欧博网址多少:万米深海,有只“飞翔”的“海燕”

2020-07-28 22 views 0

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水下滑翔机万米深渊观察科学考察团队克日顺遂返航。

报道称,在为期6天的综合科考中,由青岛海洋科学与手艺试点国家实验室与天津大学配合研发的2台万米级“海燕—X”水下滑翔机共获得观察剖面45个,其中3000米级、6000米级和7000米级剖面各1个,万米级剖面3个,最大下潜深度达10619米,刷新了水下滑翔机下潜深度的最新世界纪录。“海燕—X”集成了CTD和深海相机等诸多要素传感器,同步采集了深渊温盐、溶解氧等大量名贵数据,在海洋深渊科学研究方面具有主要的应用价值。那么“海燕”事实若何实现在深海平安、自由“飞翔”?记者就此采访了有关专家。

高度计让“海燕”平安“飞翔”

2005年,天津大学副教授、“海燕”研发团队核心成员杨绍琼所在的团队乐成研制出第一代温差能驱动水下滑翔机,事情深度100米。2009年,第二代夹杂推进型水下滑翔机“海燕”研制乐成,事情深度500米。也是这一年,他们研制的水下滑翔机有了正式名字——“海燕”。

杨绍琼注释,当水下滑翔机翘起尾巴,就是准备跟卫星举行通讯。收到水下滑翔机状态信息,或是义务传感器采集到的海水环境数据后,卫星便将信息发送到岸基操控平台。之后,信息被送往控制中心。

“海燕”有着传统鱼雷的流线形状,杨绍琼说,这样的形状有助于降低航行阻力。

杨绍琼说,水下滑翔机通过内部控制系统,融合多传感协同控制手艺,合理分配传感器安装位置和事情流程,实时原位采集海洋环境参数并存储于主控内部内存之中。

在事情历程中,需要注重水下滑翔机当前位置与深渊海沟的相对距离,同时思量水面海流的流速和流向,通过智能轨迹计划算法保证水下滑翔机可以实现延续跨越万米的滑翔剖面观察。

在青岛海洋科学与手艺试点国家实验室控制中心,屏幕上一条条黄色的“鱼”,就是“海燕”的实时位置。在“海燕”泛起状态或走丢时,其应急单元会指导工程职员将其找回。

“海燕”在航行时会不会撞到海底?杨绍琼告诉记者,由于水下滑翔机自己安装有高度计。高度计可以感应周边环境信息。好比设定的高度是10米,当高度计感测到只有10米的平安距离时,“海燕”就会通过浮力驱动单元和姿态调治单元改变姿态,然后上浮。

“在海上试验历程中,任何一个环节都极其主要,每一个零件泛起问题都市导致整个试验的失败。”杨绍琼说,因此在整个试验历程中,外观检查、通讯测试、甲板联调、参数设置以及布放接纳每一个环节都被工程职员当成试验的关键环节。

下潜上浮如鱼般自若

“海燕”是若何做到自若地下潜上浮的?

杨绍琼注释,这要归功于水下滑翔机的浮力驱动单元,也就是浮力驱动系统。

水下滑翔机可划分为前导流罩、前舱段、中舱段、后舱段、尾部浸水舱等5部门。其中前舱段安装有浮力驱动单元,主要由安装在耐压壳体内的伺服电机、液压泵、电磁阀、内皮囊和安装在耐压壳体外的皮囊组成。

收缩自若的皮囊类似鱼儿的“鳔”。鱼在水下通过调治鱼鳔内的气体从而到达调治身体浮沉的目的。“海燕”的浮力驱动单元也是这样的事情原理。

当需要下潜时,皮囊体积变小,浮力也会响应变小,重力大于浮力,水下滑翔机就会下潜。反之,皮囊体积变大,浮力增大,水下滑翔机就会向上浮动。

通过一直的上浮下潜,“海燕”走着“之”字门路,向前“飞”。这种浮力驱动的方式耗能很少,可以保证“海燕”在大洋中长时间、大范围地流动。

从2005年实现事情深度100米,到2009年实现事情深度500米,再到2018年最大下潜深度8213米,最后到今年下潜深度突破万米,水下滑翔机的下潜深度由什么决议?下潜突破万米的难度在那里?

“下潜深度是由水下滑翔机自己的浮力调治量决议的。”杨绍琼说,水下滑翔机下潜时需保证自身重力大于浮力,而随着深度的增添,海水密度不停增大,万米深渊处海水密度约为水面密度的105%,导致水下滑翔机自身浮力不停增添,需要更大的调治量来填补万米深渊海水大尺度的密度转变。

为攻克万米超高压力下的浮力调治难题,天津大学和青岛海洋科学与手艺试点国家实验室研究职员组成的“海燕”团队研发出了万米高压环境下大排量、高精度的浮力调治系统。

下潜深度突破万米,另一大难点就是保证所有元器件都能蒙受万米海水的压力,换句话说,1平方米面积上需要蒙受约107公斤的重量发生的压力。

难以知足承压要求的金属材料,已不再适用于万米水下滑翔机的耐压壳体。“海燕”团队在设计中,创新性地使用了新型轻质陶瓷耐压复合材料,在保证承压能力的基础上能够搭载更多的能源和义务传感器。

杨绍琼说,未来“海燕—X”仍可以大幅提升其性能,通过优化壳体设计、能源模块、浮力抵偿方式和浮力调治计谋等,可继续提升续航能力和观察性能;此外还可以进一步小型化和轻量化,降低成本,提高可操作性和经济性。

为“透明海洋”积累数据

现在“海燕”水下滑翔机已经实现了续航里程、事情深度的谱系化生长。杨绍琼告诉记者,从事情深度谱系来说,有200米、1000米、1500米、4000米和全海深,从续航里程看,有1000公里、1500公里和3000公里,未来还将实现5000公里,甚至10000公里的目的。“续航里程是非一方面受限于机载能源,另一方面还与水下滑翔机形状减阻设计、控制系统的低功耗设计、浮力系统的驱动计谋等节能降耗关键手艺有关。”

从集成的传感器看,可以集成温盐深(CTD)传感器,还能集成溶解氧等生化传感器、水听器等声学传感器、电磁传感器,以及湍流剖面仪等。

由于功效差别,“海燕”家族成员是非胖瘦各异,好比“海燕—200”较“瘦小”,可以在深度200米以内的海域里举行观察;“海燕—L”略修长,可以延续航行约5个月,执行长时续观察义务。

海洋占地球表面积的71%,人类对海洋的探索却不到5%。为了加强对海洋的领会,海洋试点国家实验室提出了“透明海洋”观点,搭建“海洋物联网”,对海洋举行立体综合观察。所谓“透明海洋”,就是行使现代的海洋观察与探测手艺,实现海洋状态透明、历程透明、转变透明。要实现透明,就要有数据支持。

现在,在我国南海海域,“海燕”水下滑翔机家族正遨游在大海深处,通过搭载的温盐深、溶解氧、湍流、光学等义务传感器,举行海洋环境多要素参数的观察,并将搜集到的海洋信息,实时传送到几千公里外的青岛海洋科学与手艺试点国家实验室,“透明海洋”工程建设。

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