水下滑翔机原理与应用
来源:尖兵之翼
|
作者:方尔正 周子凌 桂晨阳
|
发布时间: 2020-09-01
|
13347 次浏览
|
分享到:
水下滑翔机(Underwater Glider,UG)是一种水下机器人，它通过调整自身浮力来实现升沉...
国内发展现状 水下滑翔机在我国的发展始于21世纪初。天津大学科研团队于2002年启动了第一代水下滑翔机样机的研制，是我国第一个探索水下滑翔机研究工作的团队。随着“十一五”海洋领域“开拓深远海”战略的实施，有关水下滑翔机的国家重大科技攻关计划得到安排部署。2006年，国家高技术研究发展计划(863计划)海洋技术领域的“海洋环境监测技术”专题里作为目标导向支持启动了国内第一个水下滑翔机海上试验样机的研制(设计巡航里程为500千米、最大下潜深度为500米)，由中国科学院沈阳自动化研究所牵头组织研发，并于国家“十一五”末在我国南海开展了海上试验验证工作。 “十二五”期间，“挺进深远海”战略重点围绕强化深远海环境监测、深海探测与作业能力和支撑沿海蓝色经济、战略性新兴产业发展两条主线不断深入，突出解决我国深远海环境监测及资源开发面临的技术装备手段缺乏的问题。而水下滑翔机以其能够实现大尺度范围、长时间连续观测等突出优势，再次成为海洋领域发展的重点方向。与此同时，国家863计划大幅增加了水下滑翔机的研发投入，通过主题项目启动了4型（包括电能、混合推进型、喷水推进型和声学探测）水下滑翔机的研制，设计巡航里程为1000千米，工作水深范围1000～1500米，其中多型样机在海上试验中表现优异，达到考核指标的要求。 我国在水下滑翔机单机技术方面的研发成果显著。西北工业大学基于飞翼滑翔机研发了搭载多元声压阵列的飞翼滑翔机声学探测系统，并进行了湖上测试。哈尔滨工程大学利用“海燕”水下滑翔机共装载了4个声压水听器，在滑翔机左翼、右翼、前导流罩和尾翼各安装1个水听器构成4元声学感知单元，并在南海海域进行了海上试验，利用73赫兹低频声源信号对系统的探测能力进行验证。试验期间，水下声学滑翔机共完成17个剖面的性能测试，其中滑翔机控制功能测试3个剖面，噪声特性测试7个剖面，低频声源信号探测能力测试7个剖面，平台最大下潜深度1000米。通过对记录的噪声数据进行分析，其结果表明，该声学感知单元可有效接收低频声源发射的噪声数据。 未来发展展望 尽管水下滑翔机技术近年来在我国得到了快速发展，一些功能性能指标（如大深度等）不断赶超国外先进水平。然而，由于我国水下滑翔机技术的发展起步较晚，研究基础薄弱，在平台单体技术、协作组网观测和应用研究等方面与国外先进技术相比仍有较大差距，创新发展步伐有待加快，具体建议如下： 首先，在已有技术的基础上, 进一步加强核心关键技术攻关, 加快单体水下滑翔机的技术改进和优化升级。重点在低功耗设计、最优路径规划与控制策略算法、多参数获取及搭载能力、数据质量标准和信息安全传输等方面加强研究攻关, 增强水下滑翔机应对强背景流场等复杂海况、复杂海底地形环境下的长航程实海探测与操控能力; 提高任务重构、协同控制等方面的人机交互水平，为各类用户提供广泛、连续、长期、稳定、可靠、低成本的数据流和数据链路。 其次，在前期技术经验积累的基础上，加强多水下滑翔机编队协同组网观测技术研究，提升水下滑翔机整体作业效率和观测及探测效果。结合科学研究、资源环境调查及目标探测等国家战略需求，开展多水下滑翔机移动分布式节点的水下互联互通、自适应采样、多机协调编队及快速机动组网等技术攻关，增强水下滑翔机大规模集群观测与探测能力，特别是加强与水下异构节点的组网观测，并逐步从水面水下拓展到海、陆、空、天组建一体化观测信息网络，在水下滑翔机和其他异构节点种类及数量规模、组网观测覆盖范围、多机任务规划、系统稳定性、观测效率及业务化等方面不断提升水下滑翔机综合协同组网观测能力和水平。
