“船載無人潛水器收放系統(tǒng)”相關(guān)裝備的國產(chǎn)化、系列化，填補了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)和裝備空白，推動了船用裝備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也為海防事業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。

復(fù)雜海況下無人潛水器的布放與回收是世界性難題。

不久前，由江蘇科技大學(xué)牽頭的國家重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點專項“船載無人潛水器收放系統(tǒng)”項目，在我國東海海域通過了科技部規(guī)范化海上試驗驗收，標(biāo)志著我國解決了復(fù)雜海況下無人潛水器收放的世界性難題。該研發(fā)團(tuán)隊由江蘇科技大學(xué)教授盧道華牽頭。

研發(fā)團(tuán)隊在舟山復(fù)雜多變海流情況下，針對上述裝備進(jìn)行了實船實況布放與回收試驗，分別對自治式潛水器(AUV)、遙控式潛水器(ROV)、水下滑翔機(AUG)、自治遙控混合式潛水器(ARV)等多種無人潛水器實施了收放作業(yè)。試驗結(jié)果表明，新裝備工作正常、過程可控、達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，作業(yè)效率較國內(nèi)外傳統(tǒng)收放裝備明顯提高。

在海上也能如“立”平地

隨著最新技術(shù)與裝備后續(xù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用，更多更優(yōu)的國產(chǎn)化波浪補償裝備將批量上船，改善在惡劣海況下的作業(yè)環(huán)境，使得海上作業(yè)人員、裝備，甚至全船都如“立”平地，不再受波浪顛簸搖擺的影響。

盧道華介紹，受波浪影響，船舶會產(chǎn)生不同程度的搖擺和顛簸，這是長期困擾海上收放作業(yè)的重大難題。過去，在海上布放與回收無人潛水器沒有專用裝置，每當(dāng)遇到復(fù)雜惡劣海況，采用常規(guī)的起重設(shè)備和收放裝置進(jìn)行布放回收，時常導(dǎo)致潛水器碰撞、損壞或丟失，影響科考或海上作業(yè)進(jìn)度、造成財產(chǎn)損失，給科考和海水作業(yè)人員帶來巨大壓力與風(fēng)險挑戰(zhàn)，甚至?xí){操作人員的生命安全。

“以波浪高度為指標(biāo)，海況等級可劃分為0級到9級，復(fù)雜海況、惡劣海況一般指4級(浪高大約1.5米)及以上海況。此時，母船會劇烈顛簸與搖擺，導(dǎo)致船上人員嚴(yán)重不適、設(shè)備無法工作，回收無人潛水器則更加艱險。” 盧道華說。

波浪補償技術(shù)通過檢測與預(yù)判波浪引起的母船或裝置運動規(guī)律，應(yīng)用機電一體化裝置對波浪引起的運動進(jìn)行逆向補償，消除波浪運動對設(shè)備與人員的影響，讓人員猶如在陸地上作業(yè)與生活，使設(shè)備如“立”平地。

中國船舶集團(tuán)旗下南京中船綠洲機器有限公司所屬鎮(zhèn)江輔機公司技術(shù)副總經(jīng)理葛小明向科技日報記者介紹，聯(lián)合團(tuán)隊研發(fā)了船載多自由度主動波浪補償門架吊放裝備，實現(xiàn)了船上用于收放的基本平臺裝備的平穩(wěn)性;同時研制了能快速、精準(zhǔn)作業(yè)的遙操作水下機械手、帶動力水中主動收放裝置、抓取式收放籠等新型裝備。這些新型裝備的配套聯(lián)合使用，能有效解決傳統(tǒng)的收放方式下作業(yè)裝備與收放目標(biāo)同時無規(guī)律擾動的問題。

“項目提供的波浪補償?shù)踅悠脚_與多功能水面收放裝備，為海上收放作業(yè)提供了有效保障和多項選擇，多項技術(shù)與裝備為業(yè)界內(nèi)首次創(chuàng)新與應(yīng)用。”葛小明表示。

適用各類型無人潛水器

為提高復(fù)雜海況下無人潛水器回收的成功率，團(tuán)隊攻克了四自由度補償式門架結(jié)構(gòu)、三自由度補償式轉(zhuǎn)接吊頭結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)的主動波浪補償收放系統(tǒng)能夠有效減小波浪對收放系統(tǒng)海上作業(yè)的影響，還研發(fā)了多款復(fù)雜海況下對無人潛水器進(jìn)行定位和捕捉的專用裝置。

該收放系統(tǒng)搭載著多個轉(zhuǎn)接裝置，能完成各種類型的無人潛水器的回收，具有覆蓋面廣、通用性強等特點。同時，收放系統(tǒng)自動化和智能化程度較高，具備舷邊遙控操作、遠(yuǎn)程操作、視覺信號輔助操作、運維保障操作等功能。

“項目研制的新型裝備保障了復(fù)雜海況下海上作業(yè)的成功與人員安全。”葛小明說。

盧道華介紹說，船載多自由度主動波浪補償門架吊放裝備，能在高達(dá)6級海況下工作。波浪補償技術(shù)，消除了波浪搖擺引起的門架上吊接頭的搖晃影響，提供了海上作業(yè)的平穩(wěn)性平臺，該技術(shù)還消除了波浪搖擺與起伏引起的吊纜起降影響，做到吊放平穩(wěn)。

安裝在吊接頭平臺上的遙操作水下機械手、抓取式收放籠等裝置，因為相對平穩(wěn)，才能有效實現(xiàn)對水中動蕩著的無人潛水器進(jìn)行精準(zhǔn)抓取等作業(yè)。機械手主要用來代替以往的人工下船危險性輔助作業(yè)，在母船上用人手模擬操作動作進(jìn)行作業(yè);正在計劃研制的下一代帶波浪補償功能的具有視覺智能的水中作業(yè)機器人能完全代替人工水中輔助作業(yè);抓取式收放籠，模擬的是人手的抓取動作，整體用軟性材料包覆，能有效保護(hù)各種各類潛器的外部裝置和外觀碰擦，對船邊范圍內(nèi)的任何水中漂浮物都可開合抓取收放。

帶動力水中主動收放裝置相當(dāng)于一個小型動態(tài)收放船塢，用吊機從母船吊放水中后，可自行開出一定距離(纜限)去主動回收水中漂浮物，也可靜止不動待無人潛水器開入船塢中，然后用吊機回收到母船;其中的船塢形狀與材料可進(jìn)行模塊化換裝，以適應(yīng)和保護(hù)各種易損形式的無人潛水器。

對普通的圓形或小型航行器，如水下無人航行器、小型無纜水下機器人等，可用抓取式收放籠進(jìn)行快捷方便收放;對無動力無人航行器或離船較遠(yuǎn)裝置，如水下滑翔機等，可用帶動力主動收放裝置回收;對重載或外形特殊的無人潛水器裝置，如大型無纜水下機器人等，收放時用波浪補償?shù)鯔C收放，用機械手輔助解扣和掛扣作業(yè)。

“‘船載無人潛水器收放系統(tǒng)’解決了在各種海況下‘穩(wěn)、準(zhǔn)、快’地布放回收多類潛水器的難題。”盧道華說。

填補國內(nèi)技術(shù)和裝備空白

20世紀(jì)80年代，為滿足在惡劣海況下安全高效收放潛水器、救生艇等海上裝置的實際需要，一些歐美國家開始了對具備波浪補償功能的收放裝備進(jìn)行研究并持續(xù)至今。隨著研發(fā)投入和實際應(yīng)用經(jīng)驗的不斷增長，國外相關(guān)方面已在設(shè)計制造和實用上達(dá)到很高的水準(zhǔn)，但對我國采取了技術(shù)封鎖和裝備壟斷。

我國在波浪補償總體與系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)上研究不足，特別是相關(guān)的姿態(tài)與升沉、平移測量與控制技術(shù)存在多項技術(shù)難點，相關(guān)技術(shù)與器件依賴國外提供且價格昂貴，制約了該類裝備的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

江蘇科技大學(xué)自2005年起，由盧道華教授擔(dān)任主持人，組織包括中國船舶集團(tuán)所屬中船綠洲鎮(zhèn)江輔機公司、716所、724所、南京航空航天大學(xué)等國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研合作團(tuán)隊，以國家科技部重點研發(fā)計劃、國家自然基金、國家海洋局區(qū)域示范、江蘇省前瞻性產(chǎn)學(xué)研重大戰(zhàn)略產(chǎn)品等項目為支撐，歷經(jīng)16年，研究波浪補償理論與方法，建立波浪補償試驗系統(tǒng)，開發(fā)具有波浪補償功能的專用系列化新裝備，從而實現(xiàn)了我國該類裝備的國產(chǎn)化、系列化，形成了包括設(shè)計、制造、生產(chǎn)、試驗、評價、優(yōu)化的裝備研制體系。目前許多相關(guān)技術(shù)和系列裝備已在船舶行業(yè)進(jìn)行了重要應(yīng)用。

盧道華教授團(tuán)隊以多個重點項目為支撐，研究波浪運動補償理論與方法，建立補償試驗平臺與評價辦法，提出解決波浪運動補償?shù)臏y控問題的新技術(shù)，創(chuàng)立補償裝置的設(shè)計方法與制造體系，攻克波浪運動補償?shù)闹卮蠹夹g(shù)問題，開發(fā)了具有波浪補償功能的專用系列化新裝備并進(jìn)行推廣應(yīng)用。

“船載無人潛水器收放系統(tǒng)”相關(guān)裝備的國產(chǎn)化、系列化，填補了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)和裝備空白，打破了國外封鎖和壟斷，推動了船用裝備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也為海防事業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。(記者 唐芳)

關(guān)鍵詞： 海浪運動 無人潛水器 船載無人潛水器收放系統(tǒng) 船用裝備技術(shù)