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西工大“魔鬼鱼”研究获得新突破
来源:中国教育报   作者:编辑:王淯   点击数:155   日期:2020-09-25   字体:【

“头部”扁而宽,“尾部”扁而尖,翼状鳍和身体融为一体,在游泳池里扑动、滑翔、急停、转弯、穿越,好不自在……去年8月,出现在西北工业大学友谊校区游泳馆的一条“魔鬼鱼”引起广泛关注。

  近日,这条“魔鬼鱼”再次名声大噪。一年过去了,除了背部“长”成黄颜色,它的体重也“急速成长”,从灵动小巧的10公斤达到了100公斤。“力大如牛”的它,拖个把成年人前行一点都不气喘。调皮的时候,还能玩个倒游,随时能流畅地来个原地转弯。

  其实,这是西北工业大学西航海学院潘光院长领导的科研团队模拟“魔鬼鱼”(学名蝠鲼),研制出的一款仿蝠鲼智能水下航行器。

  蝠鲼是一种生活在热带和亚热带海域的底层的软骨鱼类,因其恐怖的外形而被称为“魔鬼鱼”。因其流线型的扁平躯体,不仅有利于游动推进,还有利于下潜滑行,且在航行器滑翔运动时,能有效借助流体的能量实现更高效率的滑行运动。人类已经观测到蝠鲼长达数千公里的迁徙现象,正是对其运动高效率的有利证明。蝠鲼的这一特性,能充分满足长航时、高机动的大范围作业水下航行器的仿生需求。

  那么,为什么要给小蝠鲼“增重”呢?据项目组成员介绍,10公斤的小“蝠鲼”在运动时,依靠柔性翼扑动推进。这种推进方式,使之能够实现前游、倒游、原地转弯、快速俯仰等高机动动作,但是搭载能力不高、航程有限,无法满足大范围作业任务需求。通俗点说就是,该航行器在搭载能力、续航时间、实际作业能力等方面有待提高。

  一年来,研究团队努力给它增重,提高搭载能力,并融合另一种重浮力滑翔推进模式,使其兼具长续航与高机动能力。经过多次改进,如今的小“蝠鲼”有了四个型号,突破了推进机理、仿生结构、智能控制等多项关键技术,开展了大量水池、湖海实验,达到国际先进水平。

  目前“魔鬼鱼”家族四个成员各有特色。I号成员灵活小巧,II号成员是个大家伙,它是仿蝠鲼水下航行器的中间形态,主要实现大升阻比滑翔能力,适宜执行大范围粗维度作业任务。目前,已经开展了湖海实验,验证了其优良性能。III号成员是目前“魔鬼鱼”家族中最大的家伙,它是半翼展柔性,滑扑一体推进,具备高机动转弯、俯仰等能力;适宜大范围粗维度+细维度原位作业任务。IV号成员是最大的“魔鬼鱼”,重达100公斤,能拖人前行、倒游、原地转弯。它采用全柔性翼,融合了两种推进模式,运动姿态更接近蝠鲼生物,具备长续航与高机动能力。

  “目前IV型样机已经开展大量水池实验,性能优良。综合考虑其下潜深度、续航时间、搭载能力、推进速度等性能,IV型样机遥遥领先于同类产品。”项目组的曹永辉老师和曹勇老师介绍说,拥有如此优越性能的智能水下航行器,将用于探索海洋的奥秘。

  据悉,潘光院长领导的“仿生智能水下航行器”项目组,现有教师15人,工程人员15人,研究生近50人,包含流体计算、仿生材料、结构设计、智能控制等多个专业方向。下一步,项目组还将为“魔鬼鱼”装上“耳朵”和“眼睛”,让它具备环境感知能力和地形地貌观测能力,以期用于海洋环境信息长期观测和海底科考目标定点持续观察。

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