水下潛行器部分關(guān)鍵技術(shù)綜述1.1設(shè)計(jì)制造技術(shù)載體模塊化：通常由載體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和任務(wù)載荷等組成【11】。看一個(gè)機(jī)器人制造是否優(yōu)秀，主要看是否在載體模塊化方面有所體現(xiàn)。由于水下存在防水、腐蝕等各種問(wèn)題，現(xiàn)階段在無(wú)法保證的情況下大多數(shù)水下機(jī)器人采用整體化結(jié)構(gòu)，避免不必要的麻煩。內(nèi)部設(shè)備使用模塊化技術(shù)，能方便后續(xù)整修或查看。在載體設(shè)計(jì)上主要考慮外形在水中運(yùn)動(dòng)的一些性能。由于耐壓艙的存在，使在水下也能達(dá)到密封和承壓的使用要求。耐壓艙結(jié)構(gòu)多為球殼或圓柱殼結(jié)構(gòu)。耐壓艙結(jié)構(gòu)一般放置有防水要求的電池、導(dǎo)航器和控制系統(tǒng)以及傳感器等，而非耐壓艙結(jié)構(gòu)一般保證水下機(jī)器人具有較好的低阻低噪外形【12】，為確保水下機(jī)器人的穩(wěn)定性，使用玻璃鋼、碳纖維等材料能更好的達(dá)到所需效果。結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用技術(shù)：現(xiàn)在基本上有四種材料，分別運(yùn)用在不同要求的水下潛行器中，各有所長(zhǎng)，在應(yīng)用中擇善而從。鋁合金：質(zhì)輕、高強(qiáng)、密閉性能好、耐腐蝕強(qiáng)度高、剛度好、堅(jiān)固耐用。鈦合金：質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、彈性模量底。碳纖維材料：比重小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性、可塑造性好、無(wú)磁。玻璃鋼：輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕性、導(dǎo)電性好、熱性能良好、可塑造性好。圖2-1材料仿生技術(shù)：運(yùn)用人們的觀察、琢磨和效仿自然界生物形形色色的行為的能力，找到適合的原理，再加以創(chuàng)新，得到科學(xué)研究中需要的技術(shù)，為研究提供新的想法、設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)，人們給這個(gè)技術(shù)取了非常合適的名字，稱之為仿生技術(shù)【13】。通過(guò)對(duì)水下生物的研究發(fā)現(xiàn)，水中生物存在極速、活動(dòng)分貝低、反應(yīng)靈活等水下優(yōu)點(diǎn)，由此可應(yīng)用于仿生水下潛行器模仿的對(duì)象。目前就有許多模仿魚(yú)類(lèi)、水下爬行動(dòng)物和蠕蟲(chóng)等的潛行器，也有較為復(fù)雜的效仿人類(lèi)水下活動(dòng)方式的，如圖2-2中所示。當(dāng)前，水下潛行器的仿生技術(shù)在各個(gè)大賽中已經(jīng)非常常見(jiàn)。圖2-2仿生潛行器1.2推動(dòng)方式和能源技術(shù)推動(dòng)技術(shù)：為水下機(jī)器人提供電源的各種裝置的集合技術(shù)，屬于水下機(jī)器人的最重要的基本技術(shù)支持，稱之為推動(dòng)技術(shù)。推進(jìn)系統(tǒng)通常由一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)電機(jī)或推進(jìn)器構(gòu)成，或者由一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)裝置構(gòu)成。水下無(wú)人航行器的相關(guān)推進(jìn)技術(shù)包括負(fù)載電機(jī)，由電機(jī)連接螺旋槳等。部分相關(guān)研究成果展示如下圖：圖2-3中國(guó)海洋大學(xué)研發(fā)的普通螺旋槳的AUV圖2-4淮海工學(xué)院研發(fā)的帶有導(dǎo)管槳的ROV圖2-5泵噴推進(jìn)器裝備目前水下無(wú)人航行器系統(tǒng)主要采用低噪聲高效率的螺旋作為推進(jìn)器，少量系統(tǒng)采用滑翔式或噴水推進(jìn)。螺旋槳的類(lèi)型有固定、可變傾斜、對(duì)轉(zhuǎn)等。固定螺旋（如圖2-6）:槳葉不能調(diào)整；可變傾斜螺旋槳（如圖2-7）:槳穀上的槳葉可以旋轉(zhuǎn)，以呈現(xiàn)不同的傾斜，進(jìn)而改變槳葉的攻角；對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳（如圖2-8）:在一根軸上設(shè)置兩組槳葉，這些槳葉按相反的方向旋轉(zhuǎn)，后面的槳可以回收由前槳葉歸于水的部分旋轉(zhuǎn)能量，使它比單個(gè)槳葉更有效率。圖2-6固定螺旋槳圖2-7傾斜螺旋槳圖2-8對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳能源技術(shù)：能源系統(tǒng)作為水下潛行最重要的技術(shù)，使?jié)撔衅髂茉谒峦瓿蛇\(yùn)動(dòng)，提供有力的能源支持，同時(shí)也為其他裝備提供整合的電源支持。能源對(duì)于水下無(wú)人潛行器來(lái)說(shuō)非常重要，是能正常工作的必要因素之一，通常對(duì)潛行器的工作限度最值，起著決定性作用，決定著續(xù)航能力的大小、速度的快慢、作業(yè)深度的大小和能承載的任務(wù)載荷等各種方面。水下機(jī)器人能源系統(tǒng)通常采用蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池和熱氣機(jī)等，確保在于外界無(wú)能源接觸時(shí)，也能進(jìn)行操作。最符合水下機(jī)器人供能的方式則為蓄電池功能法。下圖為能源系統(tǒng)圖：圖2-9太陽(yáng)能電池圖2-10氫氧燃料電池圖2-11鋰電池圖2-12熱氣機(jī)圖2-13水下潛航器能源系統(tǒng)1.3水下通信技術(shù)水下通信技術(shù)也是目前阻礙研究的一大障礙。使人們對(duì)海洋有更細(xì)致的了解，清楚污染環(huán)境程度，了解氣候變化帶來(lái)的海底異?；顒?dòng)，觀察海底研究對(duì)象和水下圖像快速傳輸。水下通信主要是指水上和水下能進(jìn)行信息傳輸，其中有兩種方法，分別是線通信法和無(wú)線通信法【18】。有線通信又包括光纖和以太網(wǎng)通信等，通過(guò)這兩種方式實(shí)現(xiàn)了水下機(jī)器人的遠(yuǎn)距離控制【9】。無(wú)線通信又包括水聲通信、無(wú)線電通信、衛(wèi)星通信等。水下無(wú)線通信若想想上位機(jī)傳達(dá)信號(hào)，必須有其技術(shù)支持，在復(fù)雜的水下環(huán)境中，無(wú)線通信能阻隔很