载人潜水器舱室空间布局设计方法与应用研究
载人深潜器系统的研究与设计
载人深潜器系统的研究与设计随着现代科技的发展，人类可以越来越深地探索海洋的神秘世界。
而载人深潜器系统就是一项重要的技术，它可以帮助我们更好地了解深海环境及其生态系统。
本文将从深潜器系统的意义、研究现状以及未来发展等方面进行探讨。
一、深潜器系统的意义深潜器系统是指能够让人类穿着防护设备在深海中生存和工作一定时间的载人潜水器，通过这种方式，科学家可以深入探索海洋的深处，收集大量的海洋数据和样本，有助于更好地了解海洋环境、生物和资源。
此外，深潜器系统在海洋资源的开发和应对多种环境灾害方面也具有重要的应用价值。
二、研究现状深潜器系统的研究已有许多年的历史，世界上几乎所有的发达国家都在积极研究和发展这一领域。
目前，我国的深潜器系统也在不断突破，在技术、性能和应用领域上都具有很大优势。
1.深潜器系统的技术深潜器系统的技术一直是研究的重点，其中最主要的就是防水性和压力平衡技术。
由于深海水压极大，防水性能非常关键。
同时，深潜器系统还需要保持稳定的压力平衡，否则就会引起机械故障或个体急性损伤等严重问题。
目前，深潜器系统技术已经逐渐成熟，各国已经能够制造出适合不同深度的深潜器系统，并能够进行长时间的深海观测和实验。
2.深潜器系统的性能深潜器系统的性能直接影响到其在实际应用中的效果。
当前，深潜器系统的性能已经得到了提高，如浮力控制系统、动力系统、操纵系统、通信系统等方面都已经比以前更加完善。
同时，为了进一步完善深潜器系统的性能，许多研究人员还在不断探索新的技术和创新方法。
3.深潜器系统的应用深潜器系统在海洋研究领域已经发挥了巨大的作用。
例如，海底地震、生态环境调查、海洋资源勘探等方面都需要深潜器系统的帮助。
此外，深潜器系统还可以用于深海救援和海洋环境保护等方面。
三、未来发展深潜器系统是一项高技术含量的领域，其发展前景十分广阔。
未来，我们可以期待深潜器系统在以下方面得到进一步改进和提高：1.深入海底目前，深潜器系统已能够深入到海底几十公里，但对于更深的深度的探索，仍然面临许多技术难题。
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。
载人深潜器系统的研究与设计
载人深潜器系统的研究与设计载人深潜器系统是一种能够携带人类进入深海进行科学研究、资源勘探、救援任务等的装备。
其研究与设计是一个涉及多学科领域的复杂工程项目，需要考虑到工艺、材料、力学、电子、船舶等方面的知识。
本文将分别从潜器结构设计、材料选择、动力系统及电子系统设计等方面探讨载人深潜器系统的研究与设计。
首先，在潜器结构设计方面，载人深潜器需要具备足够的强度和稳定性，以保证在极端条件下的安全性和可靠性。
潜器主要分为船体、舱室和球形舱壳三个部分。
船体需要采用高强度材料，如船体钢板应采用高强度再探深标号A级或B级钢材，以抵御高压环境下的外界水压。
舱室需要采用轻型硬质材料，如铝合金或复合材料，以减轻自身质量和提高潜器的机动性。
球形舱壳需要具备透明度高、抗冲击性强的特点，常采用特殊玻璃或有机玻璃材料。
其次，在材料选择方面，潜器所用的材料需具备高强度、耐腐蚀和耐高压等特点。
在载人深潜器的结构材料中，钢材是一种常用的选择，其具备较高的强度和韧性，能够抵御水中的高压力。
同时，为了提高载人深潜器的机动性和浮力控制能力，船体、舱室和球形舱壳等部件可采用轻量化的铝合金或复合材料。
这些材料既能满足载人深潜器的要求，又能减轻潜器自身的质量。
此外，在动力系统设计方面，载人深潜器需要选择适当的动力源，以满足潜器的推进和操纵需求。
传统的载人深潜器采用蓄电池作为主要动力源，但其续航能力有限。
近年来，潜器动力系统中兴起了氢燃料电池技术，其具有能量密度高、环保性好的特点，可以有效延长载人深潜器的潜水时间。
此外，深潜器还需要设计合理的推进系统，如航行推进器和操纵推进器等，以提高潜器的机动性能。
最后，在电子系统设计方面，载人深潜器需要配备先进的传感器和通信设备，以帮助潜航员获取海洋环境信息，并与地面指挥中心进行实时通信。
载人深潜器的传感器可以包括水下声纳、摄像头、水下测量仪器等，用于获取深海环境的物理、化学和生物信息。
同时，潜航员需要携带相应的生命保障设备，如呼吸装置和救生设备，以确保在紧急情况下的安全。
载人深海潜水器的技术及其发展前景
载人深海潜水器的技术及其发展前景随着现代科技的不断发展，人们对于深海的探索也逐渐加深。
而深海潜水技术，尤其是载人深海潜水技术，更是成为了当今科技界的热门话题。
本文将从技术及其发展前景两个方面深入探讨载人深海潜水器。
一、潜水器的技术1. 载人深海潜水器的技术原理从构造上来说，载人深海潜水器通常由顶部的球形透明舱、底部的探测器、操纵器以及潜水蓄水池等组成。
其原理主要是利用在潜入深海水的过程中，水抵消了光线，而声波则因其更长波长而不受太大影响，探测器通过声波接收器扫描海底，通过双向声纳的技术，成功地获得了海底物体的精确三维模型。
2. 潜水器的设计工艺载人深海潜水器的设计由于需要克服各种各样的环境因素，因此设计出一个完全符合各项参数要求的深海潜水器固然不容易。
设计师必须考虑到深海水压、多种射线辐射的侵蚀、长距离的自然灾害甚至某些生物性环境等多个方面的因素，以便保证载人深海潜水器能够在不受损坏和安全问题的情况下进行深海探测。
二、潜水器的发展前景1. 潜水技术已经成为人类探索海洋的强大工具深海是地球上最为神秘的地方之一。
长期以来，科学家试图解开海底生物群落群体、地理学、地质学等领域的谜题。
载人深海潜水器的使用已经成为人类探索海洋的强大工具之一。
随着各国的研发技术和投资不断提升，这一领域的潜水技术将会继续得到进一步完善，人类探索海洋的成果也将不断取得新的突破。
2. 深海潜水器将会运用在更多领域之中深海潜水器不仅能够用于纯粹的科学探究，还可以应用于海洋环境保护、深海资源开发等多个领域。
例如，潜水器可以用于核电站水箱的清洗、管道清洗，支持观测，并且还可以用于构建永久性的海底隧道与管道系统，实现海洋人工智能、军事装备的投放和海洋环境保护等等。
3. 深海潜水器将会更加高效和可靠由于深海潜水器健康状况不可预测，因此设计师需要在设计过程中考虑安全稳定的因素。
但是，随着潜水技术的不断改进，未来的潜水器将会更加高效和可靠，探测能力也将会得到进一步提升。
载人潜水器艇型及框架结构研究
ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ ａｒ ｅｇａｉｎｅｄ．Ｔ ｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔ ｕｒ ｅｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｔｅ ｉｄｅｎｔｉ ｆｅｄ．Ｉｔ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓ ｔｈｅｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔ ｕｒｅ ｏｆｉ ｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｔ ｒｅｓｓ ｄｉ ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔ ｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｗａｒｄｒｅｓｉ ｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｅｔａｒｇｅｔｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔ ｈｅｂａｃｋｗａｒｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｂｕｏｙａｎｃｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉ ｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｉｖｉｎｇ ｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔ ｈｅｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒ ｅ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｒｏｏｍ ｆｏｒ
ｏｐｆｉｍ￣ａｆｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ：ｂｏａｔｔｙｐｅ；ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔ ｕｒ ｅ；ｔｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇ ｔｈａｎａｌｙｓ￣
０ 引言 艇型设计是载人潜水器设计 中的重要 内容之
一 ， 其 目标是 葫足总体布置的前提下 ，力求获得 最佳的水动力外形 ，以提高载人潜水器的总体 皂。 载人潜水器的艇型最终通过轻外壳进行体现 ，轻外 壳本身的承载有限 ，需要框架结构为其提供支撑 。 另外 ，框架结构还是载 ＾潜水器的主要承载部位 ，
多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用的开题报告
多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用的开题报告一、选题背景随着人类对海洋深处的探索不断深入，7000米载人潜水器的需求逐渐提上日程。
作为一种高科技装备，7000米载人潜水器包含众多方面的技术和工程问题，需要多学科专业人才进行协作与优化。
因此，多学科设计优化方法的应用对于7000米载人潜水器的总体设计具有重要意义。
二、选题意义1. 技术需求：7000米载人潜水器的总体设计需要考虑诸多工程问题，包括机电一体化、深海科学探测、装备应急救援等方面的技术需求。
多学科设计优化方法可以协调各专业领域的问题，制定合理的解决方案，从而提高设计的质量和效益。
2. 经济效益：多学科设计优化方法能够协作不同领域的专业人才，避免重复设计和资源浪费，从而降低开发成本。
3. 社会发展：7000米载人潜水器的应用领域涉及到深海勘探、科学探测、海洋环保等多个领域，可为我国的科技创新和国民经济的发展带来积极的推动作用。
三、研究内容1. 多学科设计优化方法的理论与实践：通过文献调研，掌握多学科设计优化方法的理论，了解这种方法在工程实践中的应用现状。
2. 7000米载人潜水器的设计方案评价与优化：针对7000米载人潜水器的设计方案，利用多学科设计优化方法进行评价和优化，完善设计方案并提出合理的改进措施。
3. 方案验证与实现：根据优化后的设计方案，进行方案验证和实现，测试其可行性，确保方案的科学性和可操作性。
四、研究方法1. 文献调研法：查阅多学科设计优化方法的相关文献，了解其理论与应用现状，让自己更加深入地了解多学科设计优化方法的理念和含义。
2. 问卷调查法：对7000米载人潜水器设计方案进行调查，收集来自多个专业领域的专家意见，从而了解各专业领域的技术需求和实际应用情况。
3. 统计分析法：将收集到的数据进行统计和分析，评价各设计方案的实用性和优化效果，从而得出最优解。
五、预期成果1. 掌握多学科设计优化的理论及其应用方法；2. 完成7000米载人潜水器的总体设计方案评价和优化，并提出改进建议；3. 验证优化后的设计方案的可行性和实现性。
载人潜水器概念设计中的总体多学科设计模型及分析
Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ＭＤ Ｏ ） ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ａ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｄ ｉ ｓ ｃ ｉ ｐ ｌ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｄ ＭＳ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ － ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｄ ＭＳ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ（ Ｃ Ｄ ＭＳ ） ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｓ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ —
ｃ ｏ ｎｃ ｅ ｐｔ ｄｅ ＂ ｌ Ｉ ｓ ｉ ● ｇ ｎ ｂ ＇ ａ ｓ ｅ ｄ ● Ｏ ｎ ｍｕ ｌ － ｔ ・ ｉ ● ｄ ＇ ｉ ● ｓ ｃ ｉ ● － ｐｌ ｉ ● ｎｅ ａ ｎａ ｌ ● ｙ ｓ ￣ － ｓ
Ｃ Ａ０ Ａｎ
１ ９ Ｌ Ｉ Ｕ Ｗｅ ｉ ．Ｙ Ｅ Ｃ ｏ ｎ ｇ ２ Ｃ ＵＩ Ｗｅ ｉ － ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ
２ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｗｕ ｘ ｉ ２ １ ４ ０ ８ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｕ ａ ｌ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｅ ｐ Ｍ ａ ｎ ｎ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ（ Ｄ ＭＳ ） ， ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ —
载人深潜器的设计与结构分析研究
载人深潜器的设计与结构分析研究随着科技的发展和人类对于深海的探索，载人深潜器成为了不可或缺的工具。
然而，深海中的环境极端恶劣，如何在极端压力和温度下，保证潜舱内人员的安全、提高潜舱抗压能力等，就成为了深潜器设计的重点。
本文将就深潜器的设计和结构分析进行探讨。
一、载人深潜器的分类及特点载人深潜器可以根据其作用、工作方式及船壳材料进行分类。
按照其作用分为科学调查深潜器和工程用深潜器；按照工作方式分为自由式深潜器和有缆深潜器；按照船壳材料分为钢制深潜器和复合材料深潜器。
相对而言，自由式深潜器更加自由灵活，但受到潜舱压力限制，深度只能到1500米左右；而有缆深潜器则能够更加深入到海底，但缆绳长度的限制使得其深度也有所限制。
因此，目前使用最广泛和成熟的是有缆深潜器，而钢制深潜器则占主导地位，因为钢材坚固、易于加工和成本低廉。
二、载人深潜器的重要组成部分1.船壳深潜器的船壳是承受海水压力和潜舱内部压力的重要部分。
钢制深潜器船壳一般使用6—8 mm 厚的高强度钢板进行叠接焊接。
而为了提高潜舱的抗压能力和避免钢的疲劳损伤，现在也开始使用一些高强度复合材料来制作船壳。
2.潜舱潜舱是深潜器内部的人员生活、操作、研究等活动所在区域。
为了抵御高压的腐蚀、高温、高湿、高浊度、高压力等极端环境，潜舱内部需要进行高强度密封处理。
同时还需装备足够的新风、调光、环保等设备以保障人员舒适度和健康安全。
3.动力系统深潜器的动力源分为内燃机和电动机两类。
内燃机的优点是功率大，加油方便，缺点是噪声大，难以维修。
电动机的优点是无噪声、低维护成本，可很好地适应深海环境的低温，缺点是电力供应较为困难。
三、深潜器的结构分析在设计深潜器结构时，需要对各个部位的受力情况进行分析，并针对受力点进行工艺修改。
主要的受力点包括船壳、潜舱、舱壁、附属设备，特别是船体密封部位和各种管道接口，不仅需要考虑防泄漏和防压力损伤，还要考虑海洋环境的腐蚀作用和高压下的稳定性。
载人深海潜水器在海洋资源勘探开发中的应用研究
载人深海潜水器在海洋资源勘探开发中的应用研究一、引言海洋资源是人类赖以生存的重要资源之一，其中的深海资源更加丰富。
然而，由于深海环境恶劣，深海资源的探测、勘探、开发一直是国际科技领域亟待攻克的难题。
近年来，随着我国深海技术的快速发展，人类探索深海的步伐也在加速。
载人深海潜水器作为现代深海探测的重要工具，已经成功实现了多次深入海底的勘探、科学研究以及生产活动，成为深海科学研究和资源勘探开发的重要力量。
本文对载人深海潜水器在海洋资源勘探开发中的应用进行研究。
二、载人深海潜水器的发展历程与技术特点1.载人深海潜水器发展历程载人深海潜水器的发展可追溯到上世纪50年代，当时美国制造了世界上第一艘载人深海潜水器“特里亚斯”号。
此后，稳定的水下操作平台、深海采样设备、完成科学研究的各种测量探头以及现代化的信息传输设备等一系列潜器配套设备的应用，进一步对载人深海潜水器的性能和技术提出了更高的要求。
随着技术不断发展，载人深海潜水器的设计理念逐渐从传统获捕型向多功能型、多任务型、高可靠型、高安全型和绿色型方向转变。
2.载人深海潜水器的技术特点载人深海潜水器的技术特点主要表现在以下几个方面：（1）深潜能力：根据深度的不同分为浅海潜水器、半深海潜水器和深海潜水器。
其中深海潜水器可以深入海底10000米以下，是当前深海探测的最高水平。
（2）操作功能：具备采样、测量、观测、监控、定位、通信、遥控和自主操作功能等。
（3）适应环境：具备抗压、抗冻、抗腐蚀、抗震动、抗辐射等特点，与深海环境适应性强。
（4）载人控制：具有液压控制、气压控制、电气控制和计算机控制等多种控制方式，实现载人和无人深海操作。
三、载人深海潜水器在海洋资源勘探开发中的应用1.海洋矿产资源开发载人深海潜水器在海洋矿产资源开发中的应用主要包括深海沉积物、热液区矿床、富钴结壳、沉积物关键金属、海底硫化物等领域。
通过载人深海潜水器的实时图像传输和采样，可以首次对深海矿产资源进行详细分析、勘探和调查。
国内首型全通透载客潜水器的设计与研制
国内首型全通透载客潜水器的设计与研制潜水器是一种可以在水下工作的专业器械，通常用于海洋科学研究、资源勘探、水下建筑施工等领域。
传统的潜水器一般采用密封式设计，驾驶员处于封闭式的舱室内工作，视野受限，同时也存在安全隐患。
而全通透设计的潜水器则在传统潜水器的基础上进行了突破性创新，驾驶员可以在水下享有更加广阔的视野和舒适的工作环境。
国内首型全通透载客潜水器的设计与研制，是一项涉及多个领域的复杂工程。
首先，在设计阶段，需要考虑潜水器的结构强度、水密性、视野、舒适性等方面的需求。
潜水器的结构强度必须能够承受水深压力，同时保证潜水器的稳定性和安全性；水密性是保证潜水器能在水下正常工作的关键，需要严格控制船体和舱室的密封性；视野是全通透潜水器的关键特点，通过优化玻璃材料和结构设计，确保驾驶员可以清晰地看到周围的环境；舒适性则需要考虑潜水器的人机工程学设计，为驾驶员提供舒适的工作环境。
在研制阶段，需要进行大量的实验验证和测试工作。
首先是潜水试验，通过模拟不同水深环境下的工作情况，测试潜水器的水密性、稳定性和安全性；接着是视野测试，验证全通透设计的潜水器是否能满足驾驶员的需求，同时要确保玻璃材料的透明度和耐压性能；最后是舒适性测试，通过模拟长时间的潜水工作，评估潜水器的人机工程学设计是否合理，是否能提供舒适的工作环境。
国内首型全通透载客潜水器的设计与研制工作需要多个领域的专业知识和技术支持，涉及材料科学、结构设计、流体力学、人机工程学等多个方面。
在这个过程中，需要多学科的合作和交叉创新，同时也需要充分考虑潜水器的实际应用需求，确保设计方案能够有效解决问题，为海洋科学研究和水下工作提供更好的技术支持。
希望通过国内首型全通透载客潜水器的设计与研制，能够推动潜水器技术的发展，为我国水下科研和工程建设提供更加先进的装备和技术支持。
全海深载人潜水器载人舱缩比结构模型试验研究
全海深载人潜水器载人舱缩比结构模型试验研究
一、载人潜水器的重要性
二、研究对象和方法
本文选取了一种全海深载人潜水器的载人舱缩比结构模型进行试验研究。
通过建立数学模型，分析载人舱在海水中的受力情况，确定载人舱的
结构设计参数。
然后，设计载人舱的缩比结构模型，并进行试验验证。
三、试验研究内容
1.载人舱结构设计：根据模拟结果确定载人舱的主要结构参数，包括
材料选用、连接方式、尺寸等。
2.载人舱缩比结构模型制作：根据设计参数制作载人舱缩比结构模型，确保与实际潜水器载人舱形态一致。
3.试验方案设计：确定试验方案，包括静载试验、动载试验、溢水试
验等，以验证载人舱的承载能力和稳定性。
4.试验过程和结果分析：进行试验过程并记录数据，分析试验结果，
评估载人舱的结构性能和稳定性。
四、研究意义和展望
通过载人潜水器载人舱缩比结构模型试验研究，可以验证潜水器的结
构设计是否合理、安全可靠，为实际海洋科学研究提供支持。
未来，可以
进一步优化试验方案、拓展研究领域，提高载人潜水器的性能和安全性。
总结：载人潜水器是深海科学研究的有力工具，其载人舱缩比结构模
型试验研究具有重要意义。
通过对载人潜水器的载人舱进行结构研究和试
验验证，可以提高潜水器的性能和安全性，为深海科学研究和勘探工作提供支持。
人机工效在载人潜水器布局设计中的应用
２０２１年４月第３９卷第２期西北工业大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｐｒ．Ｖｏｌ．３９２０２１Ｎｏ．２ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０５１／ｊｎｗｐｕ／２０２１３９２０２３３收稿日期：２０２０⁃１２⁃２２基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０３００６００，２０１９ＹＦＣ０３１１５００）资助作者简介：叶聪（１９７９ ），中国船舶科学研究中心研究员，主要从事载人潜水器总体技术研究㊂通信作者：徐伟哲（１９９０ ），中国船舶科学研究中心高级工程师，主要从事载人潜水器总体技术及人机工效研究㊂ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕ．ｗｅｉｚｈｅ＠１６３．ｃｏｍ人机工效在载人潜水器布局设计中的应用叶聪１，２，徐伟哲１，２，刘帅１，２（１．中国船舶科学研究中心，江苏无锡㊀２１４０８２；２．深海载人装备国家重点实验室，江苏无锡㊀２１４０８２）摘㊀要：载人潜水器是一个复杂的人－机－环系统，人机工效设计是载人潜水器布局设计中不可或缺的一个环节，其优劣将直接影响到潜水器运维效率㊂简述了人机工效学在潜水器的设备布局设计和载人舱内布局设计中的应用㊂从设备布局设计原则出发，综合考虑载人潜水器稳性㊁维护性㊁作业需求㊁电磁兼容等因素进行设备布局分区，并兼顾可达性及舱外光环境设计㊂从载人舱开孔参数㊁舱内设备布局㊁舱口出入梯及舱内光环境设计等方面，阐述了以人机工效学为导向的舱内布局设计流程㊂关㊀键㊀词：载人潜水器；人机工效；布局设计中图分类号：Ｕ６７４．９４１㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１０００⁃２７５８（２０２１）０２⁃０２３３⁃０８㊀㊀载人潜水器是为了满足我国及国际海底资源勘探和开发㊁开展深远海科学考察㊁深海考古等迫切需求研制的水下装备㊂载人潜水器能将人送达水下或者海底，充分发挥人在现场直接观察㊁取样和测绘的优点，以便及时发现和决策，有效地执行精细作业任务㊂自２００２年以来，我国研制完成首台大深度作业型载人潜水器蛟龙号，创造了７０６２ｍ的下潜记录㊂在此基础上，研制出的４５００ｍ级深海勇士号载人潜水器，实现了９５％的国产化率，进一步提升了我国载人深潜核心技术及关键部件自主创新能力㊂２０２０年１１月１０日，我国最新研制全海深载人潜水器奋斗者号，在马里亚纳海沟成功下潜至１０９０９ｍ，创下了中国载人深潜的新记录㊂载人潜水器是一个牵涉多学科的复杂人－机－环系统，其布局设计不仅决定了潜水器的主尺寸㊁重量㊁航速㊁功能等重要指标，还对潜水器维护性㊁作业效率㊁舒适性等有着直接影响㊂因此载人潜水器布局设计中的人机工效应用受到了越来越多的重视，人机工效设计的优劣将影响到潜水器运维效率㊂我国载人潜水器的人机工效学研究起步相对较晚，在蛟龙号研制之前主要是围绕潜艇开展，包括狭小环境中潜艇人员生理和心理研究［１⁃２］㊁人机界面和人机交互研究［３⁃４］㊁舱室环境对人员作业的影响研究［５⁃７］等㊂近年来随着我国载人潜水器的研制成功，国内已有众多高校㊁研究所参与载人潜水器人机工效研究㊂包括潜航员工作负荷研究［８］㊁空间舒适性复合评估方法研究［９］㊁作业绩效和人因失效概率研究［１０⁃１１］㊁潜航员岗位要求研究［１２］㊁载人潜水器座椅设计研究［１３］，基于模糊层次综合评估方法的布局优化［１４］，基于疲劳特性的布局优化研究［１５］等㊂由于实际工程问题通常情况复杂，以数学模型进行求解的过程较为困难且难以合理的简化，因此现有研究存在最终计算结果与实际工程设计难以结合的问题㊂载人潜水器从布局设计时就应考虑到后续制造㊁检测㊁总装㊁试验㊁运营和维护等方面的人－机－环相互作用㊁相互影响，人机工效学的设计思想应贯穿载人潜水器的整个研制过程㊂本文从载人潜水器研制工作中的实际工程经验出发，从载人潜水器的设备布局设计和载人舱内布局设计两大方面阐述人机工效在载人潜水器布局设计中的应用㊂载人潜水器设备布局是在主尺度㊁起吊重量㊁布放回收㊁潜浮航行性能㊁作业能力等指标约束下，针对潜水器全艇进行布局㊂载人舱内布局是兼顾观察窗视野㊁舱内西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３９卷设备功能㊁人员舒适性等因素对潜水器载人舱开孔及舱内进行整体设计㊂１㊀载人潜水器设备布局设计１．１㊀设备布局原则载人潜水器设备布局应满足以下原则：１）布置紧凑，在兼顾设备可维性并避免相互干扰的前提下，最大限度降低潜水器包络体积；２）将设备尽量都布置在有限的主体线形内，减少附体阻力；３）确保设备功能和性能，预留升级和增改装的接口与空间；４）为复杂操作提供辅助和便利，设备的日常操作维护便捷；５）为作业工况提供可量化的优化设计㊂１．２㊀设备布局分区设备布局分区是在综合考虑稳性㊁维护性㊁作业需求㊁电磁兼容等因素的基础上，对潜水器零部件和设备布置位置进行划分，见图１㊂图１㊀载人潜水器设备布局分区潜水器首部为照明作业区，主要布置采样篮㊁机械手㊁作业工具及照明灯㊂载人舱布置在照明作业区后方，综合设计载人舱㊁观察窗㊁采样篮及机械手的相对位置，保证潜航员能正常完成潜水器操纵和作业㊂潜水器重心位置布置压载水箱和可弃压载，保证压载水箱注排水以及可弃压载抛弃时，潜水器姿态不变㊂潜水器上半部分布置浮力块，提高潜水器浮心，增加潜水器稳性㊂下半部分布置大部分设备，设备拆装㊁检修和维护时，只需要打开潜水器外部的轻外壳就能方便地进行㊂中间供配电区安装潜水器蓄电池，在尾部去留段预留维护通道，可通过拆除维护通道内的轻外壳方便地进行充电㊁检修等维护操作㊂强电设备及弱电设备分别布置在两舷侧，比如配电罐㊁动力接线箱等均布置在潜水器左舷；水声通信罐㊁计算机罐㊁声学系统接线箱等均布置在潜水器右舷，尽量减少高电压㊁大电流㊁低频设备对声学设备的电磁干扰㊂控制声学设备的布置充分考虑其工作特性，确保其发射面不被遮挡㊂１．３㊀可达性设计可达性设计是指，设备在操作使用维护时容易接近㊂即设备能够看得见 视域可达；摸得着 实体可达；用得好 方便使用㊂设计能为复杂操作提供辅助和便利，使设备的日常操作维护便捷㊂以下结合几个载人潜水器设备设计实例进行阐述㊂１．３．１㊀舱外扶手设计我国已研制完成的大深度作业型载人潜水器布放回收指标均为：布放平均风速上限１７ｋｎ，最大风速上限２１ｋｎ；回收平均风速上限２２ｋｎ，最大风速上限２７ｋｎ㊂图２为蛙人为载人潜水器挂上拖曳缆及起吊缆的海试照片㊂图２㊀载人潜水器挂缆照片为保护蛙人靠近潜水器作业的安全，防止海浪拍击时蛙人撞击到潜水器或被海浪冲击时无法较好的完成挂缆任务，设计时在潜水器顶部的首部位置及中部位置安装扶手，帮助蛙人靠近潜水器并在海浪中固定好身体㊂同时，对起吊缆和拖曳缆的挂钩安装装置进行力学和结构型式的优化，让蛙人即省力又高效地完成挂缆任务㊂１．３．２㊀耐压罐设计由于潜水器在水下受到高压海水作用，载人舱㊃４３２㊃第２期叶聪，等：人机工效在载人潜水器布局设计中的应用外的非耐压设备㊁仪器均需放置在耐压罐中㊂耐压罐包括计算机罐㊁配电罐㊁声学罐㊁光纤罐及驱动罐等㊂耐压罐的设计除了应满足仪器设备安装的内部尺寸要求，还要满足电气系统接插件的安装要求以及设备的拆装维护需求㊂耐压罐封头的形式一般有半球封头和平封头，见图３㊂在承受同等压力情况下，平封头的重量约为半球封头的１．１ １．２倍㊂但是半球封头的接插件呈放射状，相对于平封头其安装空间和操作空间却大大增加㊂因此在设计时，为了节省操作面空间，以及兼顾接插件拆装操作便捷，潜水器耐压罐的舷侧封头大多采用平封头㊂图３㊀耐压罐１．４㊀舱外光环境设计水下照明目前没有对应的标准㊁规范供参考和执行㊂规范ＣＩＥ８９９５：２００２‘室内工作场所照明“［１６］中要求夜间照明㊁指示照明的照度不低于５ｌｘ㊂结合载人潜水器实际作业需求，制定照度目标值：１）距潜水器３ｍ远㊁宽度７ｍ的垂直视域范围内照度最低值不小于５ｌｘ；２）距潜水器７ｍ远㊁宽度７ｍ的垂直核心视域范围内照度最低值不小于５ｌｘ；３）距潜水器３ｍ远㊁宽度７ｍ的水平视域范围内照度最低值不小于５ｌｘ㊂研究获取的深海海水水样，在实验室中计算得到深海海水透过率㊂将舱外灯光布局方案及灯光参数导入照明设计软件，计算灯具在空气介质中对应照明目标的照度㊂根据照度和光强的对应关系，灯具通过海水后的等效照度等于灯具初始照度和透过率的乘积㊂舱外照明灯光初始方案的等效照度结果见表１㊂表１㊀舱外照明灯光初始方案等效照度目标工作面最大照度／ｌｘ最小照度／ｌｘ３ｍ垂直５０４１７７ｍ垂直８２３ｍ水平６９１２７４根据计算结果可知，７ｍ垂直目标工作面的最小照度为２ｌｘ，小于目标要求的５ｌｘ㊂因此考虑对当前照明方案进行优化，通过调整灯阵的安装角度来达到照明设计目标㊂优化结果见表２，各目标工作面照度均满足要求㊂表２㊀优化后等效照度目标工作面最大照度／ｌｘ最小照度／ｌｘ３ｍ垂直５７７３４７ｍ垂直９５．６３ｍ水平３３１５９２㊀载人舱内布局设计载人舱是潜航员及乘客整个下潜作业过程中活动的空间，也是载人潜水器显控设备的安装区域㊂它是人机交互的重要平台，因此基于人机工效的舱内布局设计尤为重要㊂设计时应先确定观察窗㊁穿舱件盘㊁出入舱口的开孔位置㊁大小，再围绕着以上开孔进行舱内设备的布置㊂２．１㊀载人舱开孔参数设计人机工效在载人舱开孔参数设计中的应用包括：观察窗布局设计㊁穿舱件盘布局设计㊁出入舱口直径设计㊂其设计原则为：１）开孔要兼顾结构安全㊁人员正常工作及加工建造能力；２）观察窗角度设计应考虑视野重合度㊁采样篮和作业目标视野覆盖率及人体舒适性，达到综合最优；３）穿舱件盘位置应保证穿舱件盘内外两侧的接插件操作空间，同时尽量少占用舱内设备存放空间㊂２．１．１㊀观察窗布局设计观察窗的布局设计主要包括主观察窗下倾角㊁侧观察窗下倾角和主侧窗水平夹角㊂主观察窗下倾角是指主观察窗与水平面之间的夹角，主要影响潜㊃５３２㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３９卷航员舱外视野范围，采样篮视野覆盖率等；侧观察窗下倾角是指侧观察窗与水平面之间的夹角，主要影响乘客舱外视野范围；主侧窗水平夹角是指主观察窗和侧观察窗中轴线投影到水平面之间的夹角，主要影响观察窗之间的视野重叠范围㊂以上３个角度还影响到舱内人员的观察姿态㊂观察窗下倾角较小时，舱内人员观察舒适度较好，但是潜水器附近区域以及采样篮的视野覆盖相对较差；反之，下倾角较大时，潜水器附近区域以及采样篮的视野覆盖相对较好，但是舱内人员观察舒适度较差㊂主侧窗水平夹角较小时，主侧观察窗视野重叠率高，有利于舱内人员协同观察和作业，但可能导致乘客离潜航员太近，影响其操作潜水器㊂设计时，首先分析现有潜水器舱内布局，通过ＪＡＣＫ软件的ＯＷＡＳ㊁ＲＵＬＡ㊁ＣＡ㊁ＬＢＡ等模块分析人体舒适度及空间干涉情况，确定舱内地板高度㊁人员观察时观察窗的最低高度［１７］，见图４㊂图４㊀ＪＡＣＫ分析过程示意图根据结构系统设计输入，以观察窗窗座焊缝间距离作为限制条件，在兼顾采样篮视野覆盖㊁机械手作业范围等情况下，尽可能增加观察窗之间的视野重叠范围，见图５㊂图５㊀观察窗视野分析图最后根据最终观察窗角度及地板高度构建载人舱三维模型，设计潜航员及乘客的观察姿态㊁休息姿态及姿态转换，通过虚拟建模验证设计合理性㊂２．１．２㊀穿舱件盘布局设计根据上一节确定的观察窗角度及舱内人员姿态，设计舱内设备空间，见图６㊂分析舱内功能分区，舱内正前方㊁左右舷及正后方空间为常用操纵面及设备存放空间，所以将穿舱件盘位置设计在载人舱左后方及右后方㊂同时，穿舱件盘在方便使用前提下，占用操作面空间及规整的设备存放空间应最少㊂所以穿舱件盘的上倾角应在焊缝距离允许的前提下取最大值㊂图６㊀舱内设备空间２．１．３㊀出入舱口直径设计为了保证结构强度，减少结构补强导致的重量增加，载人舱开孔应越小越好，即出入舱口直径应越小越好㊂经虚拟建模及潜水器舱口实物验证，人员出入舱口时，一只手在舱口上方，一只手蜷缩在胸前，肩膀尽量往前收缩，身体往蜷缩手一侧稍稍倾斜，以此姿态出入舱口所需空间最小㊂人体数据库ＧＢ１００００⁃１９８８‘中国成年人人体尺寸“及ＧＪＢ４８５６⁃２００３‘中国男性飞行员人体尺寸“中相关项目数据见表３㊂表３㊀相关人体尺寸数据ｍｍ百分位数值中国成年人人体尺寸最大肩宽胸宽中国男性飞行员人体尺寸最大肩宽胸宽第１百分位３８３２４２４０２２６８第５百分位３９８２５３４１５２７８第５０百分位４３１２８０４４５３０６第９５百分位４６９３１５４７８３３８第９９百分位４８６３３１４９４３５３㊃６３２㊃第２期叶聪，等：人机工效在载人潜水器布局设计中的应用根据人机工程学设计原则，舱口尺寸应保证９９％人群能够使用㊂对比上述２组数据，为保证人员能正常出入，以较大的数值进行计算㊂舱口直径ȡ０．５ˑ（最大肩宽）＋０．５ˑ（胸宽）＝４２３．５ｍｍ㊂设计时还应考虑，舱口保护罩以及人员衣服厚度的补偿量㊂２．２㊀载人舱内设备布局设计舱内设备布局设计原则：１）保证功能实现及人员安全；２）以人为中心，合理利用空间提高舒适性；３）设备协调统一，小型化㊁模块化㊂２．２．１㊀狭小空间作业人体尺寸测量受下潜深度㊁材料㊁制造工艺等因素影响，大深度载人潜水器载人舱直径一般不超过２．１ｍ㊂狭小空间内人体无法舒展，部分人体数据无法直接从现有人体数据库中获得，因此项目组收集和分析国内外载人潜水器舱内人员作业姿态，设计并测量人员作业和休息时的人体数据，用于指导舱内布局设计㊂２．２．２㊀载人舱功能分区舱内功能分区是在综合考虑作业要求㊁设备具体功能和人的生理㊁心理因素的基础上，对舱内设备和人员活动区域进行划分㊂载人舱内分为主控区㊁低频设备区㊁生命支持及电控区㊁人员活动区等几个区域㊂主控区在载人舱内正前方，为潜水器的主要显控区域，综合信息计算机㊁航行控制计算机㊁视频监视器㊁指示灯㊁控制开关㊁操纵杆㊁机械手主手等设备布置在此区域㊂低频设备区在载人舱两侧乘客上方，为潜水器操作频率较低的机柜或设备布置的区域㊂生命支持及电控区在载人舱正后方，布置生命支持装置气瓶㊁供氧面板㊁电控面板及配电箱等设备㊂载人舱功能分区示意图见图７㊂在舱内总布置设计过程中，参考ＧＢ／Ｔ１２９８５⁃１９９１‘在产品设计中应用人体百分位的通则“，综合考虑本研究收集的载人潜水器舱内人员作业姿态人体数据，针对涉及潜水器功能和安全的尺寸采用上限值Ｐ９９㊁下限值Ｐ１的双限值设计，针对非关键部件布局采用平均尺寸设计㊂根据人体尺寸数据对舱内设备布置进行对应设计，打造符合人体尺寸的舱内空间㊂图７㊀舱内分区示意图２．２．３㊀布局验证潜水器研制过程中通常使用以下２种方式进行布局验证㊂一是使用人机工程学软件Ｄｅｌｍｉａ和ＪＡＣＫ，构建载人舱三维模型和虚拟人体模型，然后通过软件的可达域㊁可视域㊁ＯＷＡＳ㊁ＲＵＬＡ㊁ＣＡ㊁ＬＢＡ等人机模块完成人机分析㊂这种方法周期短㊁成本低，能在设计初期快速评价舱内布局，提出修改优化意见㊂另一种是在初步设计完成之后，搭建样机，开展布局验证试验㊂这种方法能够让人员直观地体验到舱内布局的优劣，提出主观的优化意见，同时试验采集的生理指标和评分结果能够为方案优化提供数据支撑㊂图８为奋斗者号载人潜水器样机验证试验，通过测定记录实验对象的坐位压力分布㊁表面肌电（斜方肌㊁竖脊肌和股直肌）㊁静息脑电㊁心电（心率及心率变异性）㊁血压㊁大腿皮肤血流等生理指标，以及利用视觉模拟评分法（ｖｉｓｕａｌａｎａｌｏｇｕｅｓｃａｌｅ，ＶＡＳ）开展主观评价和状态焦虑评分，对乘客区域有支撑板和无支撑板２种舱内布局方案进行评估㊂评估结果为：①有支撑板时乘客臀部与座椅接触面积减小大腿血流量降低，下肢循环较差；②有支撑板时乘客股直肌㊁竖脊肌和斜方肌的平均频率㊁中位频率和功率峰值频率均有不同程度降低，说明有支撑板情况下姿态相对固定，能减少非任务性的体力损耗，从而提高作业效率；③有支撑板观察时，乘客更易焦虑，撤去支撑板后愉悦感㊁工作效率和总体舒适度均有提升㊂综合以上试验结果，设计可折叠支撑板（见图９），在乘客休息时收起支撑板增加活动空间提高舒适度，观察时打开支撑板减少肢体活动度，减轻肌肉疲劳，提高工作效率㊂㊃７３２㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３９卷图８㊀样机验证试验图９㊀乘客可折叠支撑板示意图２．３㊀舱口出入梯设计舱口出入梯作为潜航员从舱外进入舱内的承接部件，在布局设计时也需要统筹考虑㊂深海载人潜水器的载人舱一般被设计为球型，且出入舱口直径较小（通常不大于５００ｍｍ），同时出入舱口位置进行结构补强，其壁厚较大，可达到３５０ｍｍ㊂根据实际现场试验测量，在潜航员通过梯子进出舱时，臀部及膝盖会受到舱口尺寸限制，每一踏步的高度约为１５０ ２３０ｍｍ，同时膝盖超出足尖平面，如果采用传统梯子，梯子踏板将与潜航员膝盖干涉（见图１０）；另外，由于载人舱内设备繁多㊁活动空间有限，载人潜水器进出舱梯子的支撑斜度通常无法低于７０ʎ，因此也无法通过降低梯子的倾斜角度来避开踏板与膝盖的干涉问题；同时，传统梯子的直线型踏板型式将占据一定出入舱口空间，影响人员进出㊂由于载人潜水器长期工作于风浪较大的海面，载人潜水器进出舱梯子还应满足：①方便拆装；②在颠簸的海样环境中固定稳固，以保证使用安全；③踏板的位置应在人的可视范围内，使用时不至于踏空㊂因此，本研究设计专用梯子，来保证进出舱可达性（见图１１）㊂特殊角度的挂钩固定在载人舱出入舱口围壁上，固定牢固且方便拆装；交错的踏板设置能让人在狭小空间内方便上下，腿部弯曲不受限制；防滑耳板设置防止在颠簸环境中，足部滑出踏板；踏板位置在人的可视范围内，使用时不会踏空；踏板上均粘贴一块防滑橡胶层，起到防滑效果㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图１０㊀踏步高度及膝盖干涉示意图图１１㊀进出舱梯子等轴测视图及使用示意图２．４㊀舱内光环境设计中国船级社‘潜水系统和潜水器入级规范“要求：潜水系统和潜水器应具有足够的正常照明和应急照明，正常照明的照度在６５ ８０ｌｘ范围内，便于居住人员观察仪表和进行必要操作㊂考虑到舱内人员阅读纸质文件等其他需求，参考ＧＢ／Ｔ１３３７９⁃２００８‘视觉工效学原则 室内工作场所照明“，规范中建议普通办公室和阅览室照度为３００ｌｘ；休息厅照度为１５０ｌｘ㊂设计时舱内照明通过多光源综合布局方案，实现舱内各个仪表面板照度满足船级社㊃８３２㊃第２期叶聪，等：人机工效在载人潜水器布局设计中的应用要求６５ ８０ｌｘ，局部区域照度达到３００ｌｘ，满足人员认读纸质文件需求㊂３㊀结㊀论实际的人机工效在载人潜水器布局设计中应用，目标往往并非达到最理想的 安全㊁高效㊁宜人 ，而是在限定条件下，综合多方面因素后，提高其 安全㊁高效㊁宜人 ㊂载人潜水器的谱系化㊁智能化发展对其人机工效的应用也提出了更高的要求㊂希望人机工效的研究，为潜航员㊁乘客及潜水器运维团队营造一个更好的工作环境，为深潜任务的圆满完成提供保障㊂参考文献：［１］㊀倪伟．长潜任务对潜艇艇员心理健康的影响［Ｄ］．北京：中国人民解放军军事医学科学院，２０１４ＮＩＷｅｉ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｓｔｕｄｉｅｓｏｎｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｍｉｌｉｔａｒｙｏｎｓｕｂｍａｒｉｎｅｒｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ａｃａｄ⁃ｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓＰＬＡＣｈｉｎａ，２０１４（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２］㊀胡以怀．轮机人员的心理测试与分析［Ｃ］ʊ船员管理与培训教育论文集，２００５：５５⁃６１ＨＵＹｉｈｕａｉ．Ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉｃａｌｔｅｓｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｒｉｎｅｅｎｇｉｎｅｅｒｓ［Ｃ］ʊＴｈｅｓｅｓｏｎｃｒｅｗｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇｅｄｕｃａｔｉｏｎ，２００５：５５⁃６１（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３］㊀王伟伟，张翊吾，冯迪冠，等．舰船指挥舱操控台人机工程综合评价方法［Ｊ］．机械设计，２０１７，３４（１０）：１００⁃１０４ＷＡＮＧＷｅｉｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＹｉｗｕ，ＦＥＮＧＤｉｇｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｏｌｅｉｎｔｈｅｓｈｉｐｃｏｍｍａｎｄｃａｂｉｎ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ，２０１７，３４（１０）：１００⁃１０４（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］㊀丁福光，王宏建，施小成，等．载人潜器的综合控制与显示系统［Ｊ］．船舶工程，１９９８（３）：５４⁃５６ＤＩＮＧＦｕｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇｊｉａｎ，ＳＨＩＸｉａｏｃｈｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ［Ｊ］．ＳｈｉｐＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９８（３）：５４⁃５６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］㊀庞丽萍，曲洪权．基于证据理论的潜艇舱室综合环境质量评价［Ｊ］．北京航空航天大学学报，２００８（１１）：１２４３⁃１２４６ＰＡＮＧＬｉｐｉｎｇ，ＱＵＨｏｎｇｑｕａｎ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒｓｕｂｍａｒｉｎｅｂａｓｅｄｏｎＤ⁃Ｓｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒ⁃ｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００８（１１）：１２４３⁃１２４６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［６］㊀马强，陈学伟，徐传香，等．某部密闭舱室军事作业环境和人员健康调查评价［Ｊ］．解放军预防医学杂志，２０１１，２９（６）：３９４⁃３９７ＭＡＱｉａｎｇ，ＣＨＥＮＸｕｅｗｅｉ，ＸＵＣｈｕａｎｘｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓａｎｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌｈｅａｌｔｈｉｎａｍｉｌｉｔａｒｙｃｌｏｓｅｄｃａｂｉｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＰＬＡＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｅｖｅｎｔｉｖｅＭｅｄｉｃｉｎｅ，２０１１，２９（６）：３９４⁃３９７（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［７］㊀唐志文，刘忠权，王腾蛟，等．模拟潜艇舱室环境理化因素对人体功能的影响（论著）［Ｊ］．中华航海医学杂志，１９９７（３）：１６⁃１９ＴＡＮＧＺｈｉｗｅｎ，ＬＩＵＺｈｏｎｇｑｕａｎ，ＷＡＮＧＴｅｎｇｊｉａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｎｈｕｍａｎｂｏｄｙｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｐｅｒｂａｒｉｃＭｅｄｉｃｉｎｅ，１９９７（３）：１６⁃１９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［８］㊀杨海飞，石路，刘峰，等．深海实潜中下潜人员的心率变异性研究［Ｊ］．航天医学与医学工程，２０１７，３０（４）：２５４⁃２５７ＹＡＮＧＨａｉｆｅｉ，ＳＨＩＬｕ，ＬＩＵＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｅａｒｔｒａｔｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｐｅｒｓｏｎｎｅｌｄｕｒｉｎｇａｃｔｕａｌｄｅｅｐ⁃ｓｅａｓｕｂ⁃ｍｅｒｓｉｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＭｅｄｉｃｉｎｅａｎｄｍｅｄｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３０（４）：２５４⁃２５７（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［９］㊀张帅，何卫平，陈登凯，等．载人潜水器舱室空间舒适性复合评估方法［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２０１９，５１（１０）：８３⁃８９ＺＨＡＮＧＳｈｕａｉ，ＨＥＷｅｉｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＤｅｎｇｋａｉ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｓｐａｃｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，５１（１０）：８３⁃８９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１０］陈登凯，王雨倩，叶聪，等．载人潜器驾驶舱人机工效评估方法研究［Ｊ］．舰船科学技术，２０１６，３８（７）：１０５⁃１０９ＣＨＥＮＤｅｎｇｋａｉ，ＷＡＮＧＹｕｑｉａｎ，ＹＥＣｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｓｃｏｃｋｐｉｔ［Ｊ］．ＳｈｉｐＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，３８（７）：１０５⁃１０９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１１］张帅，叶聪，何卫平，等．载人潜水器坐底过程人因失效预测［Ｊ］．哈尔滨工程大学学报，２０１８，３９（２）：２９０⁃２９６ＺＨＡＮＧＳｈｕａｉ，ＹＥＣｏｎｇ，ＨＥＷｅｉｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｈｕｍａｎｆａｉｌｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌａｎｇｉｎｇｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，３９（２）：２９０⁃２９６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１２］高翔，丁忠军，王成胜，等．深海载人潜水器潜航员岗位要求研究［Ｊ］．海洋开发与管理，２０１４，３１（７）：７８⁃８２㊃９３２㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３９卷ＧＡＯＸｉａｎｇ，ＤＩＮＧＺｈｏｎｇｊｕｎ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｓｈｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｊｏｂｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄｅｅｐｓｅａｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｄｉｖｅｒｓ［Ｊ］．ＭａｒｉｎｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１４，３１（７）：７８⁃８２（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１３］宗立成，何再明，余隋怀，等．载人潜水器舱室座椅人机曲面能量优化法的实验研究［Ｊ］．船舶力学，２０１４，１８（７）：８４９⁃８５５ＺＯＮＧＬｉｃｈｅｎｇ，ＨＥＺａｉｍｉｎｇ，ＹＵＳｕｉｈｕａｉ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅᶄｓｓｅａｔｓｕｒｆａｃｅｉｎｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍｉ⁃ｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１４，１８（７）：８４９⁃８５５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１４］刘峰，韩端锋，韩海辉．载人潜器载人舱布局优化［Ｊ］．哈尔滨工程大学学报，２０１４，３５（１）：３０⁃３７ＬＩＵＦｅｎｇ，ＨＡＮＤｕａｎｆｅｎｇ，ＨＡＮＨａｉｈｕｉ．Ｌａｙｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｈｕｍａｎｏｃｃｕｐｉｅｄｖｅｈｉｃｌｅｍａｎｎｅｄｃａｂｉｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１４，３５（１）：３０⁃３７（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１５］范文．狭小工作舱人体疲劳特性分析及布局优化研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２０１６ＦＡＮＷｅｎ．Ｌａｙｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｎａｒｒｏｗｗｏｒｋｉｎｇｃａｂｉｎ［Ｄ］．Ｘｉᶄａｎ：ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１６］ＴｈｅＩｎｆｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｎＩｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ．ＬｉｇｈｔｉｎｇｏｆＩｎｄｏｏｒｗｏｒｋＰｌａｃｅｓ［Ｓ］．ＩＳＯ／ＣＩＥ８９９５：２００２［１７］陈登凯，李炳超，叶聪，等．基于ＪＡＣＫ的载人潜水器观察窗布局优化设计［Ｊ］．船舶工程，２０１８，４０（８）：７７⁃８１ＣＨＥＮＤｅｎｇｋａｉ，ＬＩＢｉｎｇｃｈａｏ，ＹＥＣｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＬａｙｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｖｉｅｗｐｏｒｔｓｂａｓｅｄｏｎＪＡＣＫ［Ｊ］．ＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，４０（８）：７７⁃８１（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｔｏｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅＹＥＣｏｎｇ１，２，ＸＵＷｅｉｚｈｅ１，２，ＬＩＵＳｈｕａｉ１，２１．ＣｈｉｎａＳｈｉｐＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｗｕｘｉ２１４０８２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＤｅｅｐ⁃ＳｅａＭａｎｎｅｄＶｅｈｉｃｌｅｓ，Ｗｕｘｉ２１４０８２，Ｃｈｉｎａæèçöø÷Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｉｓａｃｏｍｐｌｅｘｍａｎ⁃ｍａｃｈｉｎｅ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｄｅｓｉｇｎｉｓａｎｉｎｄｉｓｐｅｎ⁃ｓａｂｌｅｌｉｎｋｉｎｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｄｅｓｉｇｎｗｉｌｌｄｉ⁃ｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｒｇｏ⁃ｎｏｍｉｃｓｔｏｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅａｎｄｔｈｅｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｎｅｄｃａｂｉｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅａｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｐａｒｔｉｔｉｏｎｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔ，ａｎｄａｃｃｅｓｓｉ⁃ｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｘｔｒａｖｅｈｉｃｕｌａｒｌｉｇｈｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎａｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｍａｎｎｅｄｃｏｃｋｐｉｔｈｏｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔ，ｈａｔｃｈａｃｃｅｓｓｌａｄｄｅｒａｎｄｌｉｇｈｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｉｎｃａｂｉｎ，ｔｈｅｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ⁃ｏｒｉ⁃ｅｎｔｅｄｃａｂｉｎｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ；ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ；ｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎ引用格式：叶聪，徐伟哲，刘帅．人机工效在载人潜水器布局设计中的应用［Ｊ］．西北工业大学学报，２０２１，３９（２）：２３３⁃２４０ＹＥＣｏｎｇ，ＸＵＷｅｉｚｈｅ，ＬＩＵＳｈｕａｉ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓｔｏｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｎｅｄｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈ⁃ｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２１，３９（２）：２３３⁃２４０（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）©２０２１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＴｈｉｓｉｓａｎＯｐｅｎＡｃｃｅｓｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅＣｒｅａｔｉｖｅＣｏｍｍｏｎｓＡｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬｉｃｅｎｓｅ（ｈｔｔｐ：／／ｃｒｅａｔｉｖｅｃｏｍｍｏｎｓ．ｏｒｇ／ｌｉｃｅｎｓｅｓ／ｂｙ／４．０），ｗｈｉｃｈｐｅｒｍｉｔｓｕｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｕｓｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎａｎｙｍｅｄｉｕｍ，ｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｗｏｒｋｉｓｐｒｏｐｅｒｌｙｃｉｔｅｄ．㊃０４２㊃。
深海载人潜水器作业系统设计与优化
深海载人潜水器作业系统设计与优化现代深海探测与研究在科技的推动下取得了显著的进展，而深海载人潜水器作为一种重要的设备，承担着深海科学研究、资源勘探开发和海洋环境保护等重要任务。
针对深海载人潜水器作业系统的设计与优化，本文将就其关键技术要求、应用场景、现有问题以及未来发展前景进行探讨。
首先，深海载人潜水器作业系统的设计必须满足若干关键技术要求。
首先是耐深能力，即能够安全、稳定地在深海环境中工作，当前主要以深海载人潜水器即潜水器的潜水深度作为评判指标。
其次是可靠性，潜水器在高压、低温、缺氧等极端环境下工作，必须具备高度的可靠性，确保载人潜水员的安全。
此外，作业系统必须具备良好的故障自诊断和快速修复能力，便于在潜水任务中及时应对各种意外情况。
其次，深海载人潜水器作业系统具有广泛的应用场景。
一方面，深海科学研究需要潜水器对海底地形、地质构造、海洋生态等方面进行调查和观测，为科学家提供数据支持，揭示深海领域的奥秘。
另一方面，深海资源勘探开发对潜水器的需求也日益增加，潜水器可以通过采样、探测、测量等手段，帮助勘探人员了解深海油气、矿产、生物资源等，促进资源的可持续开发和利用。
此外，潜水器还可应用于海洋环境监测与保护，通过监测海洋的水质、污染物、生物多样性等指标，为保护海洋环境提供数据支持。
然而，目前深海载人潜水器作业系统还存在一些问题。
首先是潜水器自身的稳定性和控制能力有待提高，特别是在剧烈海流、高压环境下的控制和定位面临较大挑战。
其次是潜水器的能源供应问题，由于深海环境的特殊性，传统的能源供应方式存在一定的限制，因此需要研究和开发更加高效、可持续的深海潜水器动力系统。
此外，深海作业中对载人潜水员的保护与支持设施也需要进一步改进，提高作业效率和安全性。
为了优化深海载人潜水器作业系统，可以从以下几个方面进行努力。
首先是提升潜水器的稳定性和控制能力，可以采用辅助推进器、自动控制系统、先进的定位技术等手段，来提高潜水器的机动性和作业效率。
水下机器人的设计和应用研究
水下机器人的设计和应用研究一、前言水下机器人在未来的海洋探索，环境监测等方面具有重大的应用前景。
本文将围绕着水下机器人的设计与应用展开深入探讨，旨在为水下机器人的发展提供一些有益的建议和思路。
二、水下机器人的设计1.概述水下机器人（Underwater Robot）是一种载人或自主的，能够执行各种任务的机器人，其主要工作范围是在水下环境中，包括深海、湖泊、河流等。
水下机器人一直是海洋工程和科学研究的重要工具，其应用领域已经覆盖了深海开发、安全检查、生物探索、资源开发等领域。
2.设计原则（1）稳定性：水下机器人在水下的工作中，需要依靠自己的稳定性来完成各种任务，在设计过程中，必须考虑到机器人的良好的稳定性，避免由于水流的干扰或者机身的不平衡等因素导致机器人失衡甚至翻覆。
（2）防水性：水下机器人需要面对的是一个高度潮湿和浸泡的环境，因此在设计时，必须充分考虑到水下机器人的防水问题以及水密性问题，避免水分渗入机身内部，损坏内部的电器设备。
（3）灵活性：水下机器人需要具备一定的灵活性，以便完成不同场景下的任务，因此必须在设计时考虑到各种可调节的动作和各式各样的附件。
3.机械部分（1）外观设计：水下机器人的外观和结构设计需要根据不同的任务目标进行定制，船身设计要符合水流学要求，外观要美观大方，良好的造型可以增加机器人的航行速度和稳定性，为未来的水下探索和工作奠定基础。
（2）电机和发动机：水下机器人的航行需要电机或发动机的支持，所以在设计时，要考虑到电机或发动机的功率，以及所需的电力来源，保证水下机器人的航行可靠性。
（3）传感器装置：水下机器人需要实时搜集各种信息，如水温、水流、水压等环境数据，因此需要安装各种传感器装置，如压力传感器、声音传感器和摄像头等等。
这些传感器可以让机器人在整个水下探索中拥有更好的感知能力，为机器人下一步的行动打下良好的基础。
4.电子部分（1）通信系统：水下机器人需要在航行和执行任务时与外界进行数据交互和指令控制，所以需要在机身上装备通信设备，如水声通信器、GPS系统等等。
潜水器舱室空间布局的多学科设计方法研究
载人潜水器是近年来国家重点发展领域，也是国家建设海洋强国战略的必备关键技术，其具有技术密度高、涉及学科广等多学科特征，从早期的概念化设计到目前为止，潜水器总体设计一直发展缓慢。
随着计算机技术的飞速发展，各学科理论不断完善，潜水器研究理论急需改进和突破。
20世纪80年代，以Sobieszczanski-Sobieski为代表的美国航空航天学家发现，各种航天器设计依靠各系统序列设计方法而忽视了各系统之间的耦合，所得到的计算结果只能满足单系统的或单序列的设计，而在整个全局系统中结果不能达到最优。
针对这种情况，他们提出了多学科耦合、并行的设计思路，在随后数10年的发展中，这种设计思路逐步发展成为现在的多学科优化设计方法体系。
Sobieszcanski-Sobieski[1]将多学科优化设计定义为：多学科设计优化（Multidisci-plinary Design Optimization，MDO）是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂工程系统和子系统的方法论。
潜水器舱室空间优化设计是一个复杂产品过程，同时也是一个复杂多阶段、反复叠代的过程，期间涉及到工业设计学科、水动力学科、能源学科、结构学科、容积学科等多学科问题。
在工业设计学科中，又涉及到环境色彩、布局优化、造型设计、人机工程学、心理学、照明设计等多方面知识[2]，因此，潜水器舱室优化设计问题是一个多学科设计优化问题，以往单一的设计优化方法和理论不能够从全局最优为出发点和结束点，多学科设计优化方法，通过分解协调和协同设计，能够获得系统的整体最优解。
1舱室空间布局与多学科优化潜水器设计是一个典型的多学科优化设计问题，其中，潜水器舱室空间优化设计最大的特点就是多学科、潜水器舱室空间布局的多学科设计方法研究宗立成ZONG Licheng西北大学艺术学院，西安710069School of Art,Northwest University,Xi’an710069,ChinaZONG Licheng.Study of multidisciplinary design optimization method on DSV cabin space puter Engineering and Applications,2017,53（22）：212-216.Abstract：The space layout of DSV（Deep Submergence Vehicle）is related to the multi-objective and multi-disciplinary problems,based on the research of DSV,analyzing the effectiveness of multidisciplinary design method on DSV which has kinds of multi-objective and multi-disciplinary problem.Building the method of multidisciplinary design for DSV and the collaborative optimization method,decomposing and describing the vehicle cabin space in detail,building the multi-objective genetic algorithm based on Pareto,decomposing and calculating the vehicle cabin space by multidisciplinary method,and the design proposal of cabin space is obtained.Key words：cabin;multidisciplinary design;collaborative optimization摘要：载人潜水器舱室空间布局涉及到多目标、多学科问题，通过对潜水器舱室空间的分析，研究了多学科设计优化方法对于这类多目标、多学科问题求解的有效性。
舱内功能跟人机工效导向的载人潜水器 工作舱布局设计方法
42
中
国
舰
船
研
究
第 13 卷
0
引
言
发的 “蛟龙” 号的面板排布就过于集中， 对人的行为 和心理考虑不充分， 长时间操作很容易使人疲劳。 根据以上分析， 认为大深度载人潜水器工作 舱的布局设计需求如下： 1）保证设备安装和维修的可行性； 2）保证人员能够准确操作设备； 潜航员的作业疲劳问题。 3）设备的排布符合人机工效学要求， 能改善 要 满足以上设计需求， 就需要保证能消除壳 体变形量的影响， 能依据舱内功能和人机工效的尺 寸约束解决工作舱布局的尺寸问题， 并能规划设备 排布和工作区域， 最终得到符合尺寸要求的布局。 基于具体约束的设计方法的精准度和实用性 很高， 可以应用到现有的新型布局理念或智能布 局方法上。例如， 可以将功能系统及人机工效约 束作为布局的先决条件， 然后再对舱室布局优化 的适应度函数等进行研究， 之后再根据条件基于 遗 传 蚁 群 算 法（Genetic Algorithm-Ant Colony Algorithm ， GA-ACA） 等建立布局设计模型， 开发 布局设计系统［3］。文献 ［4］ 中所提的通过制定玩 法， 其本质即是以舱内功能为导向， 以约束为基础 进行游戏过程。该游戏的高分数解决方案由相应 位置所需的设备排布情况是否最均衡合理来确 定， 因此需要事先布置人机及舱室 2 种导向下的 约束条件以作为评定标准。
舱内功能及人机工效导向的载人潜水器 工作舱布局设计方法
1 西北工业大学 机电学院， 陕西 西安 710072 2 陕西省工业设计工程实验室， 陕西 西安 710072
摘 要： ［目的］大深度载人潜水器因球壳体积狭小带来的工作舱布局难的问题主要依靠设备的合理排布和对
2 2 2 2 陈登凯 1， ， 范昱 1， ， 张帅 1， ， 曲俊霖 1，
潜水器结构设计优化研究
潜水器结构设计优化研究引言潜水器是一种专门用于深入水下进行科学研究、工程开发、资源勘探和军事侦查等活动的装置。
随着现代科技的不断进步，潜水器的应用范围也逐渐扩大。
在此基础上，对潜水器结构设计的优化研究也变得越来越重要。
一、潜水器的基本结构潜水器的基本结构包括外壳、浮力装置、动力设备、控制系统和工作装置等五大部分。
其中，外壳是潜水器最基本的结构，它不仅可以保证潜水器在水下的完整性，还可以承受水压的作用，让潜水器能够成功抵达目的地。
浮力装置是潜水器的浮力保证，它可以根据潜水的深度和重量来调整浮力，使潜水器能够保持在所需的深度。
动力设备是潜水器的驱动力，它可以提供潜水器在水下移动的能力。
常用的动力设备有螺旋桨、喷水器和电动机等。
控制系统是潜水器的指挥中心，它可以根据指令控制潜水器的方向、速度和深度等。
同时，控制系统还可以收集和处理水下环境的数据，为后续的科学研究和开发提供基础。
工作装置是潜水器的附属设备，它可以根据用户需要进行钻探、采样、勘测等工作，支持用户进行水下科学研究。
二、潜水器结构设计的优化针对潜水器的基本结构，对其进行优化设计，可以使得潜水器在水下的工作效率更高，成本更低，同时也能够显著增强潜水器的安全性和稳定性。
1、外壳的设计外壳是潜水器的重要组成部分，其设计与制造应当考虑多种因素。
一方面，外壳需要在水下环境中承受足够的水压，因此需要充分考虑结构强度、材料强度以及加工工艺等问题。
另一方面，外壳的重量和体积也需要考虑，以充分利用潜水器的有效载荷和动力设备，降低生产和运输成本。
2、浮力装置的设计浮力装置是潜水器能否成功深入水下的关键部分之一。
现代科技的发展使得浮力装置的设计更加多样化，其中最重要的一种是利用设计新颖的浮力结构，达到高浮力、低阻力和强度高的效果。
同时，新型材料的开发也促进了浮力装置的设计优化。
3、动力设备的设计动力设备是潜水器能否快速、稳定地进行水下运动的关键。
针对不同场景，采用合适的驱动方式非常重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设计、 测量 学 、 心理学、 行 为学 、 材 料 学 和 色 彩 学 等 多种
学 科 的 综 合性 的工 作 ， 在 分 析 目前 载 人 潜 水 器设 计 问题 的 基础 上 ， 引入 工业 设 计方 法和 理论 体 系 ， 建 立了 载 人潜
ｗｏ ｒ ｋ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｒ ｇ ｏｎ ｏ ｍｉ ｃ ｓ ， ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ， ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ ｐ ｓ ｙ ｃ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ， ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｌ ｏ ｒ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ
载人潜水器舱室空间布局设计方法与应用研究
。 ＨＥ Ｓ Ｐ Ａ Ｃ Ｅ Ｌ Ａ Ｙ ＯＵ Ｔ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ ＯＦ ＤＥ Ｓ Ｉ ＧＮ ＭＥ Ｔ Ｈ ０Ｄ ＡＮＤ ＡＰ Ｐ Ｌ ｌ Ｃ Ａ Ｔ ｌ ＯＮ ＯＮ ＭＡＮ ＮＥ Ｄ Ｓ ＵＢ ＭＥ Ｒ Ｓ Ｉ Ｂ Ｌ Ｅ
出的 系统 设 计 过程 ， 并进 行 了人机 功效 等设 计 分析 ， 最终
获得了 载 人潜 水器 舱 室布 局设 计方 案 。
戈： ： 罩：
Ｋｅ ｙｗ ｃ ｒ ｄｓ：
Ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ Ｃａ ｂ ｉ ｎ Ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ Ｉ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅ ｒ ｇ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｓ
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｒ ０ ｍ ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｔ ｏ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａｉ ｌ ， ａｎ ｄ ａ ｎ ａｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｇ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ， ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｎ ａｌ ｌ ｙ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｂ ｉ ｎ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ．
ｄ ｉ ｓ ｃ ｉ ｐｌ ｉ ｎ ｅ ｓ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅｍｓ ， ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ Ｉ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ Ｉ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｂ ｙ
载人 潜 水器 舱 室布 局 工 业设 计 人机 设计
各种 设 备 仪 器 摆 放 在 支 架 上 ， 基 本 满 足 了潜 航 员 和 乘 客 的 生 理
尺寸 ， 但 并 未做 相 应 的 重要 性分 区和 “ 行 为学 ” 优化 ， 对人 的心 理 尺寸
随 着 目前 海洋 资源 开 发竞 争 的愈 发 激 烈 ， 载 人潜 水 器作 为 深海 探
测、 科 学 考 察 和开 发作 业 的 必备 工 具 ， 是 目前 装备 制 造 业 研 究 的难 点 和 热 点川 。 载 人 潜 水器 为潜 航 员 和 乘客 提 供 了深 潜 工作所 需 的 各种 设 备和 环境 ， 保证 了潜 航 员的水 下作业 的有序 进行 。 载 人 潜 水 器 舱 内布 局 设 计 的研 究 ， 将 在 现 有 的 潜水 器 布 局 基 础 上， 对 潜 水 器 舱 内各 个 部分 进 行 合 理 的 优化 设 计， 包 括布 局 和 色 彩规 划， 使 潜 航 员 在未 来 载 人 潜 水器 的 深 潜工作 当 中更 加高 效 ， 有 效 地 提
文章编号：
１ ０ ０ ３ — ０ ０ ６ ９ （ ２ ０ １ ７ ）
０１ — ００１ ４— ０ ２
水 器工 业 设 计 解 决 方 法模 型 ， 研 究 了载 人 潜 水 器 舱 内布
局设计对象， 详 细论 述 了从 创 意方 案 设 计 到 效 果 表 达输
ｉ ｎ ｄ ｕ ￣ｄ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ Ｔ ｈ ｅ
云南大学建筑与规划学院 李 瀛
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：
中 图分 类 号 ：
ＴＢ ４７ ２
载 人 潜 水 器舱 室 空 间布 局 设 计是 涉及 到 人机 工 程 、 工 业
Ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｂｍｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ