【《水下滑翔机发展研究的国内外文献综述》1800字】

水下滑翔机发展研究的国内外文献综述水下滑翔机这一概念由美国海洋学家HenryStommel于1989年首次提出，他通过给浮标添加水平机翼，利用浮标本身的浮力调节装置，实现了将净浮力作为驱动力并利用水平机翼转换为滑翔前进动力，进而实现了浮标的垂直面内上浮和下潜运动，同时伴随着一定范围的水平面的运动[8]。各国科研工作者看到了其作为水下观测平台存在革命性的发展前景，立刻对这种新型水下观测设备进行研究。经过半个世纪对水下滑翔机的研制，在动力学建模与运动控制等方面进行了深入的研究，现在已经在该方面取得了优秀的研究成果。国外研究现状美国最早开始进行水下滑翔机的研发，目前已有三款比较成熟的产品：Scripps海洋研究所(ScrippsInstitutionofOceanography)研制的SprayGlider[4]；华盛顿大学应用物理实验室(UniversityofWashington,AppliedPhysicsLab)研制的Seaglider[5]；以及Webb研发公司(WebbResearchCorp)研制的SlocumElectricGlider和SlocumThermalGlider[6]。其中，Seaglider、Spray以及SlocumElectricGlider水下滑翔机均是电能驱动的，而SlocumThermalGlider则是温差能驱动的。这三类水下滑翔机工作方式各有特色，电能驱动的水下滑翔机是依靠液压系统调节净浮力以实现驱动，因而对于海洋环境无特殊实际需求，可以实现大部分海域的布放观测、探测工作，温差能驱动的水下滑翔机则是利用海水纵剖面上存在一定温度差，通过温敏材料的热变导致的体积变化产生一定的净浮力以实现驱动，故对于实际观测、探测海域环境有一定需求。由于它是利用海洋的固有能量作为驱动，其携带锂电池能源仅维持电子设备的消耗，因此其整个航行过程中总的能耗较低，可以获得更好的续航能力。水下滑翔机外观如图1-1至图1-3所示。图1-1Seaglider水下滑翔机[4]Figure1-1SeagliderUnderwaterGlider[4]图1-2Spray水下滑翔机[5]Figure1-2SprayUnderwaterGlider[5]图1-3Slocum水下滑翔机[6]Figure1-3SlocumUnderwaterGlider[6]美国普林斯顿大学的Leonard教授团队在水下滑翔机控制方面进行了大量研究并取得了多项成果。Leonard团队研制了实验室级别的水下滑翔机ROGUE[9]，如图1-4所示，主要用于水下滑翔机动力学性能和控制的研究。ROGUE采用高度对称的椭球状外形作为主体，机体两侧安装一对水平机翼，尾部装有十字尾翼作为航向稳定装置。ROGUE通过控制改变重块位置实现运动姿态变化，从而得到实验样机在不同重心位置下相对应的滑翔轨迹，通过控制净浮力的大小实现潜浮，位于浮心的浮力系统和高度对称的外形降低了水下滑翔机模型的复杂度。图1-4ROGUE水下滑翔机[9]Figure1-4ROGUEUnderwaterGlider[9]美国华盛顿大学应用物理实验室于2006年对Seaglider水下滑翔机进行了改进开发，最终完成了Deepglider水下滑翔机[10]。该水下滑翔机与Seaglider的主要区别在于其采用了碳纤维作为耐压壳体材料，该材料具备良好耐压性能，极大的增加了此系列水下滑翔机的可下潜深度，如图1-5所示。图1-5Deepglider水下滑翔机[10]Figure1-5DeepgliderUnderwaterGlider[10]美国华盛顿大学的应用物理实验室和美国Scripps海洋研究所海船物理实验室(MarinePhysicalLab，简称MPL)于2004年完成了对Liberdade系列飞翼型水下滑翔机XRay1进行研制，如图1-6所示。Liberdade系列飞翼型水下滑翔机与传统机身与机翼相互独立的水下滑翔机不同，它的外形结构采用了机翼机身融合技术，从而可以获得更加高效的水动力性能，与此同时又获得了更加良好的运行静默性能，这在军事领域有着极为广泛的应用价值[11-14]。图1-6XRay1水下滑翔机[11]Figure1-6XRay1UnderwaterGlider[11]美国Webb公司通过对Slocum水下滑翔机安装螺旋桨推进器模块，完成了混合型动力SlocumAUV的改进开发，如图1-7所示。混合动力水下滑翔机同时具有水下滑翔机和自治式水下航行器的特点[15]。当采用水下滑翔机模式时，可以利用其低耗能的优点实现长距离隐蔽式航行能力；当采用水下航行器模式时，可以利用搭载的螺旋桨模块实现高机动性和快速性以及有效的定位调节。图1-7SlocumAUV混合型水下滑翔机[15]Figure1-7SlocumAUVHybridUnderwaterGlider[15]参考文献[1] 蒋新松.未来机器人技术发展方向的探讨[J].机器人,1996,18(5):285-291.[2] 李颖虹,王凡,任小波.海洋观测能力建设的现状、趋势与对策思考[J].地球科学进展,2010,25(7):715-722.[3] 蒋新松,封锡盛,王棣棠.水下机器人[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2000.[4] ShermanJ,DavisRE,OwensWB,etal.Theautonomousunderwaterglider“Spray”[M].2001.[5] EriksenCC,OsseTJ,LightRD,etal.Seaglider:Along-rangeautonomousunderwatervehicleforoceanographicresearch[J].IEEEJournalofOceanicEngineering,2001,26(4):424-436.[6] WebbDC,SimonettiPJ,JonesCP.SLOCUM:Anunderwatergliderpropelledbyenvironmentalenergy[J].IEEEJournalofOceanicEngineering,2001,26(4):447-452.[7] 钱洪宝,卢晓亭.我国水下滑翔机技术发展建议与思考[J].水下无人系统学报,2019,27(5):474-479.[8] StommelH.TheSlocumMission[J].Oceanography,1989,2(1):22-25.[9] GraverJG,LeonardNE.UnderwaterGliderDynamicsandControl[J].In:12thinternationalsymposiumonunmanneduntetheredsubmersibletechnology,2001:1710-1742.[10] OsseTJ,EriksenCC.TheDeepglider:AFullOceanDepthGliderforOceanographicResearch[C].OCEANS2007,20(9):1-12.[11] D'SpainGL,ZimmermanL,JenkinsSA.Underwateracousticmeasurementswithaflyingwingglider[J].TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,2007,121(5):3107.[12] [2021-03-06]./wiki/liberdade_class_underwater_glider.[13] [2021-03-06]./projects/xray/summary.html.[14] GriffithsG,JonesC,FergusonJ,etal.Underseagliders[J].JournalofOceantechnology,2007,2(2):64-75.[15] BaumgartnerMF,StaffordKM,WinsorP,etal.Glider-BasedPassiveAcousticMonitoringintheArctic[J].MARINETECHNOLOGYSOCIETYJOURNAL,2014,48(5):40-51.[16] 武建国.混合驱动水下滑翔器系统设计与性能分析[D].天津大学,2010.[17] 刘方.混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D].天津大学,2014.[18] FangL,Yan-huiW,Zhi-liangW,etal.MotionanalysisandtrialsofthedeepseahybridunderwatergliderPetrel-II[J].ChinaOceanEngineering,2017,31(1):14-28.[19] 吴尚尚,李阁阁,兰世泉,等.