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2014学校科技进展巡礼
作者
佚名
来源
工学周报
点击数
更新时间
2015-01-16

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科学研究是向研究型大学转型升级的先行军。2014年,学校科技工作继续全面贯彻落实第三次党代会精神,以“一提三优”(二期)工程的实施为统领,坚持“顶天立地”的科技工作发展理念,坚持“强化基础、拓展特色、强军扩民、协调发展”的科技工作指导思想,持续推进科技发展转型升级工程,科技各项关键指标实现快速增长,学界影响力不断提升,高水平成果产出取得新突破。2014年签订科研项目849项,合同经费8.23亿元,同比增长18%,一大批科研项目取得重要进展。经学院推荐,学校遴选出“DP3动力定位系统”等10个项目,浓缩展示2014科技进步的历程。

DP3动力定位系统自主研制成功

动力定位系统是高端船用设备,科技含量高、附加价值大,在全船设备价值中占较大比重。7月,由我校承担的工信部高技术船舶与海洋工程专项重点项目“DP3动力定位系统研制”项目通过了工信部验收,标志着我国首套自主研制的DP3动力定位系统研发成功。

该项目在研制过程中解决了多个重大技术问题,突破了DP3级动力定位系统实船区域控位技术,提出有约束多目标优化的非线性模型预测满意控制方法,国际上首次提出了陆基模拟船舶海上六自由度运动特性的DP3系统调试新方法等。该项成果整体性能指标达到国际同类产品先进水平,填补了国内DP领域的一项重要空白,是我国在最高级别动力定位系统领域取得的重大工程化突破,为DP3动力定位系统打破国际垄断、走向产品化和产业化奠定坚实基础。

深海高精度超短基线定位系统装备蛟龙号潜器

超短基线定位系统是现代海洋调查作业船只必不可少的基础性水下定位保障设备,为配备水声应答器的水下各类载体(ROV、AUV、HOV及各类拖体)提供水下高精度定位服务。

我校研发团队自2002年起,在两期科技部“863”项目和海洋局大洋专项支持下,创新地发展了由“声学换能器基阵设计与阵元误差校准技术”、“宽带声学信号设计与抗干扰检测技术”和“系统安装偏差标校及定位精度评估技术”等一系列具有自主知识产权的关键技术构成的超短基线定位系统完整技术体系。研制了国内首台深海超短基线定位系统样机。该系统已成功为“科学号”、“大洋一号”、“向阳红09”3条科考船的深海科学考察任务提供高精度定位服务。在2014年 “蛟龙”号科考任务中,系统更因稳定可靠的定位功能备受瞩目。该项技术的突破,打破了长期以来国外声学定位技术的垄断格局。

实验快堆仿真系统技术达到国际先进水平

中国实验快堆(CEFR)是国内研究建设的首座钠冷快堆,结构复杂,技术密集。开发实时准确仿真实验快堆的全范围仿真系统,技术复杂,技术难度大。

我校核动力仿真研究中心和中国原子能科学研究院快堆工程部合作,历经4年,投入200多人力,突破了CEFR系统仿真总体技术、六角形组件快堆堆芯物理、钠池及一回路主冷却系统、钠水工质中间回路主冷却系统、直流蒸汽发生器、能动与非能动专设安全设施的实时仿真建模技术,解决了众多非线性程序数值求解技术、多物理场多程序耦合求解稳定与收敛技术,独立自主研发了72个子系统仿真程序以及相应的仿真控制台屏,完成了国内首套钠冷快堆全范围实时仿真系统。系统包含多个始发事件和1000多个通用故障点,可预测仿真I-IV类工况中的正常和多重事故工况,形成了快堆实时仿真系统的设计文件和规范。

本研究成果已用于中国实验快堆的调试、运行,预测了应急停堆、大功率甩负荷等瞬态的系统特征,提出了运行建议。经鉴定,该项目总体水平处于国际先进水平,可推广应用于快堆核电站的研究、设计、调试、运行,具有重大的社会经济效益。

海洋探测智能潜水器(AUV)完成2000米深海试验

“海洋探测智能潜水器(AUV)工程化”项目由工信部高技术船舶与海洋工程专项支持,我校与深圳海油工程水下技术有限公司共同承担。10月,顺利完成南海2000米深潜试验,成功完成了复杂海洋环境中的AUV布放回收,300米水深海底定高跟踪的自主航行与海底地形地貌的自主测绘,2000米极限潜深的作业能力测试,2000米潜深下水声通讯、超短基线与母船实时信息交互等试验内容,实现了海洋油气管道的自主探测、海底表面特征测量、海底地形地貌的探测扫描和海底浅层剖面测量等技术目标。这是国产AUV在海洋工程中的首次深海示范应用。

海洋探测智能潜水器(AUV)的工程化及南海的2000米深潜试验成功完成,为海洋工程,特别是深海油气工程的前期考察、施工监测和后期维护检测等工作提供了海洋自主探测系统,有助于提升我国在该技术领域的研究、设计和制造水平,进一步加强我国的深海探测与作业能力,带动国内海洋探测行业向“高精尖”发展,加速我国向深远海进军的进程。

振动噪声主动控制技术研究取得重要突破

柴油机及各种动力机械是船舶振动噪声的主要来源之一。传统的被动减振技术对高频振动控制效果显著,而对低频振动的减振效果不明显。因此低频振动控制一直是船舶动力装置减振技术亟待突破的瓶颈问题,振动主动控制技术由于其对低频振动控制的有效性,是目前振动工程领域的研究热点。

我校科研团队多年来针对船舶典型动力装置的振动噪声主动控制技术进行了不懈地研究,现已成功突破多项关键技术。目前与苏州东菱振动试验仪器有限公司合作研发的一体化主被动复合减振器,实现了主动减振技术与被动减振技术结合,兼顾低频和高频振动的控制,传感和作动一体化,功率放大器和主动执行机构高度集成,简化了系统构成。在此基础上完成的柴油发电机组振动主动控制演示台架,取得了较好的减振效果。

在已取得的阶段性成果的基础上,下一步将重点解决工程化问题,使该项技术尽早实船应用。该项技术还可以广泛应用于高级豪华游艇、海洋考察船、汽车、大型工程机械及工矿企业大型机电设备振动噪声的抑制,对降低环境的噪声污染有积极的意义。

深水水下自动连接系统实现深水对接作业

深水水下连接系统是海洋油气工业的重要组成部分,实现其国产化对于降低我国深水油气田开发成本、摆脱国外公司控制有着十分重要的作用。

11月,我校联合海洋石油工程股份有限公司研制的国产“Ⅰ型卡爪式和卡箍式深水水下自动连接系统”在南海320米水深区域吊装下水,并成功进行了水下连接安装和测试。作为国内首次真正意义的水下自动连接系统完全实际工况海试,测试由两端卡爪式水下自动连接系统通过跨接管连接水下HUB,体现了测试过程与实际应用工况的一致性;同时也是国内首次对卡箍式水下自动连接系统进行安装与解锁测试。试验邀请了中国船级社作为认证单位对陆地测试和海试过程全程认证,试验过程符合国际惯例和规范。此次水下自动连接系统的试验成功,解决了水下连接系统的密封技术、制造工艺技术、水下安装技术、可靠性技术等关键问题,打破了国外知名水下工程公司对水下连接系统的设计、制造及安装技术的垄断,为今后产品级的应用奠定了基础。

柴油/LNG双燃料发动机控制系统实现产业化

天然气是目前发现的最丰富、经济和清洁的能源,已成为替代石油燃料的首选。发动机采用柴油/LNG双燃料不仅可以降低燃料运行成本,而且能够大幅度降低有害排放。因此,采用柴油/LNG双燃料是实现发动机能源多元化和减排的最理想替代燃料,而控制系统是双燃料发动机的“大脑”,是保证发动机高性能可靠运行的核心设备。

我校动力装置电控技术研究所在船舶柴油机电控系统成功研发及应用的基础上,于2007年在国内率先开展船用柴油/LNG双燃料发动机控制技术研究,现已突破双燃料发动机控制关键技术,成功开发具有完全自主知识产权的船用双燃料发动机智能管理系统,成为国内首家按照现行规范获得中国船级社(CCS)认证的产品,并于2014年成功示范应用,技术水平达到国内领先。

我校以该成果技术入股的方式与派芬自控(上海)有限公司联合成立哈尔滨哈船动力技术有限责任公司,2014年成功实现技术成果的转化。当年实现产值1000多万元,2015年产值将达到2亿元,具有广阔的应用前景。

船舶与海洋工程力学基础研究取得新突破

在流体力学方面,我校研究团队创新性地提出通过对曲面形物体施加某种膨胀运动,从而获得曲面形物体入水的相似解,即在计算出一个时间点的解后,就可根据其相似解推导出任何时刻的解。这种新的方法相当于构建了一个计算模型。该研究成果同时颠覆了以往研究者普遍认为“曲面形物体入水不存在自相似性”的观点,具有重要的学术价值和潜在应用价值。该项研究成果撰写的论文发表在流体力学国际专业顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》上。该论文表明我校在流体力学砰击问题的研究已获得国际学术界最高水平认可。该研究成果有望为细长型水面舰船艏部出入水砰击、滑行艇出入水砰击以及水上飞机的起飞降落等结构强度设计的载荷预报提供帮助,从而有效提高规避风险的概率,具有十分广阔的应用前景。

在水下爆炸气泡动力学方面,针对难以进行舰船水下爆炸实验来考核水下爆炸气泡对舰船毁伤威力的现状,我校在已有研究成果的基础上,设计实验电路,利用电容在相对较低的电压下放电打火产生的电火花气泡来模拟水下爆炸气泡,设计多组实验工况来模拟气泡在不同环境下的运动特性,研究气泡在不同环境下的脉动特性、射流特征,揭示一些特殊的实验现象,总结环境对气泡运动的影响规律。该项研究成果撰写的论文“不同环境下气泡脉动特性实验研究”,入选国家科技部中国科学技术信息研究所2014年度“中国百篇最具影响优秀国内学术论文”。

“海能-III”号漂浮式立轴潮流能示范电站运行成功

漂浮式立轴潮流能示范电站“海能-III”号由国家海洋可再生能源专项支持研发建设,2014年该电站连续运行超过4个月,运行状况良好。该成果是我国首套具有自主知识产权、达到国际先进水平的海洋能电站系统,标志着我国潮流能发电技术向产业化开发再迈坚实一步。

“海能III”号采用我校自主设计研发的总容量为2×300kW的双机组十字叉型水轮机专利技术和漂浮式双体船载体设计。系统能够实现自启动运行,发出的电力通过500米长的海底电缆送电上岸,可供官山岛上30余户居民的日常用电。该电站的成功运行,为我国潮流能发电系统的总体设计、核心部件配套、机组安全运行及其优化控制等方面积累了经验,对于促进我国海洋新能源开发和巩固海防具有重要意义。

全景视觉环境感知技术实现新工程化应用

视觉信息在环境理解及分析、目标探测及识别、智能推理及控制等领域具有重要地位。相较于常规视觉系统观察视角窄,存在观测盲目的缺点,全景视觉系统以其“成像一体化、360度大视场、旋转不变性”等优点,在机器人自主导航、安全监控、虚拟现实、火星探测、机器视觉测量等诸多领域具有广阔应用前景。

我校研究团队创新性的成功研制了折反射式全景视觉系统,该系统水平方向视角可达360度、垂直方向视角可达240度,无需随动系统就能够一次性获取整个观测区的所有视觉信息。突破了全景图像超分辨率增强、双目全景视觉系统嵌入式设计、全景视觉系统标定及目标检测、定位与跟踪等关键技术难点,为基于视觉感知的智能系统进行目标识别与跟踪提供了新的技术手段。所研究的部分技术成果已在直升机全向观察及旋翼测量、特种环境无人监控系统等领域成功应用,2014年在海洋浮标全方位图像目标探测识别、智能移动机器人在未知环境下基于全景视觉的同时定位和地图创建及自主归航等相关领域中完成工程化应用,体现出了显著的技术优势。

文章录入:B_lijiaheng  编辑:B_lijiaheng
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