为满足深远海开发与安全保障的战略需求，具备长航时、远程、高速及低噪声等优势的大型无人潜航器成为海洋技术竞争的制高点。基于此，系统梳理大型无人潜航器的技术谱系，重点剖析其在实现综合高性能目标过程中面临的多学科总体优化核心挑战。研究表明，能源动力、声隐身、流体结构及智能控制等学科的性能指标存在深度耦合与相互制约，传统的串行设计难以实现系统全局最优。为此，构建包含当量航程、当量负载和置空率等指标的“总体性能多维度衡量体系”，将设计目标由满足性能指标转向寻求最优多维性能组合，为总体设计评估提供科学依据。在此基础上，系统归纳国际主流大型无人潜航器的总体参数与技术特点，深入分析长航时可靠性、能源瓶颈以及海洋弱观测−通信环境下自主控制等关键问题的解决路径。最后，展望大型无人潜航器向智能化、体系化、跨域协同方向发展的趋势，指出实现其性能跨越式发展的关键所在，可为大型无人潜航器的技术创新与工程实践提供系统性参考。
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。
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。
针对多自主水下航行器（AUV）编队运动中出现的系统状态感知及传输能力受限及无位置信息交互导致可观测性不足的问题，提出一种用于编队控制的事件驱动量测−通信联合框架下基于 Lyapunov 理论的模型预测控制（ETMCU−LMPC）策略，以提升编队稳定性与跟踪精度。
首先，融合编队通信拓扑与系统状态，建立基于状态观测的事件触发机制，利用各AUV之间相对量测信息抑制水声广播失效带来的延迟与丢包，增强无位置信息交互时的系统可观测性；然后，设计基于Lyapunov理论的分布式模型预测控制（LMPC）器，采用反步法构造收缩约束保证递归可行性，并引入自适应卡尔曼滤波（AKF）补偿量测噪声，确保闭环稳定性。
对 1 艘领航、4 艘跟随共 5 艘 AUV的编队仿真表明，与传统LMPC相比，ETMCU−LMPC 方法的收敛时间由8 s 缩短至6 s，最大误差由1.12 m 降至0.36 m，稳态误差由0.57 m降至0.06 m，且控制输入更平稳。
所提方法可有效应对通信异常，提升状态感知与传输受限场景下多 AUV 编队的可靠性，具有实际工程价值。
旨在探究陶瓷耐压结构在深海极端环境下的内爆冲击载荷特性及热力学机理，提出基于压力−速度−温度平衡的可压缩多相流模型及自适应网格细化（AMR）算法的深海陶瓷耐压结构内爆数值模拟方法。
首先，运用所提方法实现冲击波的准确预报及流场的精细化捕捉，并开展陶瓷耐压结构水下内爆试验，以验证数值方法的有效性；然后，通过万米级陶瓷耐压结构内爆数值研究，揭示内爆冲击载荷及热效应特性；最后，开展不同水深及水温下陶瓷耐压结构内爆数值研究并分析其影响规律。
研究结果表明，深海陶瓷耐压结构内爆会向外释放冲击波，并在气体被剧烈压缩中产生显著热效应；随着环境压力的增大，内爆冲击波超压峰值系数减小，衰减速率加快；环境温度不会显著影响陶瓷耐压结构的内爆特性。
该研究揭示了深海陶瓷耐压结构内爆特性，对水下内爆的评估与防护研究具有积极的理论意义和工程价值。
随着水下无人航行器（UUV）多样化应用需求的不断增加，传统以文本为载体的设计方法在实践中暴露了诸多局限性，例如设计文档分散、难以维护、系统之间迭代效率低等，故须提出一种全新的总体设计方法。
引入基于模型的系统工程（MBSE），并与传统设计方法相结合，形成一种基于模型驱动的UUV设计与验证方法。首先，利用M-Design协同研发平台，采用图形化的系统建模语言，构建UUV的需求模型、逻辑架构模型和物理架构模型，从而形成完整的设计方案。然后，采用多系统联合仿真技术，搭建分布式仿真平台，对UUV典型任务场景进行性能模拟验证，最终提出针对UUV的敏捷设计与验证原型系统概念方案。
研究结果表明，基于模型的设计方法可以有效提升UUV的设计效率和验证能力，实现了从需求定义到设计实现的完整闭环。
研究成果可为各类水下有人和无人平台的设计与指标验证提供参考。
为了提升自主水下航行器（AUV）的综合作业能力，针对其与拖曳式回收坞站（TRD）对接过程中的碰撞问题展开系统研究。
基于动力学分析，在ADAMS-MATLAB联合仿真平台建立含接触碰撞的仿真模型，系统分析初始工况对对接碰撞的影响。针对由碰撞引起的姿态扰动，提出多阶段协调控制策略。
仿真结果表明，偏心角和偏心距的增大会延长对接时间，对碰撞力峰值影响有限，而提高相对初始速度则可缩短对接时间，但会增大碰撞力峰值；对母船加速度的研究进一步揭示了碰撞力与效率之间的复杂关系；所提控制策略通过主动姿态调整，可在保证对接效率的同时使碰撞力峰值降低14%～72.2%，有效优化了动态对接过程。
所做研究可为AUV拖曳回收系统的设计与稳定性控制提供可靠的仿真基础与设计依据。
海上目标的被动探测数据常因位置信息误差大、航向随机多变等问题，导致目标机动检测性能降低，进而影响对目标运动趋势的分析。为提升海上目标机动检测能力，提出一种基于先验知识的目标机动检测技术。
通过固化专家经验引入两条先验知识：目标航向机动前后有显著差异，非机动期间的航向近似一致；机动前后航向差异具有局部极值特征。定义航迹平滑度度量，提出基于主成分分析（PCA）的航向机动评估因子计算方法，并结合最大值滤波实现目标机动检测。
仿真结果表明，与主流的交互式多模型（IMM）算法及基于信息熵的算法相比，采用所提方法检测得到的目标航向机动拐点更接近于真实拐点，误检和漏检率最低，且利用该方法提取的机动位置进行航迹压缩时，与原航迹的距离误差最小。
所提技术可有效提升海上目标机动检测的准确性与鲁棒性，为海上目标行为分析及决策提供有力支持。
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
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。
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