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滑翔机也能在水下“飞”?

时间:2018-02-10 06:13来源:网络整理 作者:采集侠 点击:
众所周知,滑翔机是一种航空器,可最近一段时间,不少小伙伴都惊奇地发现,一些滑翔机不好好地待在天上,偏偏

  调节好浮力就能“飞”。

  众所周知,滑翔机是一种航空器,可最近一段时间,不少小伙伴都惊奇地发现,一些滑翔机不好好地待在天上,偏偏钻进了水中。先是去年底我国在南海俘获了美军的水下滑翔机(又称潜航器),然后是近日我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机下潜到6329米的深海,一举打破世界纪录,都让水下滑翔机狠狠地刷了一波存在感。滑翔机为何能在水中航行?它到水中要做什么呢?

滑翔机也能在水下“飞”?

  “海翼”号水下滑翔机(图源:观察者网)

  水下滑翔机怎么“飞”?

  一般意义上的滑翔机是指没有动力装置的固定翼航空器,它之所以能在空中飞行,要依赖于伯努利原理:当空气流经机翼时,由于上方翼面拱起,同一时间内,机翼上方空气比下方空气流速快,导致机翼上方比下方气压低,滑翔机也就浮在了空气中。当然,仅仅飞起来是远远不够的,为延长滞空时间,滑翔机的机翼通常设计得较为狭长,机身则呈细长的流线型,以提高升阻比,减小飞行时的下滑角。

滑翔机也能在水下“飞”?

  空中滑翔机(网络图)

滑翔机也能在水下“飞”?

  伯努利原理示意图(网络图)

  水下滑翔机作为一种新型自主航行器,最早是由美国物理海洋学家亨利·施托梅尔(Henry Stommel)于1989年设计的,他正是在空中滑翔机的启发下设计了水下滑翔机,因此二者的航行原理基本类似。比如水下滑翔机也有“翅膀”(机翼),因为只有具备了“翅膀”才能实现滑翔。

滑翔机也能在水下“飞”?

  典型的水下滑翔机结构图(图源:,图中汉字为作者添加)

  不过,虽然水和空气都是流体,但还是有很大差别的,水下滑翔机为了适应水下环境,必然有其独特之处。它并未安装螺旋桨,是如何实现下沉和上浮的呢?

  原理并不复杂,水下滑翔机是在浮力和机翼的作用下向前滑行的,而下沉和上浮则通过调节重力和浮力差实现。可见,浮力的调节至关重要。

  我们知道,鱼类是通过鱼鳔的收缩和膨胀来调节自身密度,从而实现上升和下沉的,水下滑翔机的浮力调整机构也采用了同样的做法。水下滑翔机的“鱼鳔”是一个安装在外部的油囊(即上图中的flexible oil bladder),它在重力作用下到达预定深度完成任务后,便会将机体内的液压油压入油囊中,由于油囊体积增大,浮力也随之增大。当浮力大于重力时,通过配合合理的俯仰角,水下滑翔机便能在上浮的同时向前滑行。当水下滑翔机抵达水面,将采集的数据向卫星传输完毕后,它便会收缩油囊,使浮力小于重力,从而可以再次下沉,继续在大海里畅游。

  除了改变浮力实现下沉和上浮,水下滑翔机还可以通过调整内部重物块的分布,以改变重心和浮心的相对位置,从而完成回转和俯仰等动作,这在空中滑翔机上是难以见到的。

滑翔机也能在水下“飞”?

  水下滑翔机垂直剖面的周期性滑翔运动示意图(图源:orbitalvector.com)

滑翔机也能在水下“飞”?

  水下滑翔机运动动画(网络图)

  水下滑翔机有何用?

  水下滑翔机无需动力装置,能量消耗非常低,仅在调整浮力和姿态时才会消耗少量电力,因此它的续航能力十分强大,可在海洋中连续潜伏数月。又由于它的制造及维护成本低廉,且自主可控,近年来在国内外受到极大关注,已发展成为颇受青睐的海洋观测平台。

  水下滑翔机设计的最初目的是为了采集某一特定水域的水文资料,它往往会搭载各种不同类型的传感器,对海水温度、盐度和密度的空间分布规律进行实时监控。海水的变化对气候有很大影响,水下滑翔机带来的科学数据可帮助我们提高气候预报的精度,有效防御严重的气候灾害。

滑翔机也能在水下“飞”?

  水下滑翔机引起了多国军方的高度关注(图源:)

(责任编辑:admin)
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