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M* m5 j8 i/ x0 c' x* n: l9 B# v 原标题：试飞成功！新型航行器上天入海自如切换 $ t" T/ n ~; N; _9 Y3 L
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试飞成功！新型航行器上天入海自如切换 3 A% S% H/ |" H5 X' }" S$ O
科技日报记者 李丽云 通讯员 朱虹
0 O% e7 k" |; y$ e' M 波光粼粼的水面上，两架“小飞机”先后潜入水下，用几十秒的时间抵达指定位置，完成任务后，以优美的转身轻盈飞出水面。
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“长弓2号”跨介质出水
7 H, U3 e/ d, }8 }0 i/ q 科技日报记者11月4日从哈尔滨工程大学获悉，这两架既能上天也能入海的神奇小飞机是两架名为“长弓1号”和“长弓2号”的潜空跨介质航行器，由哈尔滨工程大学（简称“哈工程”）水下机器人技术国家级重点实验室历时一年多打造。两款航行器分别采用了固定翼和折叠翼结构，均能够迅速跨越水空介质，在空中稳定飞行，在水下隐蔽航行，全过程全自主，无需人工控制。
0 k+ J9 T3 Y. W0 J 负重1千克、潜深100米、可在空中、水面、水下自如切换
. ]4 S9 z* {: `: _ 金秋十月，在黑龙江省五常市龙凤山水库，随着通信信号的消失，“长弓1号”开始了自主跨域航行之旅。40多秒后，螺旋桨划破水面，熟悉的马达声传入耳中，“长弓1号”露出水面，随着机体内水的排出，“长弓1号”自主调整飞行姿态，迅速腾空飞离水面，以良好稳定的出水姿态完成了水-空介质跨越过程，不负众望地在空中实现了稳定飞行。
. s! Q- ?# k' z) F5 ], |: B6 ` 在整个试验过程中，“长弓1号”从出水到稳定飞行的跨介质7秒钟最让科研人员紧张。“空气和水是两种截然不同的介质，水的密度比空气大近800倍，潜空跨介质航行器在两种截然不同的环境介质中运行时，会受到未知的风、浪、流的联合干扰，所受的环境外力情况和相应的动力学响应都有显著差异。”哈工程硕士生王宝旭说。 1 I0 [# C1 W3 f8 C
2021年，该团队在国家自然科学基金支持下，开展潜空跨域无人航行器技术研究工作。在设计之初，团队对潜空跨介质航行器的飞行构型方案进行了多次讨论，对多旋翼、倾转旋翼、固定翼等构型方案的任务能力、应用前景、技术可行性等进行了综合比对分析，最终确定固定翼飞行构型方案。 - N6 U9 ~8 w: Y) I- |3 C
* ]) D+ N( H6 G# a9 F “长弓1号”出水后空中飞行 ( d9 U# G& m0 v# S" y5 X
固定翼相比其他结构，在介质跨越过程中用时更短，但研发难度更大。不同于多旋翼可以在水面上起飞，固定翼飞行器可以直接跨越水空界面，这种跨域方式此前没有任何数学模型可参考。 2 `- v1 l Q8 x7 _& k+ j# R& R
综合水中和空中各项性能参数要求，团队进行了无数次仿真实验，完成了“长弓1号”“长弓2号”样机的总体方案设计，并基于CFD技术评估了航行器空中飞行、水下航行、水-空介质跨越等过程的运动性能，验证了两型样机方案的可行性。
: e* M/ y" ^7 n 两款航行器机翼展开后与古代长弓的大小和形状相近，尺寸分别为长2.3m×翼展2m和长1.9m×翼展2.5m，不仅能在空中、水面、水下切换自如，还可负重1千克，潜深100米，通过搭载的高清摄像机与数传电台，完成大气边界层与海洋边界层的界面观测。 . R0 K8 m& d. F- Z
让飞机会潜水，让潜器会飞
8 Z' U8 K4 I& ~( b 既能上天也能入海的航行器并不常见，业内专家评价这种航行器用途广泛，在海洋探索和开发上具有广阔的应用前景。
* m0 ?0 N; ?% b' F% ` 让“飞机潜水”是哈工程科研团队的看家本领，为了能让航行器在100米水下抗压，团队为航行器设计了耐压舱，通过一枚小小的推进器作为水下动力来源，实现了飞行器在水下稳定下潜航行。但是让“潜器会飞”着实给团队带来了不小的挑战。
. ]5 y1 b. }5 l6 p 技术负责人、哈工程博士生孙祥仁介绍，通常航行器为了抗压，下潜越深，材料越重，但机身过重航行器就无法轻盈起飞，因此，团队通过一系列手段为航行器减重。“我们不仅采用了新型的碳纤维复合材料去替代普通金属，还在结构设计上也尽量为航行器减重，连1克重的电线也斤斤计较，力求将航行器总重控制到最低。” ) w1 n/ o* a) }; Q6 f0 t/ I
为提高跨介质能力，团队特别为“长弓2号”设计了折叠翼，而这也意味着航行器的稳定姿态更难以控制。为了让“长弓2号”稳定飞行，其折叠结构更迭达9版之多。在试验中，“长弓2号”整体出水，展开机翼，成功起飞，全程不到6秒。 5 Y/ a5 n* s# _: N0 T% M
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“长弓2号”跨域姿态图片 ~& x1 U1 B; h$ O% p3 E
固定翼与折叠翼样机双双成功实现跨域航行，意味着融合空中飞行、水面游弋、水下巡航能力于一体的跨介质航行器技术取得重要进展。 ; I/ Z$ {* @2 P; H5 s- J4 H
来源：科技日报 文中图片均由哈尔滨工程大学提供
x) i' c. v$ [ J9 E9 h Z 编辑：沈唯（实习）
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