【国家标准】 水下滑翔器系统试验方法 水下滑翔器系统试验方法

ICS47.020.99
CCS U 18
中华人民共和国国家标准
GB/T42059—2022
水下滑翔器系统试验方法
Method for system test of underwater glidel2022-10-12发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2022-10-12实施
规范性引用文件
术语和定义
般要求
工作程序
试验目的
试验条件
试验记录
水下滑翔器外压安全性试验
试验内容
试验场地和设施要求
5.3试验方法和步骤
5.3.1整机外压安全性试验
系统压力交变试验
5.4试验结果分析与评定
6水下滑翔器水池/湖上试验
试验内容
试验场地和设施要求
试验方法和步骤
水下静均衡试验
水下稳心高测试
水面通信姿态和功能测试
滑翔性能试验
6.4试验结果分析与评定
7水下滑翔器海上试验
试验内容
试验环境和保障要求
7.3试验方法和步骤
7.3.1工作深度考核试验
7.3.2航程测试
作业应用试验
7.4试验结果分析
7.5试验结果评定
附录A（资料性）
试验质量控制表格式
GB/T42059—2022
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
GB/T42059—2022
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由全国潜水器标准化技术委员会（SAC/TC306)提出并归口。本文件起草单位：中国船舶科学研究中心。本文件主要起草人：张华、顾媛媛、王健、徐令令、张安通、张波、曹园山、刘志勇、肖冬林。Ⅲ
1范围
水下滑翔器系统试验方法
GB/T 42059—2022
本文件规定了进行水下滑翔器整机性能和功能检验的系统试验方法，包括外压安全性试验、水池，湖上试验和海上试验的一般要求、试验内容、试验实施步骤及试验结果评价方法本文件适用于水下滑翔器研制和交付阶段试验的组织和实施。其他采用浮力驱动的无人水下航行器也可参照本文件实施
规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T12763.2
海洋调查规范
第2部分：海洋水文观测
5海洋调查规范
第5部分：海洋声、光要素调查
GB/T12763.5
GB/T13407潜水器与水下装置术语术语和定义
GB/T13407界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
水下滑翔器
underwaterglider
在剩余浮力和水动力作用下，在水下进行滑翔运动的无人航行器。注：又称水下滑翔机。
系统试验
systemtest
为检验整机系统性能和功能所进行的试验3.3
滑翔周期数
gliding cycle
水下滑翔器水下锯齿状连续滑翔运动的潜浮次数。3.4
滑翔距离
glidingdistance
水下滑翔器设定周期内潜浮所航行的水平距离注：单次潜浮的滑翔距离与潜浮深度差的比值称为无因次滑翔距离，3.5
滑翔速度glidingvelocity
单位时间内水下滑翔器滑翔航行的迹程。3.6
Jnetbuoyancywww.bzxz.net
剩余浮力
水下滑翔器浮力和重力的差值。1
GB/T42059—2022
剩余浮力驱动装置netbuoyancyengine通过进/排油或其他方式，调节水下滑翔器浮力和重力差值（即剩余浮力）的装置。3.8
坐标系coordinatesystem
研究水下滑翔器运动时一般使用固定坐标系和运动坐标系两套坐标系，均为右手直角坐标系。固定坐标系OXYZ又称大地坐标系，固定于地球，其坐标原点O一般取在水下滑翔器人水点，OX轴在水平面内指向水下滑翔器的主运动方向为正，OZ轴垂直水平面向地心为正，OY轴垂直于OZX面，方向由右手法则确定；运动坐标系ory又称随体坐标系，固连于水下滑翔器上，其坐标原点0一般取在水下滑翔器浮心处，0r轴沿水下滑翔器纵轴向前为正，0之垂直于纵横部面向下为正，0y轴垂直于纵剖面向右为正。如图1所示。
图1水下滑翔器坐标系
滑翔角glide angle
水下滑翔器滑翔速度与滑翔器ory剖面的夹角。3.10
纵倾角pitch angle
水下滑翔器or轴与水平面的夹角。3.11
航向角
course angle
水下滑翔器o轴在OXY平面的投影与固定坐标系OX轴的夹角。3.12
maximumworkingdepth
最大工作深度
水下滑翔器能安全使用的最大作业深度。4一般要求
4.1工作程序
水下滑翔器系统试验工作程序一般包括外压安全性试验、水池/湖上试验及海上试验。2
4.2试验目的
GB/T42059—2022
水下滑翔器外压安全性试验目的，是对水下滑翔器最大工作深度下的整机安全性和压力交变状态下的系统安全性进行检验。
水下滑翔器水池/湖上试验目的，是检测水下滑翔器的静力性能和滑翔航行性能，测试其重量、水下静均衡状态、水下稳心高、水面通信姿态和功能是否满足设计要求；考核滑翔速度、无因次滑翔距离等性能指标是否满足设计要求
水下滑翔器海上试验目的，是对水下滑翔器的航行性能、作业功能、海上环境适应性与可靠性进行测试考核验证。
4.3试验条件
开展水下滑翔器系统试验应具备以下条件：a）
编制试验大纲并获得批准
b）水下滑翔器已完成各分系统测试及整机陆上联调测试，功能正常，性能指标满足设计要求。进行水下滑翔器外压安全性试验时，耐压壳体一般应先通过耐压试验。所用试验设施和设备运行正常。c）
d）水下滑翔器搭载深度及姿态测量传感器用于测量其下潜深度及纵倾角、横倾角，搭载卫星通信定位系统或无线电通信系统用于测量其水面位置并发送信息。海上试验时，根据作业要求搭载温盐深仪(CTD)或其他测量仪器，用于测量海水温度、盐度等环境参数。用于出具检测数据的检测仪器设备应送授权的法定计量检定机构检定或校准，并在有效期内；e)
没有授权机构的，由持有单位按合法化的自校或互校方法进行自校或互校。f）水下滑翔器备品备件配置齐全。4.4试验记录
水下滑翔器的试验记录要求如下：进行水下滑翔器系统试验时，应对试验过程进行记录，并对试验记录进行检查；a）
试验过程中出现故障、意外等情况，应进行详细记录并报告，记录应签字；试验记录应准确、可信，有可追溯性。c）
5水下滑翔器外压安全性试验
试验内容
水下滑翔器外压安全性试验内容一般包括整机外压安全性试验、系统压力交变试验。5.2试验场地和设施要求
水下滑翔器外压安全性试验场地和设施要求如下：a）试验所用压力筒压力测试量程及尺度满足要求；b）具备试验安装架等辅助设施。5.3试验方法和步骤
5.3.1整机外压安全性试验
水下滑翔器整机外压安全性试验具体试验方法和步骤如下：3
GB/T 42059—2022
水下滑翔器整机装配完毕，有条件时应完成气密性检测。将水下滑翔器整机固定于试验安装架，吊放进入压力筒。若压力筒尺寸限制不能整机安装，可拆除非耐压壳体、天线等部分附件，但一般应同时固定于试验安装架。进行整机外压试验时，水下滑翔器一般应处于带电状态。b）
压力筒按设定加压程序逐步加压至设计最大工作深度对应水压，加载速度不应小于水下滑翔器设计下潜速度。在设计最大工作深度对应水压下，保压时间一般不小于30min。试验过程中观察是否有压降或异常声响。若有条件，可监测水下滑翔器状态并记录传感器内测数据。c）继续加压至最大试验水压，最大试验水压根据设计要求的极限下潜深度对应水压确定，若设计要求未作规定，一般不小于设计最大工作深度对应水压的1.1倍，保压时间一般不小于5min。压力筒按设定程序卸压，卸载速度不应小于水下滑翔器设计上浮速度。测试结束后检查水下d）
滑翔器各系统设备是否正常，并查看水下滑翔器传感器数据，检查传感器、执行机构是否工作正常，耐压壳体等承压部件是否有可见变形或进水。5.3.2系统压力交变试验
水下滑翔器系统压力交变试验具体试验方法和步骤如下：a）若条件允许，应进行水下滑翔器系统压力交变试验，以验证其在模拟周期性潜浮运动状态下的系统安全性。
水下滑翔器整机装配完毕，并通过气密性检测。将水下滑翔器整机固定于试验安装架，上电，b）
各系统处于工作状态，剩余浮力装置处于下潜状态；吊放进入压力筒。水下滑翔器按设定加压程序加压至设定下潜深度，控制剩余浮力装置排油模拟上浮，试验时，c
压力应至少保持5min不变。排油结束后卸压至设定上浮深度，控制剩余浮力装置进油模拟下潜，试验时压力保持不变。试验过程中观察是否有压降或异常声响，监测系统设备工作情况。
d）压力交变试验次数可视具体情况确定，应不少于2次。测试结束后检查耐压舱是否有可见变形或进水，各系统设备是否正常。5.4试验结果分析与评定
对加压结果进行记录和整理，应完整记录加压试验压力、保压时间、水下滑翔器状态等，格式见附录A中表A.1。试验过程中应无明显压降及异常声响，系统设备工作正常；卸载后水下滑翔器耐压壳体应无可见变形，耐压壳体内部应无进水，则试验合格若因条件限制，无法进行水下滑翔器整机安全性试验或系统压力交变试验，应通过仿真计算等方式进行考核。
6水下滑翔器水池/湖上试验
6.1试验内容
水下滑翔器水池/湖上试验内容一般包括水下静均衡试验、水下稳心高测试、水面通信姿态和功能测试、滑翔性能试验。
6.2试验场地和设施要求
进行水下滑翔器水池/湖上试验时，应具备满足要求的试验场地和配套试验设施：a）静均衡试验、水下稳心高测试、水面通信姿态测试一般在室内或室外水池进行。水池长度应不小于2倍水下滑翔器最大长度，宽度应不小于2倍水下滑翔器最大宽度，水深应不小于1倍水下滑翔器最大长度。试验时风速一般应不大于蒲氏2级。4
水面通信功能测试应在室外水池或湖上进行。试验水域上方无遮蔽物GB/T42059—2022
滑翔性能试验应在湖上进行。试验湖区深度应满足水下滑翔器稳定滑翔和深度转换要求，且c
留有足够安全余量，一般应至少大于10倍水下滑翔器最大长度；湖底平坦无突物且没有危险物，水流速度一般不超过0.25m/s；应配备专用工作艇。d）试验场地应具有起吊、安装、存贮等辅助试验设施，且用于布放/回收水下滑翔器的吊钩、吊环或拖钩等装置，其承重能力应不低于水下滑翔器总质量的2倍6.3试验方法和步骤
6.3.1水下静均衡试验
水下滑翔器水下静均衡试验具体试验方法和步骤如下：a）水下滑翔器按设计要求配载、称重，有条件应完成气密性检测。之后，上电，启动水下滑翔器航控系统和相应测量传感器。
将水下滑翔器静置于水池中，启动剩余浮力驱动装置排水，使水下滑翔器剩余浮力达到设定b）
平衡状态。观察水下滑翔器的浮态，用水下滑翔器内测系统记录纵倾、横倾数据，观察是否达到静均衡要求。一般情况下，水下滑翔器呈微正浮力，平衡纵倾、横倾角与设计平衡角的误差应不天于1°。
c）若未达到静均衡要求，则将水下滑翔器起吊出水，重新计算并调整质量分布后下水试验，直至满足要求。
6.3.2水下稳心高测试
水下滑翔器水下稳心高具体试验方法和步骤如下：水下滑翔器处于水下静均衡状态下，通过水平移动小质量载荷法，进行水下滑翔器水下稳心高a)
测试。
通过控制系统自动移动水下滑翔器内部载荷，也可通过人工移动水下滑翔器外部配载，调整其纵倾角或横倾角。测试时，应确保所移动的载荷处于同一水平面，纵倾或横倾角变化量一般不应超过10°。
记录移动载荷的净质量P、距离△I，移动前后的纵倾角△或横倾角△，由式（1)或式（2)计算c）
水下稳心高h。
DtanAe
h =Dtan△s
式中：
P——移动载荷的水中净质量，单位为千克（kg）；△l1——载荷的纵向移动距离，单位为米（m）；△l2—载荷的横向移动距离，单位为米（m）；D—一水下滑翔器水下全排水量，单位为千克（kg)；△—一载荷移动前后的纵倾角变化，单位为度（°）；△一—载荷移动前后的横倾角变化，单位为度（°）。.（1)
d）若未达到要求，则将水下滑翔器起吊出水，重新计算并调整质量分布后下水试验，直至满足要求。5
GB/T42059—2022
a）移动纵向载荷测试
b）移动横向载荷测试
图2水下滑翔器水下稳心高测量示意图6.3.3水面通信姿态和功能测试
水下滑翔器水面通信姿态和功能测试具体试验方法和步骤如下：a）水下滑翔器水下静均衡达到要求后，由控制系统将水下滑翔器调整至水面通信状态，待稳定后，直接观测或由纵倾角和天线出水距离观测数据换算得到水下滑翔器天线距水面高度，判断是否满足设计要求。
若水下滑翔器天线距水面高度不满足设计要求，则将水下滑翔器起吊出水，调整相应系统参数后重新进行测试，直至达到要求启动水下滑翔器通信定位系统和岸站指控系统，由岸站指控系统向水下滑翔器发送动作指令，c）
观察水下滑翔器执行机构是否按指令动作：由水下滑翔器向岸站指控系统发送卫星定位和测试数据，观察岸站指控系统是否按时接收到正确的数据。上述动作应重复不少于5次。d）
若水下滑翔器配置有无线通信系统，有条件时应对水下滑翔器进行拉距测试，测量水下滑翔器无线通信有效距离。
若水面通信不成功，应将水下滑翔器起吊出水，调整相应系统参数后重新进行测试，直至达到e)
要求。
6.3.4滑翔性能试验
水下滑翔器滑翔性能试验包括单周期滑翔试验和多周期连续滑翔试验，其中，多周期滑翔一般不少于3个周期，具体试验方法和步骤如下：a）确认水下滑翔器各系统设备启动处于正常工作状态，设定参数，布放下水。b）水下滑翔器进行水面通信，设定目标航向、滑翔周期、通信周期、下潜/上浮转换深度、水下保6
护时间等参数，接收卫星定位系统定位数据。GB/T 42059—2022
水下滑翔器在水面接收到指令后，进行浮力调节，开始下潜试验。根据设定参数，在设定下潜转换深度处进行浮力调节，水下滑翔器继续下潜到达最大深度后开始上浮；在设定上浮转换深度处进行浮力调节，水下滑翔器继续上浮到达最小深度后开始下潜，一个或若干个滑翔周期结束后浮出水面进行定位与通信。d）与水下滑翔器进行通信，接收水下滑翔器卫星定位系统定位信息和数据。e）
对水下滑翔器状态进行判别，发送继续进行下一步试验的指令或更改目标航向角和潜浮参数的指令。
完成一次或若干次试验后，水下滑翔器浮出水面，等待进行回收操作。f）
回收水下滑翔器。
从水下滑翔器下载数据，检查试验记录数据。关闭电源，维护保养试验时，由水下滑翔器航控系统测试并记录潜深、纵倾角、航向角等参数随时间的变化，由水下滑翔器卫星定位系统测试并发送其水面位置坐标水下滑翔器单周期滑翔试验时，一般应进行重复性试验，检验水下滑翔器滑翔性能指标是否满足要求。
6.4试验结果分析与评定
水下滑翔器静均衡状态、水下稳心高、水面通信姿态测试结果、滑翔性能试验结果分别记人表A.2、表A.3。水下滑翔器水池/湖上试验结果分析与评定如下：水下滑翔器静均衡状态、水下稳心高、水面通信姿态应满足设计要求a)
b）水下滑翔器各系统正常工作、无故障，系统运行应与指令预期相匹配，潜浮动作正确完成，通信定位系统工作正常，
水下滑翔器滑翔性能试验结果分析与评定按下述方法进行：c
稳定滑翔速度V。可由式（3)获得。式中：
Vza——-稳定垂向运动速度，单位为米每秒（m/s）稳定滑翔角，单位为度（°），=一十α。其中。为平均稳定滑翔纵倾角，单位为度（°），由测量数据分析获得；α为稳定滑翔攻角，单位为度（“），由计算获得。也可近似其平均稳定滑翔纵倾角进行计算。
无因次滑翔距离（1）可根据式（4）计算。—H
式中：
l。—单周期平均滑翔距离，单位为米（m）；△H——下潜上浮深度差，单位为米（m）。由多周期滑翔试验结果或多次单周期滑翔试验结果计算得到上述参数的平均值。试验获得的滑翔速度及无因次滑翔距离应满足设计指标要求7水下滑翔器海上试验
7.1试验内容
水下滑翔器海上试验内容一般包括工作深度考核试验、航程测试、作业应用试验等。...（4)
GB/T42059—2022
7.2试验环境和保障要求
水下滑翔器海上试验环境和保障要求如下：a）海域水深条件应大于水下滑翔器设定的最大下潜深度，且预留一定的安全深度。试验前可根据海图选择合适试验海区。若有条件，作业船抵达试验海区后进行水深测量或CTD剖面测量，确认海域水深条件大于水下滑翔器最大下潜深度和安全深度要求后，方可进行海上试验。b）布放时海区海况一般不大于4级，回收时海况一般不大于3级。c）试验海区无渔网及养殖设施。d）试验海区流速若大于设计要求时，一般可选择顺流或横流方向进行试验，e）配备作业保障母船和必要试验设备，以及具有有经验的参试人员并明确岗位职责。试验海区环境条件检查情况记人表A.5，7.3试验方法和步骤
7.3.1工作深度考核试验
工作深度考核试验内容包括设定下潜深度的单周期滑翔或多周期连续滑翔试验。进行多周期连续滑翔试验时，其滑翔周期数一般取3个～5个。具体试验步骤如下：a）确认水下滑翔器各系统设备启动处于正常工作状态，设定参数，解除水下滑翔器应急抛载系统锁定，布放下水。
与水下滑翔器进行水面通信，设定目标航向、滑翔周期、通信周期、上浮下潜转换深度，水下保护时间等参数，接收卫星定位系统定位数据。c）
水下滑期器在水面接收到指令后开始下潜进行试验。根据设定参数，在到达设定下潜转换深度后转换进人上浮状态；在达到设定上浮转换深度后转换进入下潜状态，一个或若干个滑翔周期结束后浮出水面进行定位与通信。d）与水下滑翔器进行通信，接收水下滑翔器卫星定位系统定位信息和数据。对水下滑翔器状态进行判别，发送继续进行下一步试验的指令或更改目标航向角和潜浮参数e）
的指令。
f）完成一次或若干次试验后，水下滑翔器浮出水面，等待进行回收操作。g）回收水下滑翔器。
h）从水下滑翔器下载数据，检查试验记录数据。关闭电源，维护保养。试验时，由水下滑翔器航控系统测试并记录潜深、纵倾角、航向角等参数随时间的变化，由水下滑翔器卫星定位系统测试并发送其水面位置坐标。水下滑翔器工作深度考核试验时，一般应进行不少于2次的单周期滑翔重复性试验或不少于1次多周期连续滑翔试验，检验水下滑翔器工作深度指标是否满足设计要求。7.3.2航程测试
航程测试为规划了航行路线的连续滑翔航行试验，试验过程中可以设定通信周期数（即每隔若于个滑翔周期上浮出水面进行通信）。a）航程测试需要提前对试验路径进行规划。试验过程中应根据规划试验路径，由航行控制系统操纵水下滑翔器执行机构调整航向。其他操作步骤同7.3.1。在进行水下滑翔器航程测试时，应根据试验海域海况变化和水下滑翔器的实际航行状态决定b）
是否进行实施或暂停回收操作。c）试验时，由水下滑翔器航控系统测试并记录潜深、纵倾角、航向角等参数随时间的变化，由水下8
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。