中科院沈阳自动化研究所圆水下机器人的“芭蕾”梦

大家好，我是一名水下机器人(10.170,0.00,0.00%)“萌新”，我来自中国科学院沈阳自动化研讨所，我有许多有名的哥哥姐姐，像是“海斗一号”、“潜龙一号”、“小黄鱼”等，他们的身影在各大媒体频频出镜，让我心生Respect！

（图片来自网络）

作为萌新，我在大佬们面前便是空气，但我志（ying）不（gang）在（bu）此（guo）。他们身形巨大，功用杂乱，但在水下不行灵敏。我的志趣在于能像芭蕾舞演员相同，有着窈窕的身姿，能够在水下翩然起舞。

（图片来自网络）

于是乎，在中国科学院沈阳自动化研讨所海洋信息技术装备中心的研讨团队协助下，我的“芭蕾梦”有了期望。

研讨团队发现，限制水下机器人机动性有两个方面。第一个是水下机器人为了潜入水下，都要带个“大肚腩”，也便是浮力调理体系，并且作业深度越大，“肚腩”就越大。第二个是水下机器人的“小短腿”，也便是螺旋桨等水下推进器。现有水下机器人为了搭载更多载荷，多选用功率较高的螺旋桨推进器、泵喷推进器、轮缘推进器等，可是这些推进器在进步水下机器人机动性，尤其是高速下的机动性方面体现一般。

传统水下机器人的“大肚腩”和“小短腿”

为了处理上述问题，研讨团队学习空用扇翼推进器，在学界初次提出了“水下扇翼推进器”的概念，并成功将其用于水下机器人，为水下机器人装上“大长腿”，部分代替了浮力调理设备，进步了水下机器人的机动性。

水下扇翼推进器能够界说为：“作业在水介质环境中，在固定机翼中嵌入可自动旋转的横流电扇的推进器。”经过横流电扇的旋转，该推进器能够发生明显的前向力和垂向力。使用前向力推动机器人行进，使用向下的垂向力推动机器人潜入水下，从而代替浮力调理设备。

水下扇翼推进器构型

根据水下扇翼推进器，研讨人员研发了水下扇翼飞行器（也便是我），小短腿改成了两个“大长腿”，能够完成行进、下潜、变向、俯仰、横摇等5自由度的运动，还成功减掉了“浮力调理”这个大肚腩。

水下扇翼飞行器（忘掉开美颜了/害臊/）

直线飞行

下沉飞行

转弯飞行

研讨人员还对水下扇翼推进器的动力学特性等打开了深化研讨，相关研讨成果屡次发表于世界学术期刊OceanEngineering。

首要，研讨人员选取了典型的水下扇翼推进器截面，对不同横流电扇转速、航速下的水下扇翼推进器打开仿真和试验研讨。

核算流体力学仿真（类似于“手绘X光相片”）

研讨结果表明，水下扇翼推进器具有如下一般性特性：

跟着转速的增大，推进器前向力、垂向力、转矩和功率不断增大。

跟着航速的增大，前向力先增大后减小，垂向力增大，转矩和功率不断增大。

除了一般性规则，水下扇翼推进器具有如下典型特征：

在低航速、高转速的工况下，前向力和垂向力的动摇增大，转矩增大，所耗费的功率进步。

航速越高，功率和转矩越大。

存在最大功率点，且在最大功率点航速附近前向力获得最大值。

接着，研讨人员选取了前开角、后开角、机翼上平面长度和迎流角等四个典型参数对水下扇翼推进器的固定机翼关于其水动力学特性的影响打开了研讨。

固定机翼的四个典型参数

研讨结果表明：固定机翼能够操控流入和流出横流电扇流量和方向，也会影响到一些特别流体现象的构成，如偏疼涡的方位和巨细，驻留涡、尾涡以及机翼上表面的边界层别离等。

近期，研讨人员还研讨了横流电扇内外径比、叶片数量、叶片内角和叶片外角等参数关于水下扇翼推进器的水动力学和水声学特性的影响。

横流电扇几许参数的选取

研讨结果表明：横流电扇叶片内角和叶片外角对流体的流入和流出横流电扇起到首要效果，其做功充沛与否首要受横流电扇内外径比的影响，叶片数量是对水下扇翼推进器水声学特性影响最大的要素。

水下扇翼推进器的研讨，得到了中国科学院战略高技术立异基金、国家留学基金委、新加坡学术研讨基金、机器人学国家重点试验室等的大力支持。

未来，研讨人员将对水下扇翼推进器打开愈加深化的研讨作业，包含水下扇翼推进器的理论机理，模块化、实用化的水下扇翼推进器开发，协助更多的水下机器人完成“芭蕾”梦。