去年,我国研制的新型水下机器人“水下滑翔机”在南海自主航行了1022.5千米,持续航行时间30天。网友们难免好奇,这水下滑翔机没螺旋桨,也没有其他动力装置,仅靠浮力和姿态调整就航行了这么远,持续时间还这么长,怎么做到的?实际上,先进的水下滑翔机持续航行时间可达10个月以上,航程高达4500公里以上。
要明白水下滑翔机是如何在无螺旋桨的情况下实现潜行,我们首先得来大体了解一下它的结构。
可以看到,水下滑翔机有一对翅膀,就像飞机的机翼。而有了翅膀,滑翔就成为了可能。打个比方,一只猫从六十层楼上跳下来,这是坠落,但是一只鹰跳下来,则是滑行,且能滑行很远的距离,所以,翅膀是关键。因为重力,当水下滑翔机从海面坠落到几千米的深海时,利用自身翅膀,可向前滑行一段很长的距离。现在,问题来了,水下滑翔机是可以利用下沉,并滑翔向前,但是,当它沉到上千米深的海底时,又怎么上浮呢?
美国水下滑翔机seaglider
很简单,坠落到预定深度后,改变自身密度从而实现上浮!相同质量下,体积越大,密度就越小,所以,只要把水下滑翔机的体积变大一丁点儿,小于水的密度,就可以上浮了。关键是,怎么改变密度呢?
咱们想象一下,装着水的啤酒瓶,如果瓶口紧紧套着一个没充气的气球,当水还在瓶子里时,气球是扁的,而如果瓶子里的水倒入气球后,那么气球就撑大了,于是,啤酒瓶和气球组成的这个系统的总体积就变大了。水下滑翔机,就是这么干的!
水下滑翔机组成,步骤是这样的,水下滑翔机通过液压活塞把液压油压入液压皮囊中,于是,滑翔机的总体积变大,但总质量不变,所以,随着皮囊的膨胀,滑翔机密度变得小于海水密度,从而向海面上浮。
水下滑翔机有一对翅膀
当到达海面,并向卫星传输已经收集到的数据后,滑翔机收缩活塞,于是密度变大,当大于海水密度时,再次下沉,因为有翅膀,所以可向前滑翔……如此往复,从而在茫茫深海实现“之”字形锯齿状前行。
向大海取能
水下滑翔机除了利用电池,还可以从海洋中直接获取能源,这就是海洋温差能。我们都知道,海水因深度不同,温度也会不同,海水表面因为直接吸收太阳能,温度较高,有的海水表面温度最高甚至可达30摄氏度,通常情况是在20摄氏度左右。而在1000米深处,海水温度会降到4摄氏度左右。