【摘 要】
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近年来,随着深渊科学的兴起以及科学家对水下探测和采样等深远海研究方面的重视,全海深复合型无人潜水器凭借其在任务安全、降低研发费用和远程操作能力等方面的优势,逐渐在科研和工程应用中发挥了重要作用。全海深复合型无人潜水器自带能源并且可以通过微细光纤与母船进行信息交互,能够实现自主、遥控、半自主等不同作业模式下的深海探测与作业基本功能,是海洋高技术的集成体。目前,全海深复合型无人潜水器的研究与开发已成为
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近年来,随着深渊科学的兴起以及科学家对水下探测和采样等深远海研究方面的重视,全海深复合型无人潜水器凭借其在任务安全、降低研发费用和远程操作能力等方面的优势,逐渐在科研和工程应用中发挥了重要作用。全海深复合型无人潜水器自带能源并且可以通过微细光纤与母船进行信息交互,能够实现自主、遥控、半自主等不同作业模式下的深海探测与作业基本功能,是海洋高技术的集成体。目前,全海深复合型无人潜水器的研究与开发已成为水下设备技术领域的前沿之一。由于全海深复合型无人潜水器系统越来越复杂以及功能越来越强大,使得系统的可靠性问题变得越来越突出。设计、地面试验和实际海试环境之间的偏差以及各子系统之间协调的不完善,使得在工作环境中的故障不可避免。并且全海深复合型无人潜水器的开发和维护需要高资本投入和操作支出,因此为了减少维护或更换失效设备的成本以及实现潜水器设计之初的可用性,开展全海深复合型无人潜水器的可靠性分析是十分必要的。本文主要完成了全海深复合型无人潜水器系统的可靠性分析,基于故障树分析方法的系统可靠性仿真以及贝叶斯网络分析。首先,采用基本可靠性分析方法和故障树分析方法对全海深复合型无人潜水器系统进行了可靠性分析。在基本可靠性模型里,根据全海深复合型无人潜水器系统的实际情况,建立了可靠性框图,得到了系统可靠性参数:系统可靠度Rs(t),系统失效率λs(t),和系统平均无故障间隔时间(MTBF)。在故障树分析法中,建立了全海深复合型无人潜水器系统的故障树及其数学模型,利用上行法和下行法分别得到故障树的最小割集,进行了定性分析。最后,通过两种方法得到系统故障树的顶事件概率和结构函数:底事件发生概率直接得到顶事件发生概率,最小割集计算顶事件的发生概率。基本可靠性分析方法与故障树分析方法基本相同,但故障树分析具有直观、形象、灵活、计算量小等优点,可为改进系统设计、确定系统监测和故障诊断的组成部分提供依据。其次,依据建立的故障树模型,利用蒙特卡罗方法对全海深复合型无人潜水器系统进行了可靠性仿真,并得出系统可靠度Rs(t)、系统平均故障间隔时间MTBF、基本部件重要度W(Zi)和基本部件模式重要度WN(Zi)等可靠性参数。当全海深复合型无人潜水器工作总时间为2500小时时,系统平均故障间隔时间MTBF为431.64小时。当全海深复合型无人潜水器工作时间为12小时时,可靠性指数为0.9735。根据研究结果,全海深无人潜水器中最脆弱的基本部件大多与光纤传输有关,如光纤水密接插件、微细光纤、视频罐。其中模式重要度最高的为0.0881,说明微细光纤传输系统是全海深复合型无人潜水器系统可靠性的薄弱环节。最后分别定量分析了单因子和多因子改变对潜水器系统可靠性的影响,从而提高整个潜水器系统的可靠性。最后,基于全海深复合型无人潜水器系统故障树,建立了贝叶斯网络模型,并进行了可靠性分析。首先,建立了全海深复合型无人潜水器系统故障树,并应用贝叶斯网络对所建立的故障树进行转化;然后结合了基本事件的先验概率,利用贝叶斯软件NETICA计算了全海深复合型无人潜水器系统不能正常工作的概率分布,找出了潜水器系统的薄弱点并且分别定量分析了单因子和多因子改变对潜水器系统可靠性的影响。通过研究全海深复合型无人潜水器系统的故障问题,对于保证复合型无人潜水器在水下长时间安全作业以及维护检修具有重要意义。
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