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【专题】水下滑翔机发展历程

 悟文汇粹 2016-05-23

水下滑翔机是一种新型的水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力,能源消耗极小,只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源,并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢,但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点,满足了长时间、大范围海洋探索的需要。


国内水下滑翔机研究的起步较晚,目前有多家科研单位对此进行研究,分别为中国科学院沈阳自动化研究所、天津大学机器人与汽车技术研究所、上海交通大学、浙江大学和中国海洋大学。2014年5月22日,天津大学自主研发的水下滑翔机在南海北部水深大于1500米海域通过测试,创造了中国水下滑翔机无故障航程最远、时间最长、剖面运动最多、工作深度最大等诸多纪录,一举打破国外的技术封锁。


性能特点


水下滑翔机滑翔时由于无动力推进噪音极低,这个重要的特点使得其在军事上也有很大的应用价值。可以由潜艇远程投放,以完成特定的目的,并且不易被发现。然而,由于单纯使用浮力驱动方式,水下滑翔机在水下只能做锯齿形和螺旋回转轨迹航行,其航迹控制和定位精度低,航速慢,在风浪较大的海面可能会出现随波逐流的情况。


发展状况


关于水下滑翔机,国外早在上世纪九十年代初就展开了这方面的研究工作,尤其是在美国,至今它们已经研制出了第一代水下滑翔机,分别是:SIO(Scripps Institution ofOceanography)研制的Spray Glider、华盛顿大学研制的Sea Glider以及Webb Research Corp研制的Slocum Electric Glider和Slocum Thermal Glider。


Spray Glider被设计用于深海域,最大下潜深度1500米。它采用细长的低阻力的流线型外壳,它把天线内置于飞翼中,以进一步减小阻力。


水下滑翔机Sea Glider的设计目标是能在能广阔的海洋中航行数千公里,持续时间可达6个月,最大下潜深度为1000米。Sea Glider的俯仰角度范围可以由10度到75度,它的 GPS星天线装在尾部一根1米多长的杆子上,在浮出水面时,不需要辅助的浮力装置,天线就能高出水面,成功地获得GPS定位和通讯。


Slocum型水下滑翔机分为电能驱动型(battery)和温差能驱动型(thermal)两类,这两类水下滑翔机在外型设计、姿态控制、导航通讯等方面相同,只是在滑翔机的驱动能源上存在差别。前者运用的是一个注射器形的囊泵结构,工作在200米深度,后者工作在1500米深度。


电能驱动型Slocum长1.8米,它以大约0.5m/s的速度工作在200米深的海域。倾斜度通过移动电池包来控制,电池包同样设置在壳体的前段。Slocum有固定的翼,后掠式,以避免海草等的缠绕,展长1米,翼段为平板式。它还有一个垂直的尾舵。尾部装有GPS和通信天线。


日本和法国也都相继研制出了名为ALBAC和STERNE的水下滑翔机,可见水下滑翔机的发展在国外是非常迅速的。


国内发展


国内关于水下滑翔机研究的起步较晚,目前有多家科研单位对此进行研究,分别为中国科学院沈阳自动化研究所、天津大学机器人与汽车技术研究所、上海交通大学、浙江大学和中国海洋大学。


2014年5月22日天津大学自主研发的水下滑翔机在南海北部水深大于1500米海域通过测试,创造了中国水下滑翔机无故障航程最远、时间最长、剖面运动最多、工作深度最大等诸多纪录,突破国外技术封锁。天津大学自主研发的这款水下滑翔机名为“海燕”,采用了最新的混合推进技术,可持续不间断工作30天左右。相比于传统无人无缆潜水器(AUV),“海燕”可谓身轻体瘦,它形似鱼雷,身长1.8米,直径0.3米,重约70千克。它融合了浮力驱动与螺旋桨推进技术,不但能实现和AUV一样的转弯、水平运动,而且具备传统滑翔机剖面滑翔的能力(即进行“之”字形锯齿状运动)。


10月15日,中国科学院沈阳自动化研究所研制的水下滑翔机在南海结束了为期一个多月的海上试验,完成了多滑翔机同步区域覆盖观测试验和长航程观测试验。在长航程试验中,滑翔机海上总航程突破1000公里,达到1022.5公里,持续时间达到30天,创造了我国深海滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长的新纪录。

(来源:百度百科)

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