一种渔业水下机器人的系统设计及模型研究

鉴于目前国外在水产养殖行业中大量应用水下机器人进行监测、保护等工作,而中国对于渔业水下机器人研究应用尚处起步阶段,相应的研究较少。为了填补国内渔业水下机器人研究领域的空白,助力深蓝养殖行业的大力发展。本文针对一种渔业用水下机器人进行设计和研究。通过对几个系统进行研究和优化,设计出针对渔业环境使用的水下机器人;并对水下机器人建立数学模型,使其在水下具有良好的结构稳定性、运动平稳性、水动力性等。然后根据设计要求制造了机器人样机,并模拟水下环境对样机进行耐压、运动等试验。结果显示:机器人完全可以在海水工况下进行各项工作,满足水下作业严苛的环境要求,达到了水下监测和管理的目的。本研究为相关渔业水下机器人的设计及量化生产提供参考。     

基于CFturbo的离心式吸鱼泵设计

传统的离心式吸鱼泵设计基本上是根据设计经验与相似泵推导设计,导致设计周期长且性能参数无法确定。为了更加快速、精确地设计出不同尺寸类型的吸鱼泵,并估算出离心式吸鱼泵的流量、扬程等性能参数,运用CFturbo设计软件进行参数化设计吸鱼泵,通过CFturbo软件建立吸鱼泵的三维模型,并通过软件内置经验函数优化设计,然后通过CFD流体动力学软件进行数值模拟仿真验证,最终设计出符合性能参数要求的离心式吸鱼泵,实现离心式吸鱼泵的快速研发。     

基于模糊PID控制的飞船返回舱打捞水平姿态补偿系统研究

为提高高海况飞船返回舱打捞成功率与安全性,介绍了一种舷侧柔性打捞系统方法原理。针对救助母船运动对拦截臂打捞稳定安全性问题,提出了一种以吊机变幅油缸为执行机构控制拦截臂横摇运动方法,采用传统PID控制方法和模糊PID控制方法分别对打捞水平姿态补偿系统进行模型试验研究,模型试验系统的横摇运动通过摇摆台模拟实现。结果显示:采用传统PID控制受电液比例换向阀反向死区的影响,变幅油缸缩回延时不能及时补偿而严重影响打捞效率,而模糊PID控制能改善控制性能,模型试验系统具有响应速度快、运行稳定可靠特点,模拟六级海况下补偿精度达到±1.3°,能满足高海况打捞要求。该理论方法和试验数据可为原型样机的控制优化设计提供参考。     

高海况漂浮物打捞网具的研究试验

为在高海况下安全打捞落水人员和重要的漂浮物,设计了一种打捞网具。为此研究了打捞过程中船舶行进速度、网口高度、打捞物体吃水深度等参数对打捞网性能影响;通过网具模型试验,模拟网具打捞作业,测试网具在打捞体进网前后力的变化,分析了打捞物体吃水深度与进网匹配性、进网的拖网速度以及网具受到的最大撞击力等。结果显示,试验用打捞体的进网条件受其吃水深度和网具拖速的影响较大。在打捞体吃水深度一定时,打捞体可在拖速≥2.5 kn时顺利进入网内;但当拖速过大,网口垂直扩张系数越小,不利于进网。试验范围内的最大撞击力随着拖速的提高而增大,最大值为27.84 k N。研究表明,网具最大撞击力的参数值对网线材料的选择与强度设计、网具支撑拦截臂架的结构强度计算具有指导意义。     

双浮体波能装置的功率转换特性研究

双浮体波能装置属于漂浮振荡浮子式技术的一种形式,研究其功率转换特性对于波能装置的发展具有重要意义。基于线性波理论和粘性阻尼理论,建立了装置的双自由度受迫振动方程,并以波能装置的外部阻尼作为优化变量,推导了最佳阻尼条件下波能装置吸收的最大功率表达式;采用HydroStar计算功率表达式中的附加质量、阻尼系数和波浪激励力,进一步求解出波能装置所吸收的功率和俘获宽度比,文中还结合实际海况分析了双浮体的主要几何参数变化对波能装置功率转换特性的影响。     

气举泵技术研究进展及在深远海工船养殖中的应用探讨

气举泵是以压缩气体为工作介质,通过气液动量交换作用,实现提升液体或液体固体颗粒混合物的装置.与常规机械泵相比,气举泵具有无机械传动部件、结构简单、耐腐蚀、不受水深限制、初始成本和维护成本低、空间要求小等特点,在使用方面具有一定优势,较早应用于石油、化工、河港口清淤等领域.虽然现阶段相关专家已在气举泵结构设计、工艺参数合...     

真空泵吸鱼过程气液两相流数值分析

为探究真空泵吸鱼过程气液流动机理以及抽气压力对吸鱼速度影响，以某深远海养殖平台真空吸鱼泵为研究对象，基于体积函数法(volume of fluid, VOF)两相流模型，对真空吸鱼泵集鱼装置内部气液两相流动过程进行数值模拟。结果显示：在一定抽气压力条件下，水进入集鱼筒后，产生了水与大量气团组成的泡沫状气液两相混合体，气泡不断聚集并向抽气口方向运动，直至流出抽气口，集鱼筒注满水时间短；管道入口启动速度随着抽气压力的减小不断增大，之后速度波动减小，在-40 kPa～-20 kPa抽气压力条件下，当抽吸时间7 s,管道入口的速度逐渐平稳，当抽气压力≥-15 kPa时，吸水管出现了倒流现象，水沿管道来回晃荡，抽气压力在-40 kPa～-20 kPa范围可确保鱼水混合物顺利抽到集鱼筒内。本研究数值模拟结果可为真空吸鱼泵的抽气压力设计及优化提供参考。     

基于VOF模型的真空吸鱼泵抽吸过程参数影响分析

真空吸鱼泵是水产养殖中用于起捕输送活鱼的一种重要工具，为探究真空吸鱼泵抽气压力、吸程及管道入口流速之间的关系，计算建立5种不同吸程的真空吸鱼泵流道物理模型，应用瞬态VOF方法捕捉不同参数影响下的水气界面气液两相流变化。数值计算结果表明：同一抽气压力下，不同吸程管道的入口速度在0.5 s内迅速增大，之后波动减小，且入口平均速度偏差仅3.4%，吸程对管道入口平均速度几乎无影响；管道内水抽吸至集鱼筒后，充满大量水与气团组成的泡沫状气液混合体，不同吸程下的集鱼筒在t=8 s时均已注满水；吸程为2、3、4、5、6 m的吸鱼泵抽吸过程的所需的临界抽气压力分别为-13、-14、-16、-20、-25 kPa，吸程与临界抽气压力关系拟合为多项式，可得出同一真空吸鱼泵在任意吸程条件下所需最大抽气负压值。     

南极磷虾虾水分离装置设计

为了匹配南极磷虾连续泵吸捕捞系统，改变传统南极磷虾捕捞高损伤、低附加值加工的现状，提升南极磷虾捕捞产业自动化水平，针对新型的南极磷虾连续泵吸捕捞方式后续阶段的虾水分离和传输问题，减少在南极磷虾泵连续吸捕捞输送过程中的损伤，研究并开发了螺旋输送式虾水分离器，对其分离效率和输送速度等参数进行了设计计算和流体分析。结果显示：虾水分离器能够满足连续泵吸设备设计流量下南极磷虾的分离和输送，无大量南极磷虾堆积挤压造成虾体破损，并且能够通过对转轴转速和主体倾斜角的调节，实现泵吸输送变流量条件下虾水混合物的分离。研究表明，本设计可以通过缩放设计和并行布置，以满足不同吨位和布局的南极磷虾连续泵吸捕捞船，为南极磷虾虾水分离实际应用提供参考。