科普快訊|水下滑翔機

2021-02-25 西安工大光電科協

這要歸功於水下滑翔機的浮力驅動單元,也就是浮力驅動系統。

水下滑翔機可劃分為前導流罩、前艙段、中艙段、後艙段、尾部浸水艙等5部分。其中前艙段安裝有浮力驅動單元,主要由安裝在耐壓殼體內的伺服電機、液壓泵、電磁閥、內皮囊和安裝在耐壓殼體外的皮囊組成。

收縮自如的皮囊類似魚兒的「鰾」。魚在水下通過調節魚鰾內的氣體從而達到調節身體浮沉的目的。「海燕」的浮力驅動單元也是這樣的工作原理。

當需要下潛時,皮囊體積變小,浮力也會相應變小,重力大於浮力,水下滑翔機就會下潛。反之,皮囊體積變大,浮力增大,水下滑翔機就會向上浮動。

通過不停的上浮下潛,「海燕」走著「之」字路線,向前「飛」。這種浮力驅動的方式耗能很少,可以保證「海燕」在大洋中長時間、大範圍地活動。

 為攻克萬米超高壓力下的浮力調節難題,天津大學和青島海洋科學與技術試點國家實驗室研究人員組成的「海燕」團隊研發出了萬米高壓環境下大排量、高精度的浮力調節系統。

  下潛深度突破萬米,另一大難點就是保證所有元器件都能承受萬米海水的壓力,換句話說,1平方米麵積上需要承受約107公斤的重量產生的壓力。

  難以滿足承壓要求的金屬材料,已不再適用於萬米水下滑翔機的耐壓殼體。「海燕」團隊在設計中,創新性地使用了新型輕質陶瓷耐壓複合材料,在保證承壓能力的基礎上能夠搭載更多的能源和任務傳感器。

  專家說道,未來「海燕—X」仍可以大幅提升其性能,通過優化殼體設計、能源模塊、浮力補償方式和浮力調節策略等,可繼續提升續航能力和觀測性能;此外還可以進一步小型化和輕量化,降低成本,提高可操作性和經濟性。

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