研究进展 | 我院水-空跨介质航行器项目组在数字孪生智能系统等方面取得新进展

发布时间：

2024-08-08

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近日，0033990威尼斯（以下简称“北大南昌院”）水-空跨介质航行器项目组在海洋工程领域Top期刊《Ocean Engineering》分别发表了题为《Data driven digital twin system for the cross-domain vehicle》《Seakeeping investigations of a cross-domain vehicle with the capability of high-speed cruising in waves》的研究成果。

01 数据驱动的水-空跨介质航行器数字孪生智能系统

项目组基于“潜翔Ⅰ号”水-空跨介质航行器（cross-domain vehicle，图1），成功开发了一套实时数据驱动的数字孪生智能系统（图2），用来实现航行器的智能运动控制和运动状态监测。文章所提出的数字孪生系统，集成了先进的传感器技术，能够即时捕捉航行器的运动状态数据，并通过长短期记忆（Long Short Term Memory，LSTM）神经网络模型，实现对航行速度及运动姿态的精确预测。这些预测信息无缝接入到模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）算法中，强化了系统的智能控制与状态监测能力，实现了虚拟模型对物理航行器“以虚映实、以虚预实、以虚控实”的全方位映射与控制。

为验证该系统的有效性，项目组开展了水面、水下航行湖上试验（图3）。结果表明，“潜翔Ⅰ号”虚拟实体能够实现对物理实体的精准映射，而与传统的控制系统相比，数字孪生系统对“潜翔Ⅰ号”的航行速度及运动姿态的调控具有更好的效果。

图1 “潜翔Ⅰ号”物理实体

图2 “潜翔Ⅰ号”水-空跨介质航行器数字孪生智能系统

图3 “潜翔Ⅰ号”湖上试验过程

物理实体与虚拟实体的运动状态对比

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002980182402184X

02 高速跨介质航行器耐波性研究

此外，项目团队还研究了高速跨介质航行器的耐波性。通过实验和仿真分析了AUV（无水翼）和“潜翔Ⅰ号”水-空跨介质航行器（有水翼）的耐波性（图4），总结了弗劳德数（Fr）和波高对高速跨介质航行器在波浪中航行时耐波性的影响规律，最后比较了AUV（无水翼）和“潜翔Ⅰ号”水-空跨介质航行器（有水翼）在波浪中的俯仰角和升沉。结果表明，水翼可以提高水-空跨介质航行器的耐波性（测试视频）。