海上吊装作业时，波浪补偿装置对保障作业安全和延长作业窗口期意义重大。旨在系统剖析便携集成式波浪补偿装置，结合国内外研究现状，为我国相关研究及装备国产化提供有力支撑。

通过系统探讨便携集成式波浪补偿装置，详细阐述被动式、自适应式、主动式和混合式波浪补偿装置的工作原理，对比分析其优缺点；深入研究张力补偿、位置补偿和混合补偿在不同海上作业场景下的补偿原理与智能控制算法；分析国际主流产品特点，结合我国实际情况探讨发展现状；总结装置的特性与优势，展望未来研究方向。

研究发现，各类便携集成式波浪补偿装置在性能、适用场景等方面各有长短；不同补偿目标与海上作业场景紧密适配；国际市场产品成熟度高，而我国在该领域仍处于研发探索阶段。

该装置未来应朝着结构轻量化、模块化与标准化、稳定性与智能化控制发展，我国需强化技术创新，突破关键技术瓶颈，优化制造工艺，提升材料性能、密封技术和防腐能力，以推动相关装备国产化进程，增强我国在海洋工程领域的竞争力。

旨在开展斜航作业下船舶冰载荷的准确预报和冰载荷特性研究。

以某极地船型为研究对象，应用离散元法对碎冰区船舶斜航状态下的冰载荷进行预报。首先，针对目标船型建立数值模型，通过对比试验数据验证其准确性；其次，设定不同的斜航角度、航速及冰厚，计算斜航过程中船舶受到的冰载荷；最后，分析不同漂角和冰厚条件下船舶冰载荷的分布特性及变化趋势。

研究显示，随着漂角的增大，船舶所受碎冰阻力及碎冰侧向力呈非线性增长；船模在航速0.6 m/s、海冰密集度70%，冰厚0.014 97 m条件下，在斜航工况15°漂角下，相比直航工况，碎冰阻力与碎冰侧向力增幅分别达4.25倍和6.04倍；船舶在大于10°漂角工况斜航作业下，提高航速或进入冰厚较大区域需注意碎冰阻力及迎冰侧碎冰侧向力突变可能造成的不利影响。

所做研究可为船舶在极地碎冰区斜航工况下的安全性评估提供数据支持，为斜航工况下极地船舶冰载荷预报与研究提供参考。

针对无人艇（USV）在复杂环境（如风速变化和初始位置偏差等不确定因素）下路径跟随精度和稳定性不足的问题，提出一种基于时变侧滑角补偿的自适应视线（TSC-ALOS）制导算法。

首先，引入基于实时风速、风向测量数据的时变侧滑角补偿机制，改进形成 TSC-ALOS 算法，动态补偿环境扰动导致的侧滑角变化，优化USV期望航向输出。然后，设计基于比例微分（PD） 的航向控制器，将 TSC-ALOS 算法生成的期望航向转化为实际舵角控制，确保USV能快速、稳定跟踪目标航向，实现从高层导航策略到低层控制执行的有效衔接。最后，利用实海域数值仿真，在无风、固定风和随机风3种工况下，分别对TSC-ALOS、ALOS和传统LOS算法进行性能对比，重点分析横向跟踪偏差与航向稳定性等指标。

仿真结果显示，在无风环境中，TSC-ALOS与ALOS算法的路径跟随精度均优于传统LOS，尤其在路径转弯处表现突出；在风速分别为8.37 m/s和16.73 m/s的固定风与随机风工况下，TSC-ALOS显著降低了横向跟踪偏差，展现出更强的抗扰动能力。在初始位置偏差的情形下，TSC-ALOS相较于ALOS和LOS算法的平均横向跟踪偏差分别降低了24.6%和36.8%。

TSC-ALOS算法在多种复杂环境下均表现出卓越的制导性能，尤其在应对环境干扰和位置偏差方面优势明显，为USV自主航行系统的研发提供技术支持的同时，也为算法的进一步优化提供了方向。

针对多无人潜航器（UUV）编队在复杂水下环境中面临的编队保持与灵活避障难以同时实现的难题，提出一种能够自适应队形变换的全局路径规划方法。

基于仿射变换框架，将多UUV系统的协同路径规划问题映射至二维平面仿射参数空间进行求解。首先，采用一种改进的快速搜索随机树^*（RRT*）算法进行前端路径搜索，该算法通过整合快速探索与迭代优化阶段、加权KD（k-dimensional）树、混合采样机制以及自适应采样参数调整，实现初始仿射状态序列的高效生成；然后，利用基于B样条曲线的后端优化器，采用梯度下降法最小化一个综合考虑轨迹平滑性、UUV运动学可行性、环境碰撞安全性以及自适应编队缩放代价的目标函数，优化得到连续光滑且满足多重约束的仿射参数轨迹。

湖上试验结果表明，所提规划方法能够生成安全、可行的编队路径，能成功引导多UUV编队穿越模拟的狭窄障碍区域，且UUV的实际速度和加速度均满足设定的可行性约束。

所提的基于仿射变换的全局规划方法能够通过自适应队形变换为航行于复杂障碍场景下的多UUV编队提供安全可行的编队路径，实现多UUV编队的安全航行，同时，也能显著提升海洋无人潜航器的自主性与环境适应性，对推动海洋无人装备技术的发展和实际应用具有积极意义。

针对水下声呐成像过程所面临的高强度噪声和大目标障碍物结构特性，以及实时水下避障任务对感知算法轻量化部署和高推理效率的严苛要求，提出一种低计算成本和短时推理特性的声呐图像语义分割算法，以应对避障需求下感知算法中计算复杂度与实时响应效率之间的矛盾。

基于编码器−解码器网络结构，通过引入轻量化卷积操作以显著降低计算复杂度，并针对避障场景将大核可分离注意力引入到跳跃连接中。通过对真实采集并标注的6936张声呐图像进行训练与对比，以及在Gazebo仿真平台中对基于感知算法的避障策略进行验证。

改进后的算法针对性地提高了大目标分割精度，相较基础模型，计算量和参数量分别降低69.2%和83%，同时推理时间减少22.6%，感知精度提升10.8%。仿真实验验证了感知算法在避障过程中的有效性，可充分满足基于前视声呐水下避障场景下的实时感知任务需求。

所提基于声呐图像的感知算法可有效满足水下机器人机载场景下的避障需求，具有良好的工程应用前景。

为了解超大型无人潜航器的声目标强度特性，以“虎鲸”（Orca）超大型无人潜航器为研究对象，系统分析1～10 kHz频段内的目标强度特性。

基于Orca模型，分别采用有限元法计算1～3 kHz频段内、采用板块元法计算3～10 kHz频段内的目标强度，并与Benchmark模型进行对比，提出角检测率是可以更全面评价无人潜航器隐身性能的指标。同时，在水箱环境开展缩比模型实验，提出实验测量目标强度的修正方法。

初步掌握了Orca模型的目标强度特性，通过对比Benchmark模型发现，Orca模型在周向方向上具有更好的隐身性能，在高频段的环向方向上也具有一定优势，并且随着频率的升高，其优势更加明显。针对水听器与换能器之间的距离不满足远场条件的情况，通过对实验测量目标强度进行修正，即可与仿真值更加吻合，验证了数值仿真结果的正确性。

研究成果可为水下探测系统优化及无人潜航器隐身设计提供理论参考。

旨在开展深海钛合金圆柱壳内爆失效机制及冲击特性研究。

首先，自主搭建深海内爆试验平台，开展深海高压环境下钛合金圆柱壳的水下内爆试验；然后，自主开发可压缩多相流模块求解水下内爆流场的高速运动，采用显式非线性有限元法求解深海高压钛合金耐压结构坍塌时的失效动态响应，分析钛合金圆柱壳内爆过程中的流固耦合机制、多相介质中非对称冲击波演化规律、结构非线性动态响应与能量平衡的关系。

结果显示，长径比为2的钛合金圆柱壳呈现出一阶模态失稳坍塌形式，且先后两次形成内爆中心；随着静水压力的增大，首个内爆中心发生显著的迁移效应，钛合金圆柱壳失效模式逐渐由向内挤压变成向内卷曲，破碎形态从“弓”形转变成“M”形。

研究成果揭示了深海钛合金圆柱壳的内爆失效机制及冲击特性，对深海耐压结构内爆评估及防护研究具有重要的指导意义。

针对现有水下机器人单次下潜难以兼顾大范围探测与高精度作业的痛点，设计一款可变形水下作业机器人，实现水深 1000 m 内的低阻巡航、双臂协同作业等功能，满足海洋风电系统及水下油气平台等的巡检与维护需求。

首先，明确机器人总体设计指标，优化整体设计流程，完成机器人舱体及设备布置，设计变形机构（丝杆顶升机构）、耐压舱等关键结构，并基于有限元分析完成 1 000 m 水深对应的 12 MPa 压力下关键部位强度校核；其次，分析巡航模式下的续航能力与机动性能，以及作业模式下的机械臂工作空间与稳定性；最后，通过 CFD 仿真验证阻力特性，基于 Matlab 建立耦合动力学模型，验证自恢复、抗扰动及手−艇耦合抑制性能。

所设计机器人内部总体布置合理，关键部位满足 1 000 m 深海作业要求，耐压舱最大应力小于采用材料的屈服压力；巡航模式下机器人极限续航为 7 h，所搭载推进器能有效满足机器人水下灵活运动，以 6 kn 速度航行时纵向阻力仅 −725.06 N，各类工况下航行阻力明显低于作业模式，具备低阻特性；作业模式下中部浮力材料升起 270 mm，重心与浮心高度差增加 0.054 m，最大恢复力矩较巡航模式提升 202.1%，机器人具备更高的作业稳定性，其横倾自恢复时间从 180 s 缩短至 60 s，同时具备更好的抗扰动能力，双臂作业空间覆盖机体侧方、前方及下方区域，协同作业空间有效。

通过自主形态切换，提出的可变形水下作业机器人总体设计方案具备多任务的执行能力，可实现巡航模式低阻探测与作业模式高稳作业的有机结合，为深海复杂场景下的水下作业提供了新的方案。

旨在建立一种将脐带缆视为多根刚性杆件铰接的波浪滑翔器纵剖面动力学模型，揭示环境参数与脐带缆参数对波浪滑翔器纵向运动特性的影响规律。

基于合理假设与简化，将脐带缆视为多段匀质且互相铰接的刚性杆，采用拉格朗日法构建波浪滑翔器纵剖面多刚体动力学模型。结合波浪力、流体阻力及水翼外力的计算方法，基于MATLAB/Simulink平台搭建仿真程序对模型进行求解，并通过与现有研究结果对比来验证模型的有效性。最后，进一步开展环境参数与脐带缆参数对系统响应的敏感性分析。

结果表明：随着波高的增大，纵向运动响应得以增强。当波高由0.2 m增至0.4 m时，纵向运动响应增大78.20%；在0.07 m/s的海流干扰下，顺流工况相比逆流工况在60 s内的纵向位移由1.53 m增至9.11 m。随着脐带缆长度的缩短，纵向运动响应得到增强。当脐带缆长度由5 m减至2 m时，纵向运动响应增大31.97%；过小的波浪周期因多段铰接刚性杆件间的刚性冲击而导致纵向响应降低；脐带缆密度的变化对纵向运动响应的影响较小。

研究成果可为波浪滑翔器的结构优化设计和运动控制策略提供理论支撑。