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沈陽(yáng)自動(dòng)化所在海洋觀測(cè)無(wú)人帆船設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面取得新進(jìn)展

2022-05-24 14:01:37來(lái)源：沈陽(yáng)自動(dòng)化所 閱讀量：144 評(píng)論

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導(dǎo)讀：近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所海洋機(jī)器人前沿技術(shù)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)在無(wú)人帆船設(shè)計(jì)方面研究取得新進(jìn)展。

　　無(wú)人帆船是一種以風(fēng)能海洋環(huán)境為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的新型海洋機(jī)器人，適用于長(zhǎng)時(shí)間、大范圍海氣界面觀測(cè)作業(yè)，具有遠(yuǎn)程可控、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、低成本的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的海洋移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)相比，無(wú)人帆船可以實(shí)現(xiàn)低成本的長(zhǎng)航時(shí)、大范圍、高時(shí)空分辨率海洋觀測(cè)，特別是海氣界面的海表氣象數(shù)據(jù)和次表層海洋數(shù)據(jù)等海洋環(huán)境要素的精細(xì)觀測(cè)。
 
　　近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所海洋機(jī)器人前沿技術(shù)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)在無(wú)人帆船設(shè)計(jì)方面研究取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以Towards a General Design Evaluation Tool: The Development and Validation of a VPP for Autonomous Sailing Monohulls為題發(fā)表在海洋工程領(lǐng)域期刊Applied Ocean Research上。
 
　　航行速度是單體無(wú)人帆船的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它對(duì)無(wú)人帆船在海洋科學(xué)任務(wù)中的區(qū)域通過(guò)性、水團(tuán)跟蹤能力和觀測(cè)效率有較大影響。由于單體無(wú)人帆船的船體和龍骨的設(shè)計(jì)通常基于任務(wù)需求，采用傳統(tǒng)的、基于經(jīng)驗(yàn)公式和梯度求解器的速度預(yù)測(cè)程序(VPPs)來(lái)估計(jì)速度性能會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。
 
　　科研人員提出了一種通用的VPP，用于幫助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初始階段有效的評(píng)估特定設(shè)計(jì)在各種風(fēng)力條件下的速度性能?？蒲腥藛T一是創(chuàng)新性地開發(fā)了一個(gè)增強(qiáng)的遺傳算法(GA)求解器，用來(lái)幫助VPP在沒(méi)有先驗(yàn)性能估計(jì)的情況下快速收斂；二是創(chuàng)新性地提出了一個(gè)基于鄰域信息的優(yōu)化(NIBO)策略，在獨(dú)立預(yù)測(cè)每個(gè)外界條件下的性能后，進(jìn)一步利用相鄰狀態(tài)(相同的真風(fēng)速或真風(fēng)角)的鄰域信息加速和優(yōu)化速度預(yù)測(cè)過(guò)程。
 
　　基于“海鷗號(hào)”無(wú)人帆船的數(shù)值仿真和試驗(yàn)證明，該方法可以作為一個(gè)有效的無(wú)人帆船設(shè)計(jì)評(píng)估工具。“海鷗”號(hào)無(wú)人帆船以風(fēng)力作為航行驅(qū)動(dòng)力，用太陽(yáng)能為控制系統(tǒng)和傳感器供電，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)。
 
　　沈陽(yáng)自動(dòng)化所海洋機(jī)器人前沿技術(shù)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)自2018年起對(duì)面向海洋觀測(cè)的無(wú)人帆船的航行機(jī)理、設(shè)計(jì)與優(yōu)化等問(wèn)題展開基礎(chǔ)性研究，并研發(fā)出一型樣機(jī)“海鷗號(hào)”。相關(guān)論文發(fā)表在海洋工程領(lǐng)域期刊Ocean Engineering和Applied Ocean Research上。
 
　　該系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金等大力支持。(海洋機(jī)器人前沿技術(shù)中心)
 


預(yù)測(cè)結(jié)果與海試數(shù)據(jù)對(duì)比
 


“海鷗”號(hào)無(wú)人帆船航速性能預(yù)測(cè)結(jié)果

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