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文章来源:中国科学院沈阳自动化研究所 发布时间:2015-11-25

水下滑翔机

人类来自蔚蓝的大海,现在人类却想回家看看,水下机器人可以圆人类回乡之梦!今天的SIA机器人大讲堂将带领大家一起来认识一种特殊的水下机器人——水下滑翔机!

这款叫做“海翼”的水下滑翔机特殊有三:其一,外形怪异。乍一看去像一个小型飞机,有着圆筒形的机身、一对大翅膀、一只长长的尾巴。仔细一看又像是一个平趴着的人,有着两只眼睛和嘴巴;其二,动力特殊。没有螺旋桨作为动力装置,因为“海翼”的“肚子”里有一个类似“鱼鳔”的油囊,通过吸油和排油改变自身浮力,同时借助于大翅膀和改变自身重心即可提供前进动力;其三,“步伐”奇特。它在水下航行时的轨迹并非直线,而是沿着像海豚游弋时的“之”字形轨迹向前航行。下图就是“海翼”号水下滑翔机及其研究团队的合影。

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“海翼”号水下滑翔机及其研究团队

那么这一台台黄色怪物究竟有什么用呢?水下滑翔机用途非常大!大家看到的附着在它身上的像一张张嘴巴或眼睛一样的东西其实都是有着不同功能的传感器,搭载了各种传感器的水下滑翔机可以大范围地观测和获取海水的温度、盐度、浊度、叶绿素、含氧量及洋流变化等信息,对开发海洋资源、预防灾害等都有重要作用。

由于西方国家对水下滑翔机技术的封锁,大家今天看到的“海翼”号水下滑翔机完全是由我国自主研发。2003年中国科学院沈阳自动化研究所开始开展与水下滑翔机相关的基础研究工作,2005年10月,国内率先研制出了水下滑翔机原理样机“海翼”号水下滑翔机,解决了滑翔机运动与驱动机理、模块化结构、低阻外形优化等一系列关键技术,并顺利进行了湖上试验。从2007年开始在国家863计划的支持下,中国科学院沈阳自动化研究所开展了水下滑翔机工程样机的研制工作,2008年研制成功我国自主知识产权的水下滑翔机工程样机,其身长2m,直径0.22m,翼展1.2m,重约65kg,最大下潜深度1200m。2009年完成了3次水下滑翔机海上试验,取得了大量有价值的试验数据,积累了丰富的水下滑翔机海上作业经验。2011 年以“科学一号”科考船为母船,在西太平洋成功进行了水下滑翔机的海上试验,取得了十分宝贵的科学数据。

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“海翼”号水下滑翔机正在投放海洋中

2012年7月,在南海东沙群岛附近海域又成功进行了海试,进一步验证了水下滑翔机系统的稳定性和可靠性,积累了宝贵的水下滑翔机在复杂海流环境下的作业经验。

2014年9月完成了水下滑翔机长航程试验,该水下滑翔机此次试验海上总航程达到1022.5公里,持续30天,创下我国深海滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长纪录。

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“海翼”号水下滑翔机在海洋中的“足迹”

2015年开始交付用户,成为海洋科学家进行海洋观测的一种重要手段。2015年已经先后在东海、南海和西太平洋等海域完成了多次海上观测应用,分别对黑潮主轴、中尺度涡、南海西边界流等重要海洋动力过程进行观测。

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“海翼”号水下滑翔机试验性应用交付

大量的海上试验与应用结果表明,“海翼”号水下滑翔机的运动机理、驱动原理、载体设计优化和低功耗控制等关键技术已经得到解决,可以满足实际海洋观测任务的应用要求。

为了满足科学需求,海洋科学家们希望水下滑翔机不光走“海豚式”之字形步伐,还能像鱼一样直线前行,因此中国科学院沈阳自动化研究所还研制成功了一款新型水下滑翔机——混合驱动水下滑翔机。该滑翔机的特殊之处在于艉部多了一个可折叠螺旋桨推进器,乍看起来就像是艉部多了两根触角一样,这两根“触角”即能亲密合体,又能展开成“一”。这样做的好处是为了减小水阻力,当机器人需要它提供推力时桨叶就会借助螺旋桨转动时产生的离心力和水动力自动打开,当机器人需要走“海豚”式步伐时桨叶就收起来从而减小作用在桨叶上的水阻力。

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混合驱动水下滑翔机

未来,科研人员将着力研发水下续航时间更长、下潜更深的水下滑翔机,在我国广阔的海域开展科学观测。目前沈阳自动化所相关团队正致力于可以下潜至7000米水深作业的深海滑翔机和高速大载荷水下滑翔机的研发工作中,这些不同类型的水下机器人将为我们更深刻地了解海洋和利用海洋发挥越来越重要的作用,人类的回乡之梦不再遥远!

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