驗(yàn)收當(dāng)日，研究人員操作帶動(dòng)力水中主動(dòng)收放裝置收放潛水器。江蘇科技大學(xué)供圖

“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(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)和裝備空白，推動(dòng)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)“船載無人潛水器收放系統(tǒng)”項(xiàng)目，在我國東海海域通過了科技部規(guī)范化海上試驗(yàn)驗(yàn)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(duì)由江蘇科技大學(xué)教授盧道華牽頭。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)在舟山復(fù)雜多變海流情況下，針對上述裝備進(jìn)行了實(shí)船實(shí)況布放與回收試驗(yàn)，分別對自治式潛水器（AUV）、遙控式潛水器（ROV）、水下滑翔機(jī)（AUG）、自治遙控混合式潛水器（ARV）等多種無人潛水器實(shí)施了收放作業(yè)。試驗(yàn)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(jì)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(bǔ)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(huì)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(shí)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(cái)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(xiǎn)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(shí)，母船會(huì)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(xiǎn)。” 盧道華說。

波浪補(bǔ)償技術(shù)通過檢測與預(yù)判波浪引起的母船或裝置運(yùn)動(dòng)規(guī)律，應(yīng)用機(jī)電一體化裝置對波浪引起的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行逆向補(bǔ)償，消除波浪運(yùn)動(dòng)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(jī)器有限公司所屬鎮(zhèn)江輔機(jī)公司技術(shù)副總經(jīng)理葛小明向科技日報(bào)記者介紹，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)了船載多自由度主動(dòng)波浪補(bǔ)償門架吊放裝備，實(shí)現(xiàn)了船上用于收放的基本平臺裝備的平穩(wěn)性；同時(shí)研制了能快速、精準(zhǔn)作業(yè)的遙操作水下機(jī)械手、帶動(dòng)力水中主動(dòng)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(shí)無規(guī)律擾動(dòng)的問題。

“項(xiàng)目提供的波浪補(bǔ)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(xiàng)選擇，多項(xiàng)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(duì)攻克了四自由度補(bǔ)償式門架結(jié)構(gòu)、三自由度補(bǔ)償式轉(zhuǎn)接吊頭結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)的主動(dòng)波浪補(bǔ)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(gè)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(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)，收放系統(tǒng)自動(dòng)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(yùn)維保障操作等功能。

“項(xiàng)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(dòng)波浪補(bǔ)償門架吊放裝備，能在高達(dá)6級海況下工作。波浪補(bǔ)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(jī)械手、抓取式收放籠等裝置，因?yàn)橄鄬ζ椒€(wěn)，才能有效實(shí)現(xiàn)對水中動(dòng)蕩著的無人潛水器進(jìn)行精準(zhǔn)抓取等作業(yè)。機(jī)械手主要用來代替以往的人工下船危險(xiǎn)性輔助作業(yè)，在母船上用人手模擬操作動(dòng)作進(jìn)行作業(yè)；正在計(jì)劃研制的下一代帶波浪補(bǔ)償功能的具有視覺智能的水中作業(yè)機(jī)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(dòng)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(dòng)力水中主動(dòng)收放裝置相當(dāng)于一個(gè)小型動(dòng)態(tài)收放船塢，用吊機(jī)從母船吊放水中后，可自行開出一定距離（纜限）去主動(dòng)回收水中漂浮物，也可靜止不動(dòng)待無人潛水器開入船塢中，然后用吊機(jī)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(jī)器人等，可用抓取式收放籠進(jìn)行快捷方便收放；對無動(dòng)力無人航行器或離船較遠(yuǎn)裝置，如水下滑翔機(jī)等，可用帶動(dòng)力主動(dòng)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(jī)器人等，收放時(shí)用波浪補(bǔ)償?shù)鯔C(jī)收放，用機(jī)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(bǔ)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(shí)際需要，一些歐美國家開始了對具備波浪補(bǔ)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(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷增長，國外相關(guān)方面已在設(shè)計(jì)制造和實(shí)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(bǔ)償總體與系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)與器件依賴國外提供且價(jià)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(jī)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(duì)，以國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(xiàng)目為支撐，歷經(jīng)16年，研究波浪補(bǔ)償理論與方法，建立波浪補(bǔ)償試驗(yàn)系統(tǒng)，開發(fā)具有波浪補(bǔ)償功能的專用系列化新裝備，從而實(shí)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(jì)、制造、生產(chǎn)、試驗(yàn)、評價(jià)、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(duì)以多個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目為支撐，研究波浪運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償理論與方法，建立補(bǔ)償試驗(yàn)平臺與評價(jià)辦法，提出解決波浪運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臏y控問題的新技術(shù)，創(chuàng)立補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方法與制造體系，攻克波浪運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹卮蠹夹g(shù)問題，開發(fā)了具有波浪補(bǔ)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(bǔ)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(dòng)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）