舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGY剖面浮标的分段浮力调节策略研究王雷，姚宝恒，魏照宇，连琏(上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240)摘要：浮标的续航能力是影响到浮标整体性能的重要指标之一，在浮标工作过程中耗能最大的部分是浮力调节系统主动调节的过程。基于对浮标运动特性以及耗能原因的分析，提出上浮阶段过程中采用分段排油策略的方案，减少浮力调节过程中排油所需要消耗的能量。通过构建浮标的运动模型和耗能模型，在理论推导和计算基础上，分析得到速度区间设置和分段排油次数对浮标上浮运动过程耗能的影响关系，结合实例验证分段排油策略可•以有效减少浮标上浮阶段的耗能。关键词：浮标；浮力调节；分段排油；节能中图分类号：P756；U674.91文献标识码：A文章编号：1672-7649(2020)05-0098-05doi：10.3404/j.issn.1672-7649.2020.05.019Studyofmulti-stepbuoyancyregulationstrategyforprofilingfloatWANGLei,YAOBao-heng,WEIZhao-yu,LIANLian(TheStateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Theenduranceofthefloatisoneoftheimportantindicatorsaffectingtheperformance,andthemostenergy-consumingpartoftheoveralloperationistheprocessofstartingthebuoyancyregulationsystemforoildischarge.Basedontheanalysisofmotioncharacteristicsandenergyconsumptionreasons,aschemeofmulti-stepbuoyancyregulationstrategytosaveenergyintheprocessoffloatingisproposed.Themotionmodelandenergyconsumptionmodelareconstructed,andtherelationshipbetweenthespeedintervalsettingandthenumberofoildischargesontheenergyconsumptionofthefloat-ingmotionprocessistheoreticallyanalyzed.Thefeasibilityofthesegmentaloildischargestrategyandtheenergysavingef-fectareverifiedin(heexample.Keywords:profilingfloat；buoyancyregulation；multi-stepoildischarge；energysaving0引言剖面浮标是海洋探测中应用最早的海洋观测平台之一,主要目标是观测与气候变化相关的海洋信息，包括海洋温度、盐度和海流等叫目前国际上用于海洋水下移动观测的浮标主要是Argo浮标⑵。一般浮标搭载的电池容量有限，能源问题是实现长时间观测的一个急需解决的I'可题。浮标整个工作阶段耗能最大部分是周期运动中进行浮力调节所消耗的能量，因此需要重点研究浮力调节的控制策略，来实现能源的有效分配和合理利用。Agrawal13'和Sumantt'41等对应用变重力式浮力调节系统的UUV进行了运动过程模拟，具有一定的实际应用价值。对于应用变体积式浮力调节系统的水下载体这一类型也有大量的探索和研究。ErnestPetzrick等⑶在APEX-Deep浮标试验中验证了连续低速排油所消耗的能量少于常规的一次性排油所消耗的能量。陈鹿等⑹通过设定上浮速度区间的方式实现特定条件下的排油，所采用的方法可以将能耗减少大约51.16%，但过程中对速度区间的设置仅为经验值，而且需要频繁启动电机和泵，对设备损耗较大。穆为磊等⑺分析了当上浮速度为。时开启一次排油方法的能耗，此方法本质上是将速度区间中的最低速度设为0时的特殊情况，没有从实质上探究出速度区间对分段排油策略耗能的影响。针对浮力调节最佳策略的选择问题，本文对浮标运动特性以及耗能原因进行分析，研究浮标上收稿日期:2019-04-18基金项目：青岛海洋科学与技术试点国家实验室瞽.山科技创新计划项目(20I7ASKJ01)作者简介：王雷(1995-)，男，硕士研究生，研究方向为水卜潜水器的总体设计与控制。第42卷第5期2020年5月以及在设定某一速度区间的情况下总耗能与调节次数的关系曲线。1浮标运动过程中的耗能阶段剖面浮标通过周期性上浮下潜运动完成目标海域海洋参数的测量。在-个完整的运动周期内，剖面浮标通过浮力调节系统进行回汕和充汕来改变浮标的排水体积，实现上浮和下潜运动叫浮标在一个周期内主要有“下潜-漂流-再次下潜-上浮”4个运动过程，剖面浮标下潜过程中，只需开启电磁阀，外油囊中的液压油在海水压力下自发被动回流。而上浮阶段中的排油过程通常是在深海高压环境下...