全球首例！西工大實(shí)現(xiàn)仿生水下航行器研制新突破
它們是海洋中飛翔的舞者，當(dāng)做出旋轉(zhuǎn)狀的舞蹈時，隨著速度加快，可以飛躍出水面1.5-2米；它們有像鳥類一樣巨大的羽翼，能在水中高效長距離“滑翔”……這是“魔鬼魚”蝠鲼的特性。
由西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院自主研發(fā)的3米翼展仿蝠鲼柔體潛水器，無論是外形還是動作，都和真正的蝠鲼高度相似。“它和蝠鲼的滑翔和拍動相似程度已經(jīng)接近了90%以上。”西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院院長、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人潘光教授介紹說。
近期，由西北工業(yè)大學(xué)牽頭的“自主變形仿生柔體潛水器研制”項(xiàng)目，順利通過了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)綜合績效評價驗(yàn)收。
長期以來，為了更好地進(jìn)行海洋數(shù)據(jù)采集、海洋資源利用，更好地保障海洋權(quán)益，世界各國都在高端水下航行器方面開展了尖端科技研究。當(dāng)前，各國已經(jīng)投入使用的自主水下航行器中，存在難以同時兼顧工作時長與機(jī)動性、隱蔽性差、對海洋生態(tài)擾動大等短板，這些短板限制了水下航行器的大規(guī)模深入化的應(yīng)用。
在加快建設(shè)海洋強(qiáng)國的大背景下，自2016年來，西北工業(yè)大學(xué)自主水下航行器團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)未來海洋開發(fā)需求，致力于解決限制水下航行器有效利用的卡脖子難題，先后自主研發(fā)了4型仿生水下航行器工程樣機(jī)，并成功開展了水池試驗(yàn)、湖試、海試。
近期海試成功的Ⅳ型樣機(jī)，翼展3米、重470公斤，具備滑撲一體混合推進(jìn)能力，它既能在水中高效長距離“滑翔”，也能超高機(jī)動“撲動”，融剛性“軀干”與柔性“雙翼”于一身。
“已經(jīng)在西沙北礁海域成功完成1025米大深度滑翔與撲翼一體推進(jìn)海試，并采集溫鹽深水文信息，取得重大科研突破，成為全球首例完成此舉的具有應(yīng)用能力的仿生水下航行器。目前重點(diǎn)投入到珊瑚礁保護(hù)領(lǐng)域。”西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院自主水下航行器團(tuán)隊(duì)青年教師曹勇介紹說。
這款工作時間長、機(jī)動性高、載荷量大、隱蔽性強(qiáng)、生物親和性好的仿蝠鲼潛水器，滿足廣域粗維度+原位細(xì)維度監(jiān)測需求，可應(yīng)用于各種水下環(huán)境監(jiān)測、海洋大數(shù)據(jù)采集、海洋牧場養(yǎng)殖等場景。
“以前，珊瑚礁保護(hù)主要靠潛水員下去觀測，代價很高，而且也存在很多不安全因素，現(xiàn)在使用這款仿生仿蝠鲼潛水器，可以減輕人工代價，減少不安全因素。”潘光解釋到。
同時，潘光介紹說，這款仿生水下航行器可以在海洋牧場當(dāng)中和魚群混游，監(jiān)視海洋牧場魚群健康狀態(tài)，此外，還可以進(jìn)一步增加它的聲學(xué)、磁學(xué)傳感等載荷，針對未來海洋環(huán)境保護(hù)，開發(fā)起應(yīng)用價值。
西工大這支團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用，走過了全鏈條的自主研發(fā)之路——突破了蝠鲼生物的仿生運(yùn)動數(shù)據(jù)分析、流體力學(xué)機(jī)理研究、多自由度剛?cè)岵?jì)仿生撲翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬生物神經(jīng)仿生控制等多項(xiàng)核心尖端技術(shù)。
目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始和相關(guān)單位合作，對西沙北礁珊瑚開展了環(huán)境監(jiān)測，并采集了周圍1000米深度海域溫度、鹽度、深度等水文信息。
“未來，可以實(shí)現(xiàn)海洋災(zāi)害的監(jiān)測，走入水族館，甚至可以走入家庭里面，作為觀賞性魚類發(fā)揮作用。”曹勇表示。（陜西網(wǎng)記者 李惠茹 王城城）