水下滑翔機(jī)是一種新型的水下機(jī)器人。由于其利用凈浮力和姿態(tài)角調(diào)整獲得推進(jìn)力，能源消耗極小，只在調(diào)整凈浮力和姿態(tài)角時(shí)消耗少量能源，并且具有效率高、續(xù)航力大（可達(dá)上千公里）的特點(diǎn)。雖然水下滑翔機(jī)的航行速度較慢，但其制造成本和維護(hù)費(fèi)用低、可重復(fù)使用、并可大量投放等特點(diǎn)，滿足了長(zhǎng)時(shí)間、大范圍海洋探索的需要。
國(guó)內(nèi)水下滑翔機(jī)研究的起步較晚，對(duì)此進(jìn)行研究的科研單位有中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、天津大學(xué)機(jī)器人與汽車(chē)技術(shù)研究所、華中科技大學(xué)、中船重工七O二研究所、浙江大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、國(guó)家海洋技術(shù)中心、南京工程學(xué)院等。
2017年3月，我國(guó)自主研發(fā)的“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)在馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵，最大下潛深度達(dá)到6329米，突破之前由美國(guó)科學(xué)家創(chuàng)下的水下滑翔機(jī)最大下潛深度6000米的世界紀(jì)錄。
2018年4月，我國(guó)自主研發(fā)的“海燕”深海水下滑翔機(jī)首潛8213米 刷新世界紀(jì)錄。
2020年7月16日下午，由青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室組織實(shí)施的水下滑翔機(jī)萬(wàn)米深淵觀測(cè)科學(xué)考察團(tuán)隊(duì)順利返航。在此次綜合科考中，我國(guó)萬(wàn)米級(jí)深海水下滑翔機(jī)最大下潛深度首次達(dá)到10619米。
性能特點(diǎn)
水下滑翔機(jī)滑翔時(shí)由于無(wú)動(dòng)力推進(jìn)噪音極低，這個(gè)重要的特點(diǎn)使得其在軍事上也有很大的應(yīng)用價(jià)值。可以由 潛艇遠(yuǎn)程投放，以完成特定的目的，并且不易被發(fā)現(xiàn)。然而，由于單純使用浮力驅(qū)動(dòng)方式，水下滑翔機(jī)在水下只能做鋸齒形和螺旋回轉(zhuǎn)軌跡航行，其航跡控制和定位精度低，航速慢，在風(fēng)浪較大的海面可能會(huì)出現(xiàn)隨波逐流的情況。
發(fā)展?fàn)顩r
關(guān)于水下滑翔機(jī)，國(guó)外早在二十世紀(jì)九十年代初就展開(kāi)了這方面的研究工作，尤其是在美國(guó)，它們已經(jīng)研制出了四種型號(hào)的水下滑翔機(jī)，分別是：SIO（Scripps Institution ofOceanography）研制的Spray Glider、華盛頓大學(xué)研制的Sea Glider以及Webb Research Corp研制的Slocum Electric Glider和Slocum Thermal Glider。
Spray Glider被設(shè)計(jì)用于深海域，最大下潛深度1500米。它采用細(xì)長(zhǎng)的低阻力的流線型外殼，它把天線內(nèi)置于飛翼中，以進(jìn)一步減小阻力。
水下滑翔機(jī)Sea Glider的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能在能廣闊的海洋中航行數(shù)千公里，持續(xù)時(shí)間可達(dá)6個(gè)月，最大下潛深度為1000米。Sea Glider的俯仰角度范圍可以由10度到75度，它的 GPS星天線裝在尾部一根1米多長(zhǎng)的桿子上，在浮出水面時(shí)，不需要輔助的浮力裝置，天線就能高出水面，成功地獲得GPS定位和通訊。
Slocum型水下滑翔機(jī)分為電能驅(qū)動(dòng)型（battery）和溫差能驅(qū)動(dòng)型（thermal）兩類(lèi)，這兩類(lèi)水下滑翔機(jī)在外型設(shè)計(jì)、姿態(tài)控制、導(dǎo)航通訊等方面相同，只是在滑翔機(jī)的驅(qū)動(dòng)能源上存在差別。前者運(yùn)用的是一個(gè)注射器形的囊泵結(jié)構(gòu)，工作在200米深度，后者工作在1500米深度。
電能驅(qū)動(dòng)型Slocum長(zhǎng)1.8米，它以大約0.5m/s的速度工作在200米深的海域。傾斜度通過(guò)移動(dòng)電池包來(lái)控制，電池包同樣設(shè)置在殼體的前段。Slocum有固定的翼，后掠式，以避免海草等的纏繞，展長(zhǎng)1米，翼段為平板式。它還有一個(gè)垂直的尾舵。尾部裝有GPS和通信天線。
日本和法國(guó)也都相繼研制出了名為ALBAC和STERNE的水下滑翔機(jī)，可見(jiàn)水下滑翔機(jī)的發(fā)展在國(guó)外是非常迅速的。
國(guó)內(nèi)發(fā)展
國(guó)內(nèi)關(guān)于水下滑翔機(jī)研究的起步較晚，目前共有六家科研單位對(duì)此進(jìn)行研究，分別為中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、天津大學(xué)機(jī)器人與汽車(chē)技術(shù)研究所、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)海洋研究院、浙江大學(xué)和中國(guó)海洋大學(xué)。
2014年5月22日，天津大學(xué)自主研發(fā)的水下滑翔機(jī)在南海北部水 深大于1500米海域通過(guò)測(cè)試，創(chuàng)造了中國(guó)水下滑翔機(jī)無(wú)故障航程最遠(yuǎn)、時(shí)間最長(zhǎng)、剖面運(yùn)動(dòng)最多、工作深度最大等諸多紀(jì)錄，突破國(guó)外技術(shù)封鎖。天津大學(xué)自主研發(fā)的這款水下滑翔機(jī)名為“海燕”，采用了最新的混合推進(jìn)技術(shù)，可持續(xù)不間斷工作30天左右。相比于傳統(tǒng)無(wú)人無(wú)纜潛水器(AUV)，“海燕”可謂身輕體瘦，它形似魚(yú)雷，身長(zhǎng)1.8米，直徑0.3米，重約70千克。它融合了浮力驅(qū)動(dòng)與螺旋槳推進(jìn)技術(shù)，不但能實(shí)現(xiàn)和AUV一樣的轉(zhuǎn)彎、水平運(yùn)動(dòng)，而且具備傳統(tǒng)滑翔機(jī)剖面滑翔的能力(即進(jìn)行“之”字形鋸齒狀運(yùn)動(dòng))。
2014年10月15日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的水下滑翔機(jī)在南海結(jié)束了為期一個(gè)多月的海上試驗(yàn)，完成了多滑翔機(jī)同步區(qū)域覆蓋觀測(cè)試驗(yàn)和長(zhǎng)航程觀測(cè)試驗(yàn)。在長(zhǎng)航程試驗(yàn)中，滑翔機(jī)海上總航程突破1000公里，達(dá)到1022.5公里，持續(xù)時(shí)間達(dá)到30天，創(chuàng)造了我國(guó)深?；铏C(jī)海上作業(yè)航程最遠(yuǎn)、作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的新紀(jì)錄。
未來(lái)中國(guó)軍工企業(yè)可能大批量制造增大版“海燕”，這種水下機(jī)器人能搭載大型傳感器，能探測(cè)到距離更遠(yuǎn)的蛙人、水雷和潛艇，中國(guó)在南海的反潛能力有望實(shí)現(xiàn)躍升。此外，它們甚至可能攜帶武器，執(zhí)行水下護(hù)衛(wèi)或攻擊任務(wù)。
2015年初，中方指責(zé)越南向中越對(duì)峙海域派出“蛙人”，他們大量布放漁網(wǎng)、漂浮物等障礙物，干擾中國(guó)船只。未來(lái)武裝版“海燕”的出現(xiàn)將使得越南“蛙人”的干擾戰(zhàn)術(shù)徹底失效--中國(guó)水下戰(zhàn)斗機(jī)器人將如同鯊魚(yú)般在鉆井平臺(tái)四周巡邏，一旦察覺(jué)越南“蛙人”靠近，它們將自動(dòng)展開(kāi)攻擊。
2017年3月，由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的“海翼”號(hào)深海滑翔機(jī)，在馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵上完成了大深度下潛觀測(cè)任務(wù)并安全回收，其最大下潛深度達(dá)到了6329米，刷新了水下滑翔機(jī)最大下潛深度6000米的世界紀(jì)錄。據(jù)介紹，本航次“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)一共進(jìn)行了12次下潛工作，累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到了87小時(shí)48分鐘，累計(jì)航行達(dá)到134.6公里。收集了大量高分辨率的深淵海域水體信息，為海洋科學(xué)家研究此片海域的水文特性提供了重要的資料。
2020年7月16日央視新聞下午報(bào)道稱，為期6天的綜合科考中，由海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與天津大學(xué)共同研發(fā)的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的2臺(tái)萬(wàn)米級(jí)“海燕-X”水下滑翔機(jī)共獲得觀測(cè)剖面45個(gè)，其中3000米級(jí)、6000米級(jí)和7000米級(jí)剖面各1個(gè)，萬(wàn)米級(jí)剖面3個(gè)，最大下潛深度達(dá)10619米，刷新了下潛深度的最新世界紀(jì)錄，并獲得溫鹽深、溶解氧、聲學(xué)和視頻資料等寶貴深海觀測(cè)數(shù)據(jù)。
參考資料 >
國(guó)產(chǎn)水下滑翔機(jī)刷新世界紀(jì)錄.news.sciencenet.cn.2018-12-28