全国海洋航行器设计及制作大赛研究报告.docx
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全国海洋航行器设计及制作大赛研究报告
附表2
序号：
编码：
“全国海洋航行器设计与制作大赛”
作品研究报告
作品名称：
“spy”水下探测跟踪器
学院名称：
航海学院
参赛者：
肖恺，夏润鹏，丰华，程炜健，贾增增，凯伦
类别：
新概念海洋航行器设计
□海洋航行器设计
□舰船模型智能航行
说明
1．参赛者应在认真阅读此说明各项容后按要求详细填写。
2．参赛者在填写参赛作品情况时请选择作品类别，所有参赛队伍均需要填写A表和B表。
3．序号、编码由西北工业大学“全国海洋航行器设计与制作大赛”秘书处填写，请勿自行填写。
4．表项目，请以4号楷体填写，本研究报告可复制。
本表填好后，请于2012年6月20日前将电子版与报名表发送到lxy_dnwpu.edu.，主题为“全国大赛报名+负责人+作品名称”。
5．各参赛队伍另请提交本作品研究报告纸质版一份，且导师意见必须由项目指导老师亲笔手写并签名，装订好并在截止日期前交航海学院实验教学中心（航海西楼305）。
6．其他参赛事宜请向大赛组织委员会咨询。
联系人：
雷老师，，1
：
lxy_dnwpu.edu.
A参赛者及作品情况
队长及项目情况
XX
肖恺
性别
男
年龄
21
学院
航海学院
专业
电子信息工程
现学历
本科
年级
大二二年级级
入学时间
2010.09
作品名称
“spy”水下探测跟踪器
是否涉密
否
密级（非涉密不填）
联系
372557944qq.
其他队员情况
XX
性别
年龄
学历
所在学院
夏润鹏
男
21
本科
航海学院
丰华
男
21
本科
航海学院
程炜健
男
20
本科
航海学院
贾增增
男
22
本科
航海学院
凯伦
男
21
本科
航海学院
作品分类
（√）新型设计类
（）实物制作类
指导老师
导师意见
导师签名
年月日
说明：
1．本表必须由参赛者本人按要求填写；
2．队长原则上应是参赛者中学历最高者，其余参赛者按学历高低排列；
3.导师意见中需注明该作品是否涉密及其原创性。
B.作品研究报告
说明：
1.参赛者可根据作品类别和情况填写，字数不限，不够可加页；
2.本研究报告容包括项目名称、项目背景或选题意义、项目创新点、具体的系统设计原理、支撑作品的现有理论与技术、项目应用前景、对后续工作意见建议、致、参考文献、附图及数据等。
项目名称：
“spy”水下探测跟踪器
项目背景：
众所周知，在强调军事控制的当代，占地球71%面积的海洋对于各国来说也越来越重要。
中国的海洋地理环境与德国、俄罗斯的情形非常相似，在地理上，被一连串的岛屿层层包围，不直接面向大洋，在军事上，被周边多个具备中等能力的海上力量看住。
比当年的德国以及前联更加不利的还有两个因素，一是除最大的战略对手外，中国周边的几个中等海上势力堪与中国相匹敌，且处心积虑地超越中国，他们用仇视的目光紧盯中国，阴谋把中国当成是他们走向大洋的战略垫脚石；二是国家还未实现完全的统一，还有事实上的分裂势力负隅恶斗，中国与周边各国存在着广泛的领土归属与海洋权益之争，周围海上热点众多，时现冲突的苗头。
可以说，中国海上对手之多，相对于漫长的陆上疆界而言，有过之而无不及。
随着时光流失、空间压缩，中国海上周边必将危机频发，无可回避。
在不断应付海上周边的危机中发展，这将是中国海洋武装力量发展的另一个显著的特征。
不可能一帆风顺，这是中华民族通向大洋的战略宿命。
对重要海区进行控制，了解敌军舰艇的部署，对于我军舰艇的安全以及实施对敌方舰艇的打击都具有重要的战略意义。
基于此，我们设想了一种新型的探测器以跟踪敌军舰船。
项目介绍：
所设计的航行器分为两部分：
运载装置与跟踪监视装置，如图1所示。
图1
1、运载装置
整体采用流线型设计，表面铺有一层吸波材料，使用消声网装置，同时可在运行中将振动产生的动能、声能等转化为弹簧的伸缩能量，以降低被敌方雷达或其他检测设备发现的可能性。
尾部采取磁流体推进技术，将水下噪声减到最低。
完成运载任务后，该装置与搭载跟踪监测装置的部分分离，可回收后继续使用。
效果图如图2所示
图2
2、跟踪监视装置
整体采用流线型设计，由核心监测跟踪装置“盾牌”以及搭载部分组成，搭载部分置自导系统控制系统。
“盾牌”安装有永磁吸附系统，在与目标舰船接触后，永磁吸附系统开始工作，“盾牌”装置启动，搭载部分脱离，仅保留较小体积的“盾牌”系统于目标舰艇上。
跟踪监测装置置信号采集处理与收发装置，将各种水下航行参数通过卫星系统传回总部。
其效果图如图3
图3
工作方式：
“spy”水下跟踪监测器可略作修改的鱼雷发射装置发射，首先使用线导找寻目标，当该检测器的自导系统检测到目标舰船之后自动换为自导控制，在该监测器与舰船相对静止之后，检测器靠上目标舰船，同时“盾牌”监测系统与母体分离，留在舰船外壳上，进行对敌舰收发信息的截获和对敌舰位置的实时监控，母体则由线导系统控制回收。
作品创新点：
1、可回收设计，降低成本
2、表面附着吸波材料，使用消声网装置
3、采取磁流体推进，水下噪声降到最低
4、模块化设计，各模块在不同时期分担不同的职能
5、带有自毁系统，避免信息泄露
6、携带高能炸药，可对关键部位实施定点打击
系统构成：
1、动力推进系统
采用由小堆AIP系统和永磁同步电力推进系统组成的高效动力系统，最大限度的提高常规水下航行器的水下续航力。
其基本原理是通常情况下，小堆AIP系统与水下航行器主动力系统脱不开而不使用，由蓄电池组或柴油机发电机组给永磁同步推进电机供电，在需要长时间水下续航时，由小堆AIP系统给永磁同步推进电机供电使电机在低速情况下运行，同时多余的能量给蓄电池组充电，在需要高速航行时，由小堆AIP系统与蓄电池组并联给永磁同步推进电机供电。
2、运载装置导航控制系统
采用线导与自导相结合的方式，首先使用线导找寻目标，当该检测器的自导系统检测到目标舰船之后自动换为自导控制。
线导系统由舰艇上的声纳、指挥系统、发射显控台、传输导线和航行器上的线导系统及相关部分组成。
自导系统采用被动式声自导系统，尽可能降低被敌方侦测到的几率。
3、吸附系统
针对吸盘的设计，我们对比了各种不同的吸附设计，以下是对比表格
经过对各种吸附方法的对比，对水下航行器人能在水下船体表面实现长期吸附的功能，永磁吸附是具有实际意义的。
永磁吸盘是利用磁通的连续性原理及磁场的叠加原理设计的，永磁吸盘的磁路设计成多个磁系，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的相加或相消，从而达到吸持和卸载的目的。
永磁吸盘的磁路设计有2个磁系，磁系分为活动的和固定的两部分。
改变活动磁系状态，使工作极面分别处于磁场叠加或产生反向磁场，磁场被抵消的状态。
同时，在永磁回路中，为减少磁阻，增大工作极面关键部位的磁通密度，采用了一些软磁材料作为磁轭。
4、信号发射接收系统
信号接收装置接收信号，采用数字处理芯片模拟海底噪声的特点以及时序特征处理处理伪装信息，定时发射信号，由卫星装置接收信号传送回陆地上的监测站，对信号进行破解还原后得到水下航行器的各项航行参数。
5、自爆系统
航行器的自毁是航行器的重要组成部分，它具有非常重要的军事及民用价值。
航行器自毁系统主要是实现航行器在非正常航行状态时的可靠自毁。
当航行器按正常状态航行，自毁装置不发生动作，如果出现异常可以通过外部的航行状态参数传感器及自毁电路控制自身自毁。
同时我们在自毁装置的基础上加入了高能炸药，与自毁系统组成自爆系统，必要时可以起对敌舰实施定点打击。
我们准备使用CPLD实现这一要求。
通过设计的CPLD电路，当航行器被敌方发现而脱离目标舰船时，启动自爆。
应用前景:
此平台可以隐蔽地标记地方舰艇的位置坐标甚至所部水雷的位置坐标，降低了自身危险性，增大了活动围，为我方战斗提供重要信息。
该航行器的隐蔽性使它更能够适应于水下侦察任务。
在敏感海区、争议海区或可能的未来海战场,由于种种原因,常规海上军事力量无法收集信息和侦察目标;或者在潜艇无法活动的浅水区域,需要一些秘密装备或者无人系统能够渗透到上述地区进行搜集情报、监视和侦察，该航行器无疑是最好的选择。
在危险度很高,环境状况随时变化的浅海,该航行器可以长时间、自主地进行隐秘性工作,搜集敌方的情报。
该航行器配备的自毁系统可以有效预防被敌方捕获破解重要信息，甚至可以对舰艇的重要部位进行致命打击，使其失去作战能力。
参考文献：
[1]宋保维,光.水下航行器现代设计理论与方法.：
西北工业大学，2004
[2]涛,明雍,周良荣.自主水下航行器的研究现状与挑战.火力与指挥控制，2010（6）
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[4]亚旭.晓林 船舶磁流体推进与高温超导 [期刊论文] -船电技术2009（8）
[5]王淑文 基于CPLD的数字系统设计 [期刊论文] -现代电子技术2007（12）
[6]袁夫彩.孟庆鑫.王立权 水下船体表面清刷机器人移动机构的研究 [期刊论文] -工程大学学报2004
（2）
[7]石秀华，王晓娟.水中兵器概论（鱼类分册）.：
西北工业大学，2005
[8]鹏，玉才.水中兵器概论（水雷分册）.：
西北工业大学，2005
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