潜水器技术与应用

第1章潜水器工作的海洋环境1

1.1海洋的基本分类3

1.2海洋资源4

1.3海洋资源开发的特点6

1.4各类海洋环境7

1.5潜水器设计过程中需要考虑的海洋环境要素9

1.6海洋声学10

参考文献11

第2章潜水器的基本知识13

2.1潜水器的基本概念和分类15

2.2潜水器的发展历史17

2.2.1早期发展17

2.2.2载人潜水器的发展18

2.2.3无人潜水器的发展21

2.2.4我国潜水器的发展21

2.3潜水器的主要关键技术23

2.3.1遥控潜水器的主要关键技术23

2.3.2无人自治潜水器的主要关键技术24

2.3.3载人潜水器的主要关键技术25

2.3.4复合型潜水器的主要关键技术27

2.3.5水下滑翔机的主要关键技术27

2.3.6深海剖面浮标的主要关键技术28

2.4潜水器的发展趋势31

参考文献32

第3章潜水器设计方法概述35

3.1潜水器设计的一般步骤37

3.2潜水器设计的经验方法39

3.3潜水器设计的四要素法42

3.4潜水器设计的多学科设计优化方法45

3.4.1潜水器多学科设计优化的必要性45

3.4.2多学科设计优化的基本概念及发展历史46

3.4.3多学科设计优化的建模与关键技术49

3.5潜水器设计的可靠性方法53

参考文献56

第4章载人潜水器的总布置设计与总体性能分析59

4.1潜水器的总布置设计61

4.2潜水器的总体性能分析64

4.2.1各阶段研究任务65

4.2.2潜水器阻力分析67

4.2.3潜水器操纵性分析71

4.2.4潜水器潜浮运动分析77

4.2.5潜水器水动力外形优化80

参考文献81

第5章潜水器的结构设计、建造与试验85

5.1结构系统组成87

5.2材料选择88

5.2.1耐压壳体材料88

5.2.2观察窗材料90

5.2.3框架结构材料91

5.2.4轻外壳材料92

5.2.5浮力材料93

5.3耐压结构的设计和制造93

5.3.1耐压结构的形式93

5.3.2载人舱结构设计95

5.3.3载人舱球壳加工制造102

5.4观察窗的设计和制造106

5.4.1观察窗结构分类107

5.4.2观察窗结构设计107

5.5主框架结构设计113

5.5.1主框架结构设计的影响因素114

5.5.2框架结构计算分析118

5.5.3主框架结构的加工制造121

5.6玻璃钢轻外壳设计121

5.6.1玻璃钢轻外壳结构型式分析与选择122

5.6.2玻璃钢轻外壳外载荷和许用应力的确定123

5.6.3玻璃钢轻外壳壳板厚度的计算126

5.6.4玻璃钢轻外壳结构碰撞分析129

5.7舾装设计130

5.7.1外部舾装130

5.7.2载人舱内部舾装131

5.8浮力材料与浮力块设计与制造133

5.8.1浮力块布置与分块134

5.8.2浮力块加工与安装134

5.9结构试验136

5.9.1耐压壳体的结构试验136

5.9.2主框架的结构试验137

5.9.3观察窗试验138

5.9.4浮力块密度测试和水压试验139

5.9.5玻璃钢轻外壳试制样品的水压试验140

参考文献140

第6章潜水器的控制、推进、导航与通信145

6.1潜水器控制系统概述147

6.2潜水器控制系统148

6.2.1载人潜水器上的传感器148

6.2.2载人潜水器上的执行机构149

6.2.3载人潜水器控制系统的设计149

6.3潜水器推进系统154

6.3.1推进系统设计准则155

6.3.2推进系统组成与总体布局156

6.3.3推进器设计157

6.4潜水器的导航与定位系统162

6.4.1水下导航与定位技术简介162

6.4.2潜水器组合导航关键技术165

6.4.3潜水器导航传感器166

6.4.4载人潜水器导航定位系统技术方案171

6.5潜水器的通信系统172

6.5.1光纤通信172

6.5.2无线通信173

6.5.3水声通信174

参考文献176

第7章潜水器的动力与配电177

7.1潜水器的动力系统概述179

7.2潜水器用蓄电池的选择与设计180

7.2.1潜水器用蓄电池类型180

7.2.2国内外知名潜水器电池系统184

7.2.3“彩虹鱼”号11000米级载人潜水器电池系统设计187

7.3潜水器的配电190

7.3.1母船供电潜水器的配电190

7.3.2蓄电池供电的潜水器配电193

7.3.3漏水和绝缘监测196

7.3.4水密电缆及水密接插件196

7.3.5充油接线箱197

7.3.6潜水器的布线197

参考文献198

第8章潜水器的液压与作业工具系统201

8.1潜水器的液压系统203

8.1.1潜水器液压系统的特点203

8.1.2潜水器液压系统的组成206

8.1.3潜水器液压系统的设计208

8.1.4液压系统的系统集成、实验室测试和联调213

8.1.5典型潜水器液压系统简介213

8.2潜水器的作业工具220

8.2.1潜水器的机械手223

8.2.2热液取样器239

8.2.3沉积物取样器242

8.2.4钴结壳取芯器243

参考文献244

第9章载人潜水器的生命支持系统247

9.1生命支持系统的主要技术指标和性能要求249

9.2生命支持系统的组成和工作原理250

9.3生命支持系统的设计要点253

9.4生命支持系统的建造情况255

9.5生命支持系统的运行考核情况258

9.6生命支持系统的操作使用260

参考文献262

第10章潜水器的总装建造陆上联调与水池试验263

10.1总装建造265

10.1.1总装建造的目的和基本要求265

10.1.2总装建造的工作原则和工作内容268

10.1.3总装过程中的质量控制和安全保障268

10.1.4安装项目的检查验收270

10.1.5潜水器部件、设备的称重271

10.2陆上联调271

10.2.1陆上联调的目的和基本要求271

10.2.2陆上联调的主要内容272

10.2.3陆上联调的检测277

10.3水池试验278

10.3.1水池试验的目的和基本要求278

10.3.2水池试验的主要内容279

10.3.3水池试验过程中的质量控制和安全保障284

参考文献284

第11章潜水器的海上试验285

11.1海上试验大纲的编写原则287

11.2海上试验前的准备288

11.3海上试验过程289

11.4海上试验过程中应特别注意的安全事项290

11.5编制应急预案列表292

参考文献301

第12章载人潜水器潜航员的选拔与培训303

12.1国外潜航员选拔与培训的情况305

12.2潜航员选拔的一般要求306

12.3潜航员培训的基本内容309

12.4潜航员的考核312

参考文献313

第13章潜水器的操作与维护315

13.1潜水器正常操作步骤317

13.2潜水器下潜前的准备318

13.3潜水器运行过程中可能的故障及一般处理原则319

13.4潜水器的维护保养326

13.5潜水器的应用操作规程329

参考文献329

第14章潜水器的应用331

14.1海洋资源勘探333

14.2海洋科学研究336

14.3海洋环境监测341

14.4深海打捞救援343

14.5海洋军事应用345

14.6考古、水下观光旅游与水下电影拍摄346

14.7潜水器作业中的主要工具348

参考文献350

附录“蛟龙”号应用操作规程355