接嵌入船底，與船底共型。21的諸多技術(shù)瓶頸得以局部解決，各國加大了無人艇的研發(fā)力度，無人艇迎來了一段高速進(jìn)展期。針對海洋調(diào)查領(lǐng)域，目前已有超過1040應(yīng)用，例如海洋測繪、聲學(xué)通信中繼、海洋環(huán)境監(jiān)測等。美國密歇根大學(xué)Brown“BathyBoat”，應(yīng)用于湖泊水深、環(huán)境測量。英國普利茅斯大學(xué)開發(fā)了無人船“Springer”，搭載了水質(zhì)監(jiān)測傳感器，應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測。麻省理工大學(xué)開發(fā)的水聲通訊中繼無人船“SCOUT”，完成了多個(gè)USVAUV“Charlie”號(hào)無發(fā)的“天象；云洲智能公司設(shè)計(jì)并制造的“M80”無人艇在中國第34成功進(jìn)展羅斯海局部海疆全掩蓋水深地形測量工作。影響設(shè)備工作。獲得高質(zhì)量測量結(jié)果。二、適用于聲學(xué)測量設(shè)備的無人船平臺(tái)設(shè)計(jì)二、適用于聲學(xué)測量設(shè)備的無人船平臺(tái)設(shè)計(jì)⒈船型選擇表層海水中氣泡的產(chǎn)生主要有1層海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的碎浪引起。船舶航行時(shí)在船艏處會(huì)產(chǎn)生船艏興波，艏興波破過程中會(huì)將空氣拍進(jìn)表層海水形成氣泡層。這些氣泡分布廣泛、數(shù)量眾多，會(huì)吸取、反射甚至阻隔聲波的傳播，假設(shè)大量氣泡流向換能器底部將導(dǎo)致多波束系統(tǒng)無法正常工作。另一方面由船體外表的凹凸引起的海水?dāng)_動(dòng)產(chǎn)生，主要存在于船體外表四周。其次船體外表存在的開孔，如艏側(cè)推、月池、通海閥箱等都會(huì)產(chǎn)生氣泡。理論示意圖水動(dòng)力仿真示意圖1附面層對船底聲學(xué)設(shè)備干擾示意圖依據(jù)傳統(tǒng)作業(yè)方式選用單體船在原理上很難避開上述兩種因素產(chǎn)生氣泡，通常只能通過設(shè)計(jì)手段減弱氣泡對測量設(shè)備的影響。例如：①換能器吃水盡可能深；②換能器承受各類導(dǎo)流罩協(xié)作安裝，減弱亂流和氣泡的影響；③通過大量的數(shù)值模擬和實(shí)物測試覺察對于橫向上升角小于13°的寬學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel 學(xué)問的力氣Tel 能光滑和水平，如有縫隙和螺絲孔需用膠填平。做針對性優(yōu)化改進(jìn)就能很好的躲避上述風(fēng)險(xiǎn)：雙體船由兩個(gè)片體供給浮上更適合在海洋調(diào)查中應(yīng)用。⒉船型優(yōu)化依據(jù)上述分析認(rèn)為雙體船型更適合海洋調(diào)查應(yīng)用，但并不意味著全部雙體船型都適宜，船型選型后需要依據(jù)測量設(shè)備的實(shí)際使用需求對船型做針對性優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而獲得可完成該任務(wù)最正確的設(shè)計(jì)船型。例如本文中設(shè)該船型已申請船型設(shè)計(jì)專利〕，其船型學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過水動(dòng)力仿真模擬和樣機(jī)測試比照完成，見圖2，具體設(shè)計(jì)思路如下〔見圖3，文件中注解序號(hào)對應(yīng)示意圖中的標(biāo)號(hào)〕：水動(dòng)力仿真效果圖實(shí)船實(shí)測效果圖2船首優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真與實(shí)船實(shí)測比照示意圖3船型優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)示意圖⑴M40A底外表，從而避開探測設(shè)備四周水中進(jìn)入氣泡，對其產(chǎn)生不良影響。⑵M40A船艏處承受折角式外飄設(shè)計(jì)，保證靜水5～6kn與艏興波波峰接觸，不會(huì)使艏興波裂開；高海況下航行時(shí)，可以起到分流、減搖的作用，同時(shí)降低甲板大面積上浪的可能性?！残∷€面船的設(shè)計(jì)概念〕，船體上下起伏時(shí)可增大空間和甲板面積，便于設(shè)備的安裝、布置。消滅飛車的可能性；學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel 學(xué)問的力氣Tel 避開尾渦過深增加阻力和產(chǎn)生螺旋槳飛車降低推動(dòng)效率。⒊動(dòng)力系統(tǒng)選型優(yōu)化量的測量數(shù)據(jù)，多波束測深系統(tǒng)的換能器必需盡量避開這些噪聲源。噪聲普遍較大，對測量設(shè)備的工作會(huì)產(chǎn)生肯定的負(fù)面影響，相比較而言艙內(nèi)布局的簡單度，騰出更多的空間布置其它設(shè)備。轉(zhuǎn)速、低噪音的推動(dòng)器，槳葉也需要做防空泡優(yōu)化設(shè)計(jì)。⒋聲學(xué)探測設(shè)備布置在聲學(xué)探測設(shè)備〔RESONT20、KONGSBERGM3等〕的布置上，為了躲避船殼附面層對設(shè)備的影響，將設(shè)備布置在兩個(gè)片體間的中縱線上，保證設(shè)備與螺旋槳不同軸，減弱槳葉空化效應(yīng)對聲學(xué)探測設(shè)備的影響；聲學(xué)設(shè)學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel備通過轉(zhuǎn)接法蘭盤安裝在垂直升降推桿的底部，通過升降機(jī)構(gòu)保證設(shè)備的入水深度，工作時(shí)設(shè)備入水，入水深度為400mm齊，既能防止設(shè)備觸底損壞，又能很好的減弱附面層和船體興波、亂流對設(shè)備的影響，將設(shè)備工作性能實(shí)現(xiàn)最正確化；非工作時(shí)將設(shè)備升起至水面以上，降低船舶航行時(shí)的阻力，提高船舶最高航速，增加船舶的機(jī)動(dòng)性能和續(xù)航力，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。如圖4所示，設(shè)備在縱向位置的布局是通過水動(dòng)力仿真模擬]完成的，依據(jù)設(shè)計(jì)航速的工作狀況模擬船舶航行姿勢和船體興波狀況，最終將泡、亂流將減弱對設(shè)備的干擾；船首航行產(chǎn)生的碎波、亂流會(huì)隨波浪流往水面上層流淌，水面下層流場均勻；該位置靠近船舶重心，會(huì)保證設(shè)備和船體的運(yùn)動(dòng)全都性，有利于數(shù)據(jù)處理；設(shè)備入水深度相對較深，會(huì)降低在高海況下設(shè)備出水失效的風(fēng)險(xiǎn)。4聲學(xué)探測設(shè)備布置的仿真模擬示意圖三、實(shí)船測試驗(yàn)證如圖5所示，在實(shí)船測試中該船搭載T20型多波束測量系統(tǒng)、Wavemaster務(wù)，無人船通過以上儀器自主完成水深測量并實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)至基站。三、實(shí)船測試驗(yàn)證測試作業(yè)地點(diǎn)位于廣東省江門市某段航道西側(cè)，該測區(qū)存在清淤船挖泥船定點(diǎn)作業(yè)，航道上常有運(yùn)沙船等大型船只經(jīng)過，測量條件相對簡單。21000x600全掩蓋測量，測線總長約251公里。實(shí)船工作現(xiàn)場示意圖實(shí)船工作軟件界面示意圖5實(shí)船現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)示意圖通過實(shí)測數(shù)據(jù)分析，無人船在逆流、順流、船浪影響等狀態(tài)下最大偏航距離約為0.8m130°，模式為等距模式，經(jīng)對測量數(shù)據(jù)0.1m1000m×600m全掩蓋水深圖，水深范圍在3.5～13m，中間水域?yàn)槿斯ら_鑿的航道，深度介于9～13m包突起，近邊壁水深最淺，最淺約為3.5m坎，水域中可見少量錨系拖痕，其中作業(yè)水域覺察5.5m×5.5m的不明物體，推想為水下沉塊。通過測量數(shù)據(jù)結(jié)果分析：船的整體航向保持性較好，多波束腳印分布均勻，邊緣波束損失較小，噪點(diǎn)極少，對聲學(xué)設(shè)備的噪聲影響很低，所測數(shù)據(jù)優(yōu)良，數(shù)據(jù)滿足95%0.25〔6