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企业家的产学研合作新模式，发起彩虹鱼挑战深渊极限的项目，目标是研制出包括全海深载人无人潜水器构成的深渊科学技术流动实验室，攀登世界载人技术的高峰，同时为填补我国深渊科学的空白作出自己的积极贡献。现已全职加入西湖大学，受聘为深海技术讲席教授并担任西湖大学-上海海洋大学联合深渊科学技术研究中心主任。崔维成教授课题组主要开展深海装备的多学科设计优化方法研究和深海装备研制，如载人无人潜水器、着陆器浮标的研制、机械手推进器高压海水泵水下摄像机等重要部件的研制、金属材料有机玻璃材料固体浮力材料破坏机理及强度预报方法研究等。2013年起作为项目负责人牵头研制深渊科学技术流动实验室，目前已经进行到一半左右，计划在未来5年全部建成。在海洋结构物极限强度分析方法、疲劳寿命预报方法、多学科设计优化方法及其在潜水器设计中的应用等领域，有创新性成果。已在SCI和EI杂志上发表论文共计300余篇，名列2017年Elsevier海洋工程领域中国高被引学者榜单之首。因在蛟龙号载人潜水器研制项目上的突出贡献，2013年获国际海洋装备展览会杰出成就奖 （Oceanology International 2013 Award for achievement in manned submersible technology）2014年获Blancpain宝珀汉斯哈斯五十噚大奖，是亚洲地区获奖的第一人。2016年被《自然》杂志评为中国十大科技之星。2017年被评为首届全国创新争先人才奖状。现担任五本国际期刊编委。崔维成，1963年生，江苏海门人，全国优秀科技工作者（2010）。2013年5月17日作为蛟龙号研制和海试团队的代表受到党和国家最高领导人的接见，并在随后的表彰大会上获颁载人深潜英雄勋章和证书。2016年被《自然》杂志评为中国十大科学之星。1986年清华大学固体力学专业学士，1990年英国布里斯托大学结构可靠性专业博士。1993年2月回国，被中国船舶科学研究中心聘为高级工程师和硕士生导师，1995年晋升为研究员和博士生导师，1999年担任上海交通大学船舶与海洋工程学院副院长。2002年被中国船舶重工集团公司党组任命为中国船舶科学研究中心所长，并担任了蛟龙号总体与集成项目负责人，第一副总设计师。2013年加盟上海海洋大学，在国内高校中创立首个深渊科学与技术研究中心，首次引入国家支持 民间投入科学家 企业家的产学研合作新模式，发起彩虹鱼挑战深渊极限的项目，目标是研制出包括全海深载人无人潜水器构成的深渊科学技术流动实验室，攀登世界载人技术的高峰，同时为填补我国深渊科学的空白作出自己的积极贡献。现已全职加入西湖大学，受聘为深海技术讲席教授并担任西湖大学-上海海洋大学联合深渊科学技术研究中心主任。崔维成教授课题组主要开展深海装备的多学科设计优化方法研究和深海装备研制，如载人无人潜水器、着陆器浮标的研制、机械手推进器高压海水泵水下摄像机等重要部件的研制、金属材料有机玻璃材料固体浮力材料破坏机理及强度预报方法研究等。2013年起作为项目负责人牵头研制深渊科学技术流动实验室，目前已经进行到一半左右，计划在未来5年全部建成。在海洋结构物极限强度分析方法、疲劳寿命预报方法、多学科设计优化方法及其在潜水器设计中的应用等领域，有创新性成果。已在SCI和EI杂志上发表论文共计300余篇，名列2017年Elsevier海洋工程领域中国高被引学者榜单之首。因在蛟龙号载人潜水器研制项目上的突出贡献，2013年获国际海洋装备展览会杰出成就奖（OceanologyInternational2013Awardforachievementinmannedsubmersibletechnology）2014年获Blancpain宝珀汉斯哈斯五十噚大奖，是亚洲地区获奖的第一人。2016年被《自然》杂志评为中国十大科技之星。2017年被评为首届全国创新争先人才奖状。现担任五本国际期刊编委。 目錄： 第1章潜水器工作的海洋环境1 1.1海洋的基本分类3 1.2海洋资源4 1.3海洋资源开发的特点6 1.4各类海洋环境7 1.5潜水器设计过程中需要考虑的海洋环境要素9 1.6海洋声学10 参考文献11 第2章潜水器的基本知识13 2.1潜水器的基本概念和分类15 2.2潜水器的发展历史17 2.2.1早期发展17 2.2.2载人潜水器的发展18 2.2.3无人潜水器的发展21 2.2.4我国潜水器的发展21 2.3潜水器的主要关键技术23 2.3.1遥控潜水器的主要关键技术23 2.3.2无人自治潜水器的主要关键技术24 2.3.3载人潜水器的主要关键技术25 2.3.4复合型潜水器的主要关键技术27 2.3.5水下滑翔机的主要关键技术27 2.3.6深海剖面浮标的主要关键技术28 2.4潜水器的发展趋势31 参考文献32 第3章潜水器设计方法概述35 3.1潜水器设计的一般步骤37 3.2潜水器设计的经验方法39 3.3潜水器设计的四要素法42 3.4潜水器设计的多学科设计优化方法45 3.4.1潜水器多学科设计优化的必要性45 3.4.2多学科设计优化的基本概念及发展历史46 3.4.3多学科设计优化的建模与关键技术49 3.5潜水器设计的可靠性方法53 参考文献56 第4章载人潜水器的总布置设计与总体性能分析59 4.1潜水器的总布置设计61 4.2潜水器的总体性能分析64 4.2.1各阶段研究任务65 4.2.2潜水器阻力分析67 4.2.3潜水器操纵性分析71 4.2.4潜水器潜浮运动分析77 4.2.5潜水器水动力外形优化80 参考文献81 第5章潜水器的结构设计、建造与试验85 5.1结构系统组成87 5.2材料选择88 5.2.1耐压壳体材料88 5.2.2观察窗材料90 5.2.3框架结构材料91 5.2.4轻外壳材料92 5.2.5浮力材料93 5.3耐压结构的设计和制造93 5.3.1耐压结构的形式93 5.3.2载人舱结构设计95 5.3.3载人舱球壳加工制造102 5.4观察窗的设计和制造106 5.4.1观察窗结构分类107 5.4.2观察窗结构设计107 5.5主框架结构设计113 5.5.1主框架结构设计的影响因素114 5.5.2框架结构计算分析118 5.5.3主框架结构的加工制造121 5.6玻璃钢轻外壳设计121 5.6.1玻璃钢轻外壳结构型式分析与选择122 5.6.2玻璃钢轻外壳外载荷和许用应力的确定123 5.6.3玻璃钢轻外壳壳板厚度的计算126 5.6.4玻璃钢轻外壳结构碰撞分析129 5.7舾装设计130 5.7.1外部舾装130 5.7.2载人舱内部舾装131 5.8浮力材料与浮力块设计与制造133 5.8.1浮力块布置与分块134 5.8.2浮力块加工与安装134 5.9结构试验136 5.9.1耐压壳体的结构试验136 5.9.2主框架的结构试验137 5.9.3观察窗试验138 5.9.4浮力块密度测试和水压试验139 5.9.5玻璃钢轻外壳试制样品的水压试验140 参考文献140 第6章潜水器的控制、推进、导航与通信145 6.1潜水器控制系统概述147 6.2潜水器控制系统148 6.2.1载人潜水器上的传感器148 6.2.2载人潜水器上的执行机构149 6.2.3载人潜水器控制系统的设计149 6.3潜水器推进系统154 6.3.1推进系统设计准则155 6.3.2推进系统组成与总体布局156 6.3.3推进器设计157 6.4潜水器的导航与定位系统162 6.4.1水下导航与定位技术简介162 6.4.2潜水器组合导航关键技术165 6.4.3潜水器导航传感器166 6.4.4载人潜水器导航定位系统技术方案171 6.5潜水器的通信系统172 6.5.1光纤通信172 6.5.2无线通信173 6.5.3水声通信174 参考文献176 第7章潜水器的动力与配电177 7.1潜水器的动力系统概述179 7.2潜水器用蓄电池的选择与设计180 7.2.1潜水器用蓄电池类型180 7.2.2国内外知名潜水器电池系统184 7.2.3彩虹鱼号11000米级载人潜水器电池系统设计187 7.3潜水器的配电190 7.3.1母船供电潜水器的配电190 7.3.2蓄电池供电的潜水器配电193 7.3.3漏水和绝缘监测196 7.3.4水密电缆及水密接插件196 7.3.5充油接线箱197 7.3.6潜水器的布线197 参考文献198 第8章潜水器的液压与作业工具系统201 8.1潜水器的液压系统203 8.1.1潜水器液压系统的特点203 8.1.2潜水器液压系统的组成206 8.1.3潜水器液压系统的设计208 8.1.4液压系统的系统集成、实验室测试和联调213 8.1.5典型潜水器液压系统简介213 8.2潜水器的作业工具220 8.2.1潜水器的机械手223 8.2.2热液取样器239 8.2.3沉积物取样器242 8.2.4钴结壳取芯器243 参考文献244 第9章载人潜水器的生命支持系统247 9.1生命支持系统的主要技术指标和性能要求249 9.2生命支持系统的组成和工作原理250 9.3生命支持系统的设计要点253 9.4生命支持系统的建造情况255 9.5生命支持系统的运行考核情况258 9.6生命支持系统的操作使用260 参考文献262 第10章潜水器的总装建造陆上联调与水池试验263 10.1总装建造265 10.1.1总装建造的目的和基本要求265 10.1.2总装建造的工作原则和工作内容268 10.1.3总装过程中的质量控制和安全保障268 10.1.4安装项目的检查验收270 10.1.5潜水器部件、设备的称重271 10.2陆上联调271 10.2.1陆上联调的目的和基本要求271 10.2.2陆上联调的主要内容272 10.2.3陆上联调的检测277 10.3水池试验278 10.3.1水池试验的目的和基本要求278 10.3.2水池试验的主要内容279 10.3.3水池试验过程中的质量控制和安全保障284 参考文献284 第11章潜水器的海上试验285 11.1海上试验大纲的编写原则287 11.2海上试验前的准备288 11.3海上试验过程289 11.4海上试验过程中应特别注意的安全事项290 11.5编制应急预案列表292 参考文献301 第12章载人潜水器潜航员的选拔与培训303 12.1国外潜航员选拔与培训的情况305 12.2潜航员选拔的一般要求306 12.3潜航员培训的基本内容309 12.4潜航员的考核312 参考文献313 第13章潜水器的操作与维护315 13.1潜水器正常操作步骤317 13.2潜水器下潜前的准备318 13.3潜水器运行过程中可能的故障及一般处理原则319 13.4潜水器的维护保养326 13.5潜水器的应用操作规程329 参考文献329 第14章潜水器的应用331 14.1海洋资源勘探333 14.2海洋科学研究336 14.3海洋环境监测341 14.4深海打捞救援343 14.5海洋军事应用345 14.6考古、水下观光旅游与水下电影拍摄346 14.7潜水器作业中的主要工具348 参考文献350 附录蛟龙号应用操作规程355 內容試閱： 人类发展的四大战略空间（陆海空天）中，海洋是第二大空间。它是生物资源、能源、水资源、矿产资源的开发基地，也是最现实和最有发展潜力的战略空间。海洋里的矿物、生物资源是陆地上的数千倍。地球上约85％的物种生活在海洋，不少物种甚至能生活在深海高压、缺氧、高温的恶劣环境中。进入海洋深处，在保温、保压条件下采集、分析、培育深海生物基因并进行研究，将对人类的科学和生活产生重要影响： 一是丰富和发展对生命形式的认识，促使生物学家更深刻地去研究、理解生命的起源和进化，为人类探索地球以外星球的生命存在形式提供理论和依据；二是新型药用活性物质以及各种极端条件下的工业用酶的开发、应用；三是研究细胞在各种极端条件下的调节适应机制，帮助设计提高人类、动物、植物抵御疾病、适应环境能力的方法。这些带给我们的都是全新的概念。此外，深海探测对探寻地质结构的演变、自然灾害的形成及防范、地球的形成都有极其重要的意义。 随着地球人口的急剧膨胀，陆上资源供应已趋极限，各国都把经济发展的重点转移到海洋。21世纪，人类将全面步入海洋经济时代，海洋开发将形成如海洋油气工业、海洋化学工业、深海采矿业等一批新兴产业。海洋空间与资源不仅是当今世界军事、经济竞争的重要领域，将来人类赖以生存、社会得以发展的物质源泉，也将是一个临海国家与民族持续安泰昌盛的资源宝库和战略基地。 为了更好地开发和利用海洋，必须及时建设我国的深海装备体系，以满足我国对深海矿产资源调查、深海综合调查研究、深海科学研究、海洋资源开发和海洋权益维护等需求。深海装备体系可以包括进行勘查和作业的各类潜水器如载人潜水器（human occupied vehicle, HOV）、遥控潜水器（remote operated vehicle, ROV）、自治潜水器（autonomous underwater vehicle, AUV）及复合形式；搭载潜水器进行作业的水面支持母船；进行水下勘查和作业的通用或专用深海作业工具；进行海洋环境长期观测的海底观测站；在真实深海环境条件下能进行科学研究的深海实验室；可用于深海环境观测、科学试验、深海资源开发的大型深海工作站等。其中，至少各一台的HOV、ROV和AUV以及相关的深海作业工具是深海运载体系最基本的配备。HOV、ROV和AUV，从使用角度讲，各具特征： AUV可隐蔽地实施长距离的探测，在敏感地带实施侦察、攻击；ROV可将人的眼睛和手延伸到ROV所到之处，信息实时传输，可以长时间在水下作业；HOV可以使人亲临现场进行观察和作业，其作业能力优于ROV。这三类潜水器各有特点、功能互补，在有些情况下它们需要协同作业，在意外情况下需要相互救援。如果只有单一的潜水器，其使用在功能上受到限制，在工作中存在致命风险，会大大降低某一种潜水器的使用效能和效率。 应深远海工程装备与高技术丛书编委会的邀请，我们编写了本专著，内容重点介绍潜水器技术与应用方面的相关情况。 我国从十五期间开始，科技部加大对潜水器研制的投入，工程技术人员迫切希望有好的参考书籍，但这方面的专著实在太少。朱继懋教授主编的《潜水器设计》是1992年出版的，内容已旧，亟待更新。张铁栋教授编写的《潜水器设计原理》（2011年）不够全面和深入。本书第一作者在负责蛟龙号载人潜水器研制过程中，曾有计划组织一些研制骨干共同编写一本潜水器方面的专著，但因种种原因，此项工作当时未能完成。 根据科技部的十一五国家科技计划，蛟龙号研制之后，我国再研制一台国产化的4500米级载人潜水器，也就是2017年10月完成海上试验的深海勇士号，待4500米级载人潜水器项目结束之后再考虑11000米级的全海深载人潜水器的研制。本书第一作者认为，这一技术途径太过保守。为了加快我国全海深载人潜水器研制的步伐，考虑到成长起来的蛟龙号团队完全有能力承担4500米级载人潜水器的研制任务，他于2013年初就辞去了原单位的一切职务，包括4500米级载人潜水器项目负责人和总设计师，依托上海海洋大学的支持，在国内高校成立了首个深渊科学技术研究中心，全力冲刺11000米级载人无人潜水器的研制。在上海地方政府和社会各界人士的大力支持下，彩虹鱼号挑战深渊极限项目也取得了一点进展。但由于转身太快，与原单位领导和同事的沟通不够充分，尤其是辜负了很多领导对他的培养与期望，因此把原本期望合作的关系演变成了竞争的关系。本专著的最佳编写人选应该是蛟龙号团队和彩虹鱼号团队的组合，但目前第一作者只能发动彩虹鱼号团队的力量。 本书力图全面阐述包括从潜水器的设计到应用的全过程，但限于作者团队成员的可选择范围，有些人还没有完整地参与研制过一台潜水器的经历，因此，章与章之间编写的深度与风格还有些参差不齐。不管如何，作者们接受了出版社的邀请，为本领域内的研究生和工程师提供了一本可供参考的书籍。书中的内容尽量吸收国内外已有的最新研究成果，尤其包含了大量蛟龙号的研制成果。因此，在此向所有参加蛟龙号研制和应用的科研人员致以崇高的敬意和诚挚的谢意。没有他们的工作，本书实难付梓。我们把本书的第一版视为抛砖引玉，诚望蛟龙号团队能够出版一本更加权威的专著。 尽管努力想写出一本好书，但限于学术水平和研制经验，尚有不少不足之处。我们真心期望读者能够提出改进的建议，在彩虹鱼号团队再成长一两年后，结合大家的意见和建议，力求写出一本接近我们既定目标的专业书籍。 作者 2018年8月

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