西工大“魔鬼鱼”研究再获新进展

“头部”扁而宽,“尾部”扁而尖,“翅膀”(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……1年前的8月,西北工业大学游泳馆内出现的这条“魔鬼鱼”,很快引起各界广泛关注。

1年过去了,这条当时体重只有10kg、灵动小巧的“魔鬼鱼”,已急速“成长”到了100kg。“力大如牛”的它,拖个把成年人前行一点都不“气喘”,调皮时还能玩个倒游,原地转弯时的姿势也非常流畅。

其实,这是该校科研团队模拟“魔鬼鱼”(学名“蝠鲼”)外形,制造出的一款特殊水下航行器——仿蝠鲼智能水下航行器。

生活在热带和亚热带海域底层的软骨鱼类蝠鲼,因外形恐怖而被称为“魔鬼鱼”。它具有流线型的扁平躯体,不仅有利于游动推进,还有利于下潜滑行。在观测中,人类发现了蝠鲼长达数千公里的迁徙现象,而这正是对其运动高效率的有利证明。

“蝠鲼的这些特性,能够充分满足长航时、高机动大范围作业水下航行器的仿生需求。”西工大航海学院“仿生智能水下航行器”项目组成员表示。可是,为什么要给小“蝠鲼”增重呢?

“因为10kg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,但它的搭载能力却不高、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。

一年时间里,研究团队努力为它增重,以提高搭载能力。同时,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”已有了4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,并开展了大量水池、湖海实验,达到国际先进水平。

记者了解到,“魔鬼鱼”家族的4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,它具备高机动转弯、俯仰等能力,适宜执行“大范围粗维度+细维度”原位作业任务。

“Ⅳ号”成员就是重达100kg,能拖人前行、倒游、原地转弯的大号“魔鬼鱼”,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号’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号’样机遥遥领先于同类产品。”项目组曹永辉和曹勇两位老师介绍:拥有如此优越的性能的仿蝠鲼智能水下航行器,将用于探索海洋的奥秘。

据了解,由西工大航海学院潘光院长领导的“仿生智能水下航行器”项目组现有教师、工程人员各15人,研究生近50人,他们的研究领域包含流体计算、仿生材料、结构设计、智能控制等多个专业方向。下一步,这支精英团队还将为“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。(赵勇 中青报·中青网记者孙海华)