復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，標志著我國解決了復雜海況下無人潛水器收放的世界性難題。該研發(fā)團隊由江蘇科技大學教授盧道華牽頭。
研發(fā)團隊在舟山復雜多變海流情況下，針對上述裝備進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、達到預期設(shè)計目標，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，每當遇到復雜惡劣海況，采用常規(guī)的起重設(shè)備和收放裝置進行布放回收，時常導致潛水器碰撞、損壞或丟失，影響科考或海上作業(yè)進度、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險挑戰(zhàn)，甚至會威脅操作人員的生命安全。
“以波浪高度為指標，海況等級可劃分為0級到9級，復雜海況、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，導致船上人員嚴重不適、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)通過檢測與預判波浪引起的母船或裝置運動規(guī)律，應用機電一體化裝置對波浪引起的運動進行逆向補償，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)新與應用。”葛小明表示。
適用各類型無人潛水器
為提高復雜海況下無人潛水器回收的成功率，團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)了多款復雜海況下對無人潛水器進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行精準抓取等作業(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行模塊化換裝，以適應和保護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行快捷方便收放;對無動力無人航行器或離船較遠裝置，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、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行研究并持續(xù)至今。隨著研發(fā)投入和實際應用經(jīng)驗的不斷增長，國外相關(guān)方面已在設(shè)計制造和實用上達到很高的水準，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用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
江蘇科技大學自2005年起，由盧道華教授擔任主持人，組織包括中國船舶集團所屬中船綠洲鎮(zhèn)江輔機公司、716所、724所、南京航空航天大學等國內(nèi)產(chǎn)學研合作團隊，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)進行了重要應用。
盧道華教授團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行推廣應用。
“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。
(記者 唐 芳)
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