水下滑翔機(jī)發(fā)展研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述水下滑翔機(jī)這一概念由美國海洋學(xué)家HenryStommel于1989年首次提出，他通過給浮標(biāo)添加水平機(jī)翼，利用浮標(biāo)本身的浮力調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)了將凈浮力作為驅(qū)動(dòng)力并利用水平機(jī)翼轉(zhuǎn)換為滑翔前進(jìn)動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了浮標(biāo)的垂直面內(nèi)上浮和下潛運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伴隨著一定范圍的水平面的運(yùn)動(dòng)[8]。各國科研工作者看到了其作為水下觀測平臺(tái)存在革命性的發(fā)展前景，立刻對這種新型水下觀測設(shè)備進(jìn)行研究。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)對水下滑翔機(jī)的研制，在動(dòng)力學(xué)建模與運(yùn)動(dòng)控制等方面進(jìn)行了深入的研究，現(xiàn)在已經(jīng)在該方面取得了優(yōu)秀的研究成果。國外研究現(xiàn)狀美國最早開始進(jìn)行水下滑翔機(jī)的研發(fā)，目前已有三款比較成熟的產(chǎn)品：Scripps海洋研究所(ScrippsInstitutionofOceanography)研制的SprayGlider[4]；華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室(UniversityofWashington,AppliedPhysicsLab)研制的Seaglider[5]；以及Webb研發(fā)公司(WebbResearchCorp)研制的SlocumElectricGlider和SlocumThermalGlider[6]。其中，Seaglider、Spray以及SlocumElectricGlider水下滑翔機(jī)均是電能驅(qū)動(dòng)的，而SlocumThermalGlider則是溫差能驅(qū)動(dòng)的。這三類水下滑翔機(jī)工作方式各有特色，電能驅(qū)動(dòng)的水下滑翔機(jī)是依靠液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)凈浮力以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，因而對于海洋環(huán)境無特殊實(shí)際需求，可以實(shí)現(xiàn)大部分海域的布放觀測、探測工作，溫差能驅(qū)動(dòng)的水下滑翔機(jī)則是利用海水縱剖面上存在一定溫度差，通過溫敏材料的熱變導(dǎo)致的體積變化產(chǎn)生一定的凈浮力以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，故對于實(shí)際觀測、探測海域環(huán)境有一定需求。由于它是利用海洋的固有能量作為驅(qū)動(dòng)，其攜帶鋰電池能源僅維持電子設(shè)備的消耗，因此其整個(gè)航行過程中總的能耗較低，可以獲得更好的續(xù)航能力。水下滑翔機(jī)外觀如圖1-1至圖1-3所示。圖1-1Seaglider水下滑翔機(jī)[4]Figure1-1SeagliderUnderwaterGlider[4]圖1-2Spray水下滑翔機(jī)[5]Figure1-2SprayUnderwaterGlider[5]圖1-3Slocum水下滑翔機(jī)[6]Figure1-3SlocumUnderwaterGlider[6]美國普林斯頓大學(xué)的Leonard教授團(tuán)隊(duì)在水下滑翔機(jī)控制方面進(jìn)行了大量研究并取得了多項(xiàng)成果。Leonard團(tuán)隊(duì)研制了實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的水下滑翔機(jī)ROGUE[9]，如圖1-4所示，主要用于水下滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)性能和控制的研究。ROGUE采用高度對稱的橢球狀外形作為主體，機(jī)體兩側(cè)安裝一對水平機(jī)翼，尾部裝有十字尾翼作為航向穩(wěn)定裝置。ROGUE通過控制改變重塊位置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化，從而得到實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在不同重心位置下相對應(yīng)的滑翔軌跡，通過控制凈浮力的大小實(shí)現(xiàn)潛浮，位于浮心的浮力系統(tǒng)和高度對稱的外形降低了水下滑翔機(jī)模型的復(fù)雜度。圖1-4ROGUE水下滑翔機(jī)[9]Figure1-4ROGUEUnderwaterGlider[9]美國華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室于2006年對Seaglider水下滑翔機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)開發(fā)，最終完成了Deepglider水下滑翔機(jī)[10]。該水下滑翔機(jī)與Seaglider的主要區(qū)別在于其采用了碳纖維作為耐壓殼體材料，該材料具備良好耐壓性能，極大的增加了此系列水下滑翔機(jī)的可下潛深度，如圖1-5所示。圖1-5Deepglider水下滑翔機(jī)[10]Figure1-5DeepgliderUnderwaterGlider[10]美國華盛頓大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室和美國Scripps海洋研究所海船物理實(shí)驗(yàn)室(MarinePhysicalLab，簡稱MPL)于2004年完成了對Liberdade系列飛翼型水下滑翔機(jī)XRay1進(jìn)行研制，如圖1-6所示。Liberdade系列飛翼型水下滑翔機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)身與機(jī)翼相互獨(dú)立的水下滑翔機(jī)不同，它的外形結(jié)構(gòu)采用了機(jī)翼機(jī)身融合技術(shù)，從而可以獲得更加高效的水動(dòng)力性能，與此同時(shí)又獲得了更加良好的運(yùn)行靜默性能，這在軍事領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用價(jià)值[11-14]。圖1-6XRay1水下滑翔機(jī)[11]Figure1-6XRay1UnderwaterGlider[11]美國Webb公司通過對Slocum水下滑翔機(jī)安裝螺旋槳推進(jìn)器模塊，完成了混合型動(dòng)力SlocumAUV的改進(jìn)開發(fā)，如圖1-7所示?；旌蟿?dòng)力水下滑翔機(jī)同時(shí)具有水下滑翔機(jī)和自治式水下航行器的特點(diǎn)[15]。當(dāng)采用水下滑翔機(jī)模式時(shí)，可以利用其低耗能的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)長距離隱蔽式航行能力；當(dāng)采用水下航行器模式時(shí)，可以利用搭載的螺旋槳模塊實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性和快速性以及有效的定位調(diào)節(jié)。圖1-7SlocumAUV混合型水下滑翔機(jī)[15]Figure1-7SlocumAUVHybridUnderwaterGlider[15]參考文獻(xiàn)[1] 蔣新松.未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向的探討[J].機(jī)器人,1996,18(5):285-291.[2] 李穎虹,王凡,任小波.海洋觀測能力建設(shè)的現(xiàn)狀、趨勢與對策思考[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2010,25(7):715-722.[3] 蔣新松,封錫盛,王棣棠.水下機(jī)器人[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)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] 錢洪寶,盧曉亭.我國水下滑翔機(jī)技術(shù)發(fā)展建議與思考[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào),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] 武建國.混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析[D].天津大學(xué),2010.[17] 劉方.混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)行為研究[D].天津大學(xué),2014.[18] FangL,Yan-huiW,Zhi-liangW,etal.MotionanalysisandtrialsofthedeepseahybridunderwatergliderPetrel-II[J].ChinaOceanEngineering,2017,31(1):14-28.[19] 吳尚尚,李閣閣,蘭世泉,等.