水下深潜装置的关键技术
深潜器：揭开海底神秘面纱
新的声成像 声呐系统 、摄 影机 、录 像机 、电视系统 、机 械手 以及各种 自动测量仪 器 。它能够 对 ６ ５ ０ ０米深 的海
洋斜坡和大断层进行调查 ，并 对地震 、海啸等情况进行 了研究 ，至 今已下潜 了 １ ０ ０ ０多次 。２ ０ １ ５年 ２月 ，日本
深潜器 ，是指具有 水下 观察和作业能 力的活动深潜 水装置 ，是深 海资源勘查 和科学研 究的基 本运载 工具 。 深潜器分 为载 人和 无人两大类。在无人潜水器 中 ，遥控 式潜 水器 （ ＲＯＶ ）可 以进行大 功率 、长时 间的水 下 工 作 ；自治式潜水器 （ Ａ ｕｖ ）适合于大面积海底勘测 ，并 提供准确 、高质量的有效数据。载 人潜 水器 （ ＨＯＶ）则
海龙号 ：２ ０ ０ ９年 １ ０月 ， “ 海龙号 ”无 人遥控潜水 器 （ 简称 “ ＲＯ Ｖ” ）首次在 东太平洋海隆区域观察到罕
见的巨大黑烟囱 ， 用机械手获取了热液 黑烟 囱样品 ，并 搭载了部分 大洋探测 设备 ， 获取 了宝贵 的资料 。这一发
现标志着我国成为国际上少数 能使 用水下机 器人开展洋 中脊热液调查和取样研 究的国家之 一 ，同时也标志着我 国 ＲＯ Ｖ技术从性能和控制 方式上超越了国际同类型潜 水器 ，总体 眭能达到世界领先水平。
蛟龙号 ：２ ０ １ ２年 ７月 ，我国首台 自主设计 、自主集
里的很 多镜头就是它们探测的片段。
日本 ：１ ９ ８ ９ 年 ，日本制造的 “ 深海 ６ ５ ０ ０ ”深潜器 ，
长９ ． ５米 ，重 ２ ５吨 ，可乘 员 ３人 ，作业 水深 ６ ５ ０ ０米 ，
水下连续作业时 间在 ６ 小时 以上。该深 潜器上装备有最
重６ ０ ０公斤 ，能在水下 ３ ０ ０米处工作 ；另一种重 １ １ ０ ０公
人类如何探索深海？
人类如何探索深海？深海对于人类来说一直是一个神秘而又充满未知的领域。
如何探索深海一直是人们关注的焦点话题。
而近年来，随着技术的不断进步和人类的勇气和探索精神，探索深海的距离似乎越来越近了。
那么，人类如何探索深海呢？下面就来一起看看。
一、深潜技术深潜技术是人类探索深海的重要手段。
随着深潜技术的发展，现在人类已经可以潜至水深数千米的深海区域进行探索。
深潜技术主要包括有人深潜和无人潜水器两种形式。
有人深潜主要是利用高科技装置使得人员得以在深海中进行观察和研究。
而无人潜水器则是一种用于探测、观察和采样深海环境的机器人，能够深入到6000米的深海。
无人潜水器相比于有人深潜，重要的优点是可以做更深更长时间的工作，能够进行长时间连续的观测和采样。
二、海底探测技术随着科技的不断发展，海底探测技术已经越来越成熟并广泛应用。
比如，声纳技术利用水声的传播来获取海底地形和水体物理参数，深海着陆器可以借助接收设备、探针，在地球表面之下搜集数据，通过海底探测技术，人类可以了解到深海的地貌、物理、化学、生物等多重状态参数，取得更多的深海数据。
三、全球深海监测网全球深海监测网是指一种能够实现全球深海栖息地和生态系统联动监测的重要网状网络平台。
这个系统可以用来实时获取深海环境异常情况和采用深海资源，深入了解深海环境。
全球深海监测网络的建设有助于加强全球范围内的深海环境的观测、资料共享和应用，促进深海环境的保护和利用的可持续性。
四、机器人的应用机器人在深海探测中的应用愈来愈多，比如，深海水下机器人、深海工作机器人等。
机器人可以作为探测手段，能够获取深海环境的多种信息，而且具有灵活性、精度高、适应性强等优势，能够完成深海海底的复杂环境探测、监测和样品采集工作。
同时，机器人还有很大的应用前景，能够实现对深海环境的长线路探测和观测，为我们更好地认识海底环境和资源、生命的分布和多样性、深海环境的变化产生了更丰富的信息。
五、深海科学家的努力在探索深海的过程中，深海科学家是关键因素之一。
蛟龙号潜水器物理知识
蛟龙号潜水器物理知识
蛟龙号潜水器是中国自主研制的载人深海潜水器，它能够下潜到7000米的深海区域进行科学研究和资源勘探。
蛟龙号潜水器的下潜原理主要依靠水的浮力和球astatic原理。
在下潜过程中，蛟龙号潜水器通过舱内的大量钢铁球astatic
水池按照需要加水或排水。
当需要下潜时，水池内的钢铁球舱加水使得整个潜水器的总体密度增加，从而增加潜水器的下沉速度；当需要上升时，水池内的钢铁球舱排水，减少潜水器的总体密度，从而减小潜水器的下沉速度。
蛟龙号潜水器还采用了一系列的物理原理和技术来确保其在深海环境下的稳定和安全。
例如，由于深海水压极大，蛟龙号潜水器需要采用特殊的材料和结构来承受巨大的压力。
潜水器内部的舱室需要密封严实，以防止水压对其造成破坏。
此外，蛟龙号潜水器还配备了各种传感器和设备，用于观测和记录深海环境的各项物理参数，如温度、压力、水质等。
这些参数的测量对于科学研究和资源勘探非常重要。
总的来说，蛟龙号潜水器的下潜原理主要基于浮力和水池球astatic原理，而其稳定和安全则依靠特殊的材料和结构以及各
种传感器和设备。
这些物理知识的运用使得蛟龙号能够顺利完成深海任务，并为深海科学研究做出了重要贡献。
深海潜水器耐压结构关键技术及应用
深海潜水器耐压结构关键技术及应用深海潜水器是一种能够在极端高压环境下进行科学探测和资源开发的工具。
由于深海水压随着水深的增加而迅速增大，深海潜水器的耐压结构设计成为其关键技术之一。
本文将对深海潜水器耐压结构的关键技术及应用进行探讨。
一、耐压结构的重要性深海水下的压力巨大，水深每增加10米，压力增加约1个大气压。
因此，在深海潜水器设计中，耐压结构的设计非常重要。
合理的耐压结构可以保证潜水器在高压环境下能够正常工作，确保潜水器和搭载的设备的安全。
二、耐压结构的关键技术1.材料选择：深海潜水器的耐压结构需要使用能够承受高压的特殊材料。
一般采用高强度、高硬度、耐腐蚀的材料，如钛合金、高强度钢等。
这些材料具有良好的耐压性能和抗腐蚀性能，能够在深海环境中长时间稳定运行。
2.结构设计：深海潜水器的耐压结构设计需要考虑多方面的因素，如结构强度、稳定性、密封性等。
在结构强度设计中，需要考虑不同部位的受力情况，合理布置支撑结构和加强筋，以增加整体强度。
在密封性设计中，需要采用可靠的密封材料和密封方式，确保潜水器内部的设备和人员不受深海高压的侵害。
3.连接方式：深海潜水器的耐压结构需要采用可靠的连接方式，以确保结构的完整性和密封性。
常见的连接方式有焊接、螺纹连接、法兰连接等。
这些连接方式需要经过严格的测试和验证，确保其在高压环境下的可靠性。
4.降压装置：深海潜水器在从深海返回海面时，需要通过降压装置逐渐减小压力差，以保护潜水器和搭载设备的安全。
降压装置一般采用可控的阀门或泵，通过控制流体的流动速度来实现压力的缓慢降低。
三、耐压结构的应用深海潜水器的耐压结构广泛应用于深海科学研究、资源勘探和海底工程等领域。
深海科学研究中，潜水器可以搭载各种科学仪器，对深海生物、地质和环境等进行观测和采样。
资源勘探中，潜水器可以用于油气田勘探和矿产资源勘查。
海底工程中，潜水器可以用于海底管道的铺设和维护、海底电缆的敷设等。
深海潜水器的耐压结构关键技术及应用是深海科学研究和资源开发的重要基础。
载人深潜技术
1.载人深潜技术的战略意义21世纪是海洋的世纪。
随着陆地资源的消耗与枯竭，开发利用海洋资源将是未来全球竞争的焦点领域。
深海油气、海底可燃冰、深海多金属结核、水下富钴结壳、深海热液硫化物等自然资源富集，引发世界各国对深海探测的关注。
受战略需求牵引，海洋大国正在形成从先进水面支持母船，到可下潜1000~11000米的载人/无人深海潜水器，以及探测、作业技术与装备的综合谱系。
载人潜水器作为一种深海运载工具，将科学技术人员与工程技术人员、各种电子装置与机械设备等快速、精确地运载到目标海底环境中，遂行高效勘探测量和科学考察任务。
载人潜水器成为人类开展深海研究、开发和保护的重要技术手段和装备，支撑并推动了深海探测领域的重大进步。
2.载人深潜国际发展态势早在1960年1月，“的里雅斯特”号载人潜水器就到达了太平洋的马里亚纳海沟（深度10913米），但彼时距离认识深海、利用深海尚有较大距离。
海洋大国从20世纪80年代起，完成了多艘6000米级深海载人潜水器的研制。
2000年以来，有关深海载人潜水器的研究重新活跃起来，特别是全海深（万米级）载人潜水器的研制，引发了新一轮行业技术发展。
☝世界主要深海载人潜水器的发展历程根据海洋技术协会载人潜水器委员会的统计，2018年全球载人潜水器活跃数量为160艘，可提供1624个载人座位；其中38艘应用于援潜救生，122艘应用于科学研究、商业作业、观光旅游等。
☟现役载人潜水器（工作深度＞1000米）3.我国载人深潜发展及成就充分发挥社会主义市场经济条件下科技创新的新型举国体制优势，组织国内优势技术单位进行联合攻关，突破“载人深潜”关键技术体系，辐射带动深海装备领域的技术发展。
经过近20年的持续努力，我国在载人潜水器领域已经建成完整的技术链条和应用体系，形成了三大里程碑。
3.1.“蛟龙”号载人潜水器创造7062米中国载人深潜记录2002年，国家863计划启动了“蛟龙”号载人潜水器的研制工作；2008年初“蛟龙”号具备出海试验的技术条件；2009—2012年，分别完成了1000米级、3000米级、5000米和7000米级海上试验任务，最大下潜深度达到了7062米。
深海潜水器的结构设计及工作原理演算
深海潜水器的结构设计及工作原理演算深海潜水器是一种专门设计用于深海探测和研究的设备，它能够承受深海极端的水压，并能携带科研装备进行观测和样品采集。
深海潜水器的结构设计和工作原理对其性能和操作安全至关重要。
一、深海潜水器的结构设计1. 强化外壳深海潜水器的外壳必须能够承受极高的水压，以保护内部的仪器设备和乘员安全。
一般来说，外壳采用高强度耐压材料，如钢铁合金或者高强度复合材料。
外壳的结构必须具备足够的强度和刚度，以防止在深海环境下由于水压巨大而发生变形或破裂。
2. 压力补偿系统深海潜水器在下潜过程中，水压会随着深度的增加不断增加。
为了保证舱内的环境安全和相对稳定的水压，潜水器需要配备压力补偿系统。
该系统通过向舱内注入适当的气体，使舱内气压与外界水压保持平衡。
这样一方面可以减小潜水器外壳的应力，另一方面可以保证潜水器内部的设备和乘员能够正常工作。
3. 推进系统深海潜水器需要具备自主推进的能力，以便在深海中进行巡航和定点悬浮等操作。
通常，推进系统包括多个水推进器和控制系统。
水推进器通过向后喷射水流产生推力，从而推动潜水器前进或者保持在定点悬浮状态。
控制系统则负责控制水推进器的运行和动力调节，以实现潜水器的精确控制。
4. 深海采样和观测设备深海潜水器的主要任务之一是进行深海生物、地质和海洋环境的采样和观测。
因此，潜水器上需要配备适当的采样器和观测设备。
采样器可以用于采集深海生物样本、沉积物和水样等，而观测设备可以用于测量水温、水压、水质、地质地形等参数。
这些设备需要与潜水系统相连，以确保科学家能够获得准确的数据和样本。
二、深海潜水器的工作原理演算1. 下潜过程深海潜水器通常通过浮力控制下潜过程。
在开始下潜前，潜水器可以通过在舱内注入适量的球astatine气体或通过水泵泵入某些部分，减小潜水器的总体密度，使其比水重，从而产生向下的浮力。
潜水器会逐渐下沉，直至与水平再平衡。
2. 压力平衡当深海潜水器下潜到一定深度时，外界的水压将逐渐增大，此时需要通过压力补偿系统来平衡舱内和外界的压力。
深潜科技在深海资源开发中的应用
深潜科技在深海资源开发中的应用深海无疑是世界上最神秘和最不为人知的海洋之一。
不仅是由于深海的环境和温度极端，而且由于深海的底部存在着大量未知的生命和资源。
深潜技术是一项可以让人们深入深海并探索其秘密的技术。
在深海资源开发中，深潜技术已经变得越来越重要。
一.深潜技术介绍深潜技术是指一种能够让人类在深海中进行长时间生存和工作的技术。
这种技术不仅仅包括潜水服和设备，而且还包括深海探测和研究设备。
随着科学技术的发展和创新，深潜技术也得到了极大的发展和进步。
目前常用的深潜设备包括深海潜水器和飞行器。
深海潜水器一般被分为人员深潜器和载人深潜器两类。
人员深潜器一般用于深度较浅的海域内对海底进行观测和勘察，而载人深潜器则可以进行更加深入的探测和调查。
飞行器则是在深海里漂浮和飞行的小型无人机。
这种小型无人机可以在深海里远距离飞行，并制定全球海洋地形图和海底地质构造图。
二.深潜技术在深海资源开发中的应用1.矿产开发深潜技术在深海矿产开发中可以发挥重要的作用。
根据目前的研究和调查发现，深海底部存在着丰富的矿产资源，如锰结核矿、海底钻石、大型金属硫化物矿等。
这些资源的开采需要深潜技术的支持。
利用深潜设备能够让工程师和科学家深入到海底，进行矿石的取样和矿床勘探，还可以更深入地对海底矿产资源的地质情况进行研究和探测。
2.海洋生产力开发除了矿产资源，深海还拥有很高的潜在生产力。
生产力包括海洋微生物和浮游生物的数量和种类等生物信息。
这些生物信息对生态系统和环境的研究有着重要的意义。
现在，许多研究人员都在使用深潜技术来探测所谓的“生物热点”，这是指深海底部生态系统中的短暂但高度生产力的区域。
如果能够了解生物热点是如何形成的，研究人员就可以更好地保护和利用这些生物资源。
3.环境保护深潜技术在深海环境保护方面也具有很大的应用。
在深海中进行人为活动，如油气开采和废物倾倒等，必然会对深海的生态环境造成严重影响。
利用深潜技术可以及时地对深海中的环境变化进行监测和描述，还能利用现场采集的样本对海洋污染和生态系统状况进行分析和评估。
无人潜水器实现深海探测的关键技术
无人潜水器实现深海探测的关键技术无人潜水器 (Remotely Operated Vehicles, ROVs) 是一种能够在水下进行探测和操作的远程设备。
随着科技的不断进步，无人潜水器在深海探测中发挥着越来越重要的作用。
本文将从三个方面介绍无人潜水器实现深海探测的关键技术。
一、潜水器结构与材料技术无人潜水器的结构与材料技术是实现深海探测的基础。
首先，潜水器需要具备稳定的结构，能够耐受高水压和恶劣的环境条件。
为此，潜水器通常采用高强度、耐腐蚀、轻量化的材料，如钛合金和复合材料，确保潜水器在深海中能够长时间稳定运行。
其次，潜水器还需要具备高度灵活性和机动性，以适应不同深度的探测任务。
为了实现这一点，潜水器通常采用多关节、可伸缩的机械臂和推进器。
这些机械装置能够根据需要调整形状和方向，从而更好地完成深海探测任务。
二、传感器与成像技术无人潜水器在深海探测中需要借助各种传感器来获取环境信息和目标数据。
其中，水下声纳传感器是实现深海探测的重要工具之一。
水下声纳传感器能够通过声波在水中传播的方式，获取大量环境和目标信息，包括水温、水压、海底地形等。
它的高分辨率和良好的穿透性使得潜水器能够更好地了解深海环境。
此外，潜水器还需要搭载摄像机和光学传感器，用于进行水下成像。
光学传感器能够捕捉高清晰度的图像和视频，帮助科研人员观察海洋生物和地质特征。
同时，红外热像仪等先进传感器的应用，还使得潜水器能够在极低光照条件下进行探测和拍摄工作。
三、通信与控制技术无人潜水器需要通过高效可靠的通信系统与地面指挥中心保持联系，以便远程操控和数据传输。
为此，潜水器通常采用声波、电磁波和无线电波等多种通信手段。
其中，声波是深海通信的主要方式，由于在水中传播的效果更好。
声波通信能够实现双向传输，使潜水器能够接收指令并将数据传回地面。
控制技术是保证无人潜水器安全运行的关键。
潜水器的控制系统应具备较高的自主性和智能化水平，能够适应各种复杂的水下环境。
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水下深潜装置的关键技术
一、“蛟龙”号［1]
“蛟龙号"载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,设计最大下潜深度为7000米级，也是目前世界上下潜能力最深的作业型载人潜水器。
“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。
“蛟龙"号的三大技术突破：近底自动航行和悬停定位、高速水声通信、充油银锌蓄电池容量。
1、“蛟龙"号可稳稳“定住”
“蛟龙”号可以完成三种自动航行:自动定向航行，驾驶员设定方向后，“蛟龙”号可以自动航行，而不用担心跑偏；自动定高航行，这一功能可以让潜水器与海底保持一定高度，尽管海底山形起伏，自动定高功能可以让“蛟龙”号轻而易举地在复杂环境中航行，避免出现碰撞；自动定深功能，可以让“蛟龙”号保持与海面固定距离。
此外，“蛟龙”号还能悬停定位.一旦在海底发现目标，“蛟龙”号不需要像大部分国外深潜器那样坐底作业，而是由驾驶员行驶到相应位置, “定住”位置，与目标保持固定的距离，方便机械手进行操作.在海底洋流等导致“蛟龙"号摇摆不定，机械手运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下,能够做到精确地“悬停”令人称道。
在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能.
2、深海通信靠“声”不靠“电磁”
陆地通信主要靠电磁波，速度可以达到光速。
但这一利器到了水中却没了用武之地，电磁波在海水中只能深入几米。
“蛟龙”号号潜入深海数千米，如何与母船保持联系？
科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术，采用声纳通信。
这
一技术需要解决多项难题，比如水声传播速度只有每秒1500米左右，如果是7000米深度的话，喊一句话往来需要近10秒，声音延迟很大；声学传输的带宽也极其有限，传输速率很低；此外,声音在不均匀物体中的传播效果不理想，而海水密度大小不同，温度高低不同，海底回波条件也不同，加上母船和深潜器上的噪音,如何在复杂环境中有效提取信号难上加难.
据悉，“蛟龙"号上装载的高速水声通信技术由中国科学院声学所研发，能够适时传输语音、文字和图片,这是国外绝大多数载人深潜器所没有的。
3、世界深潜器最大容量电池之一
“蛟龙”号深海要生存近十个小时，还要不停运动和作业，但又不能携带太重的燃料，因此能源供给是个大难题。
“蛟龙”号搭载了完全由我国自主研发的大容量充油银锌蓄电池，电量超过110千瓦时，这也是目前国际潜水器上最大容量的电池之一，“蛟龙”号可以有更长的水下工作时间和更多的仪器运作。
目前，日本的潜水器蓄电池为86千瓦时,法国、美国均为50多千瓦时,只有俄罗斯的深潜器可以与之媲美。
国外部分载人深潜器采用银锌蓄电池，但国内尚未应用过。
银锌蓄电池采用充油的方式放在蓄电池箱内，减轻了“蛟龙”号的重量.
在高压环境下，大容量电池供电时可能产生一定量氢气,威胁“蛟龙”号安全.为此，“蛟龙”号同时选用了两个不同厂家进行产品试验，再进行改进，最终将析气量控制在规定范围内。
二、其他深潜器
1、载人深潜器关键技术
深海载人深潜器涉及许多高新技术，其主要的关键技术有[2］：
模块化、集成化的总体技术，包括大深度潜航器整体结构优化技术、水动力性能和控制综合优化技术及仿真技术、系统工程优化技术和作业系
统与潜航器本体的集成技术等;
●重量/排水体积比低的高强度合金耐压壳结构建造工艺以及比强度高的
复合新材料应用的可靠性技术；
●无动力上浮下潜系统（运动特性和运动仿真）技术；
●海水泵流、特殊作业工具等潜航器特种装置（推进、液压）技术；
●潜航器舱内小环境（温度监测、控制、空气浓度监测、供应、控制)下生
命支持系统和行为科学技术;
●水下动力源（比能量高、比容量低的闭式循环热气机）技术；
●满足低阻水动力特性且耐腐蚀、比重低、易加工的深海浮力材料，包括
制造工艺、无机物的高温发泡、材料的结构性能与测试等技术。
除上述关键技术外，还有起吊回收、导航定位和通讯传输等支撑技术也需要深入研究开发。
2、无人深潜器关键技术
不同用途的无人潜航器具有的关键技术是不一样的，对于深海作业型无人潜航器，其关键技术主要有如下几项［2］：
●大深度技术。
包括密封、电缆阻力、远距离能源传输和通讯、水下动力
机械及作业机械等技术；
●水下定位技术。
主要解决潜航器的平面位置和水下深度的位置，需要建
立一个以母船为基准的坐标系，为潜航器准确定位；
●动力定位技术.主要解决潜航器在走航和作业时的自动定深、自动定高和
动力定位问题；
●智能技术。
包括作业目标的自动搜索与识别、自动避障、自动规划技术
等，自主式无人潜航器的一些成果可以运用到遥控式无人潜航器系统上
来；
●导航与视觉技术。
这项技术对深海无人探测作业至关重要,主要包括深海
水介质中的近景摄影测量装置与技术，复杂地形和景物环境的高分辨率
声呐成像技术，适用于深海无人潜航器的计算机视觉理论与方法，用计
算机视觉信息控制无人潜航器的技术方法，有效利用深海地形信息的导
航技术等；
水下作业机械手。
除了要求它具有耐高压高温、耐海水腐蚀、能量消耗小、易于操作、在恶劣海况下安全作业的性能以及重量轻、体积小的特
点外，深海无人潜航器及其机械手还要求具有耐热性能，水下取样器也
要求能满足恒温、恒压，以使所取样品保持其原有的温度、压力等条件。
3、小结
深海潜水器的关键技术按技术要素基本可以分为八类，即耐压壳及结构、浮力材料、动力系统、作业及控制、运动及控制、导航定位、通信、布放及回收八大关键技术，这是载人和无人潜器共同的[3］。
而其中潜水器结构技术是关系到潜水器能否承受深海高压及保证潜水器总体性能的首要关键技术。
主要涉及到结构屈服强度、稳定性、局部开口强度、疲劳强度等多个方面.这也是由耐压结构在整个系统中所起的功能决定的，其主要功能是承受深水压力，保证舱室人员和各种设备的正常工作［3］.
参考文献
[1] 南方日报. “蛟龙”号三大尖端技术：可用水下声波传输图片. 2011,8,15.
[2] 刘淮. 国外深海技术发展研究(三).船艇Ships & Yachts. 2006,262.
[3] 潘涛. 深潜器耐压结构强度分析与优化设计[D],哈尔滨工程大学,2010,硕士论文.。