本书专门介绍无人水下航行器 (UUV)。众所周知,UUV 家族有两个独立的分支:遥控航行器 (ROV) 和自主水下航行器 (AUV)。每个分支都有其优点和局限性,以及特定的任务。AUV 和 ROV 之间的区别在于,AUV 采用“智能”,例如传感和自动决策。它们在“头脑”中预先定义了操作计划,使它们能够自主执行任务。ROV 由人类借助基于系绳(电缆、光纤等)的通信链路进行远程控制。然而,将 AUV 技术应用于 ROV(将其转变为“智能”ROV)正在减少这两个分支之间的差异。这本书的标题最初有“智能”一词,在我看来,它正确地揭示了 UUV 发展的趋势。因此,AUV 是本书中大多数文章的主题。
(UUV)。UUV 家族有两个独立的分支:遥控机器人 (ROV) 和自主水下机器人 (AUV)。每个分支都有其优点和局限性,以及特定的任务。AUV 和 ROV 之间的区别在于 AUV 采用“智能”,例如传感和自动决策。它们的“头脑”中预定义了操作计划,使它们能够自主执行任务。ROV 由人类在系绳(电缆、光纤等)基础上的通信链路的帮助下进行远程控制。然而,将 AUV 技术应用于 ROV(将其转变为“智能”ROV)正在减少这两个分支之间的差异。书名中原本就有“智能”二字,我觉得这个名字很贴切地揭示了UUV的发展趋势。所以,AUV是本书大部分文章的主题。
海军的开发和采购计划包括两种大型 USV(大型无人水面航行器 (LUSV) 和中型无人水面航行器 (MUSV))的开发计划,以及一种大型 UUV(超大型无人水下航行器 (XLUUV))的开发计划。海军希望开发和采购 LUSV、MUSV 和 XLUUV,作为海军转向更分散的舰队架构的努力的一部分,这意味着将海军的能力分散到更多平台上,避免将舰队整体能力的很大一部分集中在相对较少的高价值舰船上(即避免“把太多鸡蛋放在一个篮子里”的舰船组合)。海军提出的 2024 财年预算要求为 LUSV 项目提供 1.174 亿美元的研发 (R&D) 资金,为 MUSV 项目提供 8580 万美元的研发资金,为 LUSV/MUSV 支持能力提供 1.763 亿美元的研发资金,为 XLUUV 项目提供 1.043 亿美元的研发资金,并为 UUV 核心技术(包括但不限于 XLUUV)提供 7120 万美元的额外研发资金。
用于为海洋中的无人水下航行器 (UUV) 或自主传感系统提供动力的热梯度能量产生技术主要处于研发阶段或以有限的规模商业化应用,而盐度梯度能量产生技术尚未得到充分研究。对适合长期部署的自供电 UUV 的需求日益增长,需要进一步研究小规模海洋梯度能量系统。在本研究中,我们对利用海洋热梯度或盐度梯度能量为 UUV 提供动力进行了全面的回顾,重点关注滑翔机和剖面浮标。基于相变材料 (PCM) 的 UUV 热梯度能量系统无法提供为自主传感系统提供动力所需的能量,因为这些系统的能量转换效率低。除了通过开发更高效的机电系统来降低能耗之外,增强 PCM 的热导率还可以通过提高 UUV 的发电率来帮助应对这一挑战。其他一些新兴技术,如热电发电机、形状记忆合金和小型热力循环系统,已显示出为 UUV 提供动力的潜力,但它们仍处于实验室测试或概念设计阶段。基于盐度梯度、反电渗析和压力延迟渗透的最先进发电技术在经济上仍然不适合大规模部署,主要是因为在恶劣的盐环境中运行所需的组件成本高昂。我们的可行性评估表明,现有的盐度梯度发电技术不能直接为公海中的 UUV 提供动力。
1.引言小型水下航行器使用的电池系统大多为电化学电池或充电电池等化学能源,工作时间只有几十小时到几天。然而,近年来,长期海底侦察等新任务对海底动力系统提出了更高的要求。核电源具有一体化结构紧凑、功率大、工作时间长、可靠性高等特点,可以满足这些需求。尤其是热管冷却反应堆,具有衰变热辐射低、固有反应性控制、无需额外增压系统等优点。综合考虑反应堆尺寸、安全性和运行可靠性,热管反应堆电池系统具有噪声低、压强梯度小、运动部件少等特点,适合用于水下航行器能源系统。
IV. 候选架构 ................................................................................................49 A. 功能分析 ..............................................................................................49 1. 行为分配 ..............................................................................................49 2. 功能需求 ..............................................................................................51 B. 架构综合 ..............................................................................................55 1. 功能架构 ..............................................................................................55 2. 输入 / 输出数据 ......................................................................................64 3. 物理架构 .............................................................................................66 4. 接口定义 .............................................................................................75 C. 性能特性 .............................................................................................78 1. 马尔可夫链 .............................................................................................79 2. 建模范式 .............................................................................................79 3. 仿真分析 .............................................................................................81
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规范 本论文用英文撰写,包括前言,随后用挪威语和英语撰写摘要,符合挪威科技大学硕士论文指南。报告的介绍进一步详述了论文的背景和动机。提供了有关该主题的相关工作的小规模回顾。论文其余部分的大纲也包含在介绍中。论文的主要部分包括文献综述、数学模型描述、强化学习实施和模拟器设置的介绍、模拟结果和实验结果的介绍。最后,进行讨论和总结,并提供进一步工作的建议。源代码和报告的 PDF 版本应随提交以电子方式提供。
海战环境正在迅速变化。美国海军正在适应形势,继续保持其蓝水优势,同时建设棕水能力。无人系统(如无人空中无人机)在应对新战场挑战中发挥着关键作用。无人水下航行器 (UUV) 正在成为海军的海上版空军无人机。与传统的舰载作战相比,UUV 代表了一种低端颠覆性技术,它能够承担越来越复杂的角色,从而打破战场熵的平衡。它们可以改善任务结果,并且成本仅为传统作战的一小部分。此外,麻省理工学院目前正在开发的长期水下电源将使 UUV 的射程和作战续航能力提高一个数量级。安装这些系统不仅能让 UUV 完成新的、以前不可能完成的任务,还能大幅降低成本。我探讨了 UUV 和长期水下电源对海军及其未来行动的财务和战略影响。通过研究当前的海军行动以及 UUV 可以补充或取代潜水员和船只的方式,我确定了使用 UUV 技术降低人员生命风险、降低成本和利用技术学习曲线的方法。我得出的结论是,随着 UUV 的广泛使用,可以立即节省大量成本,而目前的研究投资水平与 UUV 项目的风险和回报相比是不足的。