国产水下滑翔机“海翼”号成长记 不断突破

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科研人员在深渊科考中回收“海翼7000”水下滑翔机
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  在日前揭晓的“2017年度海洋人物”评选中,“海翼”号系列水下滑翔机设计师俞建成引人注目。从2003年开始研究到2009年首次下水,再到如今的成熟稳定,俞建成带领中科院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)水下滑翔机研究项目团队努力耕耘,见证了“海翼”号的每一步成长。
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  2017年,“海翼”号水下滑翔机势如破竹,创造了一个又一个纪录——3 y* b' j+ f4 Q# ?7 j
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  3月,“海翼7000”系列水下滑翔机在马里亚纳海沟创下6329米的水下滑翔机世界深潜纪录;* g# W+ \4 @5 {4 C. G5 V7 M
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  7月,12台“海翼”号水下滑翔机在南海实现了我国最大规模的集群观测应用;
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  10月,“海翼1000”系列水下滑翔机无故障连续工作91天,创造我国水下滑翔机工作时间最长、航行距离最远、观测剖面数最多的新纪录。
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+ ~2 ~3 T5 x* G; E& D  合理制定分阶段研究目标,降低技术难度和技术风险,最终实现超越发展
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  俞建成第一次听说水下滑翔机是在2003年。那一年,他刚刚考入沈阳自动化所攻读博士学位。每个周六,俞建成都要向导师张艾群汇报一周的学习工作情况。有一次,张艾群给他看了一篇关于美国最新水下机器人研究成果的文章。读完这篇介绍美国研制的Slocum水下滑翔机的文章后,俞建成对水下滑翔机产生了浓厚的兴趣。6 Q* Z3 a, D5 ?; v5 N% ]
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  作为水下机器人的一种,水下滑翔机依靠浮力在海水中滑行。它重量轻、消耗小、隐蔽性好,能够胜任长时间、远距离的航行任务,是世界各国海洋科学研究的热点。, w9 \. ?3 Q  K5 O$ ^! i
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  在进一步查阅了水下滑翔机的相关文献后,俞建成决定召集其他同学开展水下滑翔机的研究工作。
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  据俞建成介绍,1989年美国海洋科学家就提出了水下滑翔机的概念,2000年他们已研制出三型水下滑翔机并开展了海上试验。2003年,他第一次听到水下滑翔机这个概念时,美国已开展水下滑翔机实验性应用了。“如果我国还不着手开展相关研究的话,差距会越来越大。”% P" b# m9 G( P& r

! s! i: B: I4 C( D- ]+ F  在俞建成和同学们的努力下,当年他们从所里成功申请了12万元科研经费,正式开始水下滑翔机的研究工作。
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  沈阳自动化所在水下机器人领域有很好的技术积累和工程经验,这为俞建成团队水下滑翔机的研究工作奠定了良好基础。但水下滑翔机作为新型水下机器人,有一些特殊技术要求,比如对水动力外形优化要求很高、对控制系统功耗非常敏感,既要实现小型化又要实现长续航能力,等等。
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  俞建成说:“对于这些特殊技术要求,我们没有研究基础,可借鉴的东西也很少,一切都得从零开始。”
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2 l5 Y" ]; z7 G* R! V  由于没有基础,最初团队制定的目标也较低;随着技术的不断积累,他们的目标也随之提高。“比如,续航能力从最早没有指标要求,到后来设定为500公里,再到1000公里、3000公里……”俞建成说,“通过合理制定分阶段研究目标,降低技术难度和技术风险,不断增强研制信心,最终实现了超越发展。”
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  “海翼”号课题组的3个年轻人没有被困难吓倒,时间不够用就加班加点干。
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  小型化是水下滑翔机研制的难点之一。既要小又要跑得远,这是水下滑翔机研究过程中,俞建成团队需要破解的难题。
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  俞建成说,因为体积小,舱内空间非常有限,很多现成的单元技术都无法在这么小的空间内使用,他们不得不攻关各单元的小型化技术;因为体积小,一点点空间、功耗等资源的浪费都会影响水下滑翔机的航行效率,所以要求载体设计的空间利用率很高、控制器功耗很低,而且外形、壁厚、浮力调节量都必须优化得恰到好处;因为体积小,水下滑翔机的搭载能力有限,系统冗余度无法做得很高,所以需要水下滑翔机的所有部件都必须具有很高的可靠性。他们为此花费了大量时间,对部件和整机进行大量测试和试验。: i! N2 v2 g4 c0 t" a: n

* o& h' \: f; L. u3 ~; x' P  沈阳自动化所副研究员金文明是2008年加入“海翼”号课题组的。他清楚地记得,当时课题组一共就3个人。“俞建成博士是我们的课题组长,总揽滑翔机研制的全过程;机械设计专业毕业的我负责机械结构分系统;新入职的黄琰负责电控与软件分系统。”8 D7 E* \. Z/ d& z! b

- Z0 \7 L% l# U! W& E  “海翼”号研制初期困难重重,进展也比较缓慢。但是,3个年轻人并没有被困难吓倒,经验不足就请教其他课题组的老同志,时间不够用就加班加点干。/ V7 K* B) r5 s
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  金文明说:“回想起来,入职的头3年也是我进步最快的3年,那时大家不知疲倦,一心只想把科研做好。”
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, C1 O8 T* u7 Q  r7 n" E  经过一年半的努力,水下滑翔机样机终于研制出来了。在研发过程中,“海翼”号团队也不断壮大,从最初的3人发展到现在的20多人,金文明和黄琰也都成长为团队的核心骨干。: N: G$ @5 ~9 H9 s% [, R

. F( @; g9 M& @+ s6 v  海试是难忘的经历,也是意志品质的考验
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! }5 T/ u1 Z$ n; B  海上试验是研制水下滑翔机过程中必不可少的重要环节。( \$ m1 c$ G. X" F% T

1 r8 l! y8 {5 y! j& I8 K" l+ S4 }; E2 t  俞建成说:“海洋是人迹罕至的地方,海上试验对于每个经历过的人来说都是难忘的经历,也是意志品质的考验。”" v# j. o# q, Z' V  w. v8 N

& [' M; E2 F6 |2 M7 E* ~  金文明至今都对“海翼”号水下滑翔机的第一次海上试验印象深刻。那是2009年的夏天,由张艾群带队,参试队伍一共10人。为了节省经费,当时课题组租用了一条渔船。
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! m8 V3 t1 ^9 k/ d6 [  金文明说:“在渔船上颠簸了一个晚上,等开到试验地点,就已经有3位队员不能下床了。”! E4 h+ F7 h/ l1 f% _$ s

# _' h1 f4 o0 w4 l: u5 t  因为是第一次进行海试,前期设计缺乏经验,水下滑翔机不论在软硬件还是在机械系统上都存在缺陷,环境适应性也不够好。为此,团队成员白天试验、找问题,晚上拆卸舱体、维修与解决问题。$ p8 g4 R3 r* ^

+ S9 i# ?  T/ i- Z* D( G- A, d  金文明说:“那些天真是白天晚上‘连轴转’。船上没有工作台,我们就在前甲板上支起一张大木板进行滑翔机的拆装工作,趴着或蹲着对滑翔机进行检修。船不停地晃动,时间一长,大伙都腿软背痛。但是,所有人都坚持到了最后。”
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  当时正处于盛夏,船上异常炎热,睡觉舱位也不够,几个年轻人就直接在甲板上铺上席子睡觉。早上醒来的时候,露水湿透全身。
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  “海试过程中大家都是相互鼓励。正是因为坚持,才有了水下滑翔机的研制成功。”俞建成说。
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  2017年3月,当“海翼7000”系列水下滑翔机在马里亚纳海沟创下6329米的世界深潜纪录时,团队成员都非常激动。金文明说:“收到数据时,大家都欢呼起来了!”
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3 x  ?, b) m6 }6 w  海试中也有很多开心时刻。俞建成就对2017年在海上偶遇“辽宁号”航空母舰的情景念念不忘:“尽管当时距离很远,仍然感觉非常振奋。”
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9 a! Y9 `1 q# a3 G! B3 p  “正因为有了这些亲身经历,更激发了我们献身中国海洋技术的热情和使命感。”俞建成说。3 m! i4 }1 ?0 s

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- S7 p1 c4 F' Q: ~# y! @! Q# U查看原文:www.52ocean.cn
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molian
活跃在2022-3-11
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