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“哪吒”冲浪上天入海 上海交大团队创新研发海空两栖无人航行器

“哪吒”冲浪上天入海 上海交大团队创新研发海空两栖无人航行器飞入寻常百姓家
来源:新民晚报   作者:易蓉   2024-04-10 08:55:40

图说:海空两栖无人航行器“哪吒” 来源/采访对象提供(下同)

不怕风不怕浪,能上天能入海,上海交通大学海洋学院技术团队研发的海空两栖无人航行器“哪吒”开启了海空跨域航行器百米级时代,团队首创的“冲浪算法”为国际研究提供了“中国解法”。日前,上海交通大学举行建校128周年纪念大会上公布第一届“睿远青年科技奖”名单,“哪吒”项目领衔人、海洋学院副研究员、80后的曾铮荣获海洋工程与海洋科学奖。

技术攻关实现“两栖”

为提升我国海洋立体监测水平和能力,需要能够对特定海区同时进行空中、水面和水下完成探测任务的“利器”。为此,上海交大团队8年前开启“哪吒”项目技术攻关,成功研发了承压耐蚀高速电机、小型轻量化浮力调节系统、海空跨介质航行的非线性稳定控制器等一系列关键核心技术。

曾铮介绍,“哪吒”融合了水下滑翔机和无人机的设计理念,且在团队技术攻关下拥有了玲珑而全能的构型——固定翼是飞行的翅膀,入水后成为滑翔翼,旋翼则可实现航行器在水、空跨界过程中稳定起降;小型轻量化的浮力调节系统和真空电机实现浮力和俯仰姿态同步调节、空中和水下高速驱动。由此,“哪吒”便拥有了“两栖”的硬实力。

创新算法成功“乘浪”

“哪吒”可以广泛应用于海上搜救、海洋科学、海洋工程等领域,近期海试最大下潜深度突破了100米。然而,今天能够乘风破浪的“哪吒”,其实曾有一段“铩羽而归”的经历。“2019年,当我们完成‘哪吒’的研发,在内陆湖面进行试验,几乎是百分之百的成功率,大家都很兴奋。”曾铮难忘那个时刻,“当我们来到海上,海试时它却无法抵御风浪。”海试的失败意味着这款机器人根本无法在真实海洋环境中应用。

“不甘心啊!研发它就是为了能用上它。”曾铮和同事们回到实验室琢磨如何解决真实海洋环境中的浪流干扰。跨域性能是海空两栖航行器的核心特征和业界技术瓶颈,国际上针对该问题主要依赖优化控制器性能来抵抗、适应、补偿波浪干扰。都不理想,费时费力。“既然无法‘抵抗’,能不能‘顺势而为’?”曾铮团队把研究视角改为利用波浪,创新提出跨域窗口期的概念和“冲浪算法”的构想,即在波浪中搜寻航行器位于波峰且航向顺浪的合适跨域时机,“顺水推舟”借助波浪势头完成跨域。

随着风浪,浪(飞)起来!历经2年的时间,从原理分析、数值模拟到水池试验、野外试验的全方位验证,“冲浪算法”成功了。利用新算法航行的“哪吒”与随机起飞相比,平均跨域时间和能耗分别节省了约60%和26%。与试验中最恶劣情况相比的节约程度大幅提升,分别为85%和64%,意味着跨域安全性和成功率得到显著提升。更令团队自豪的是,“冲浪算法”的创新为这一领域的研究提供了“中国解法”。

航行器“哪吒”的名字来自电影《哪吒》,曾铮说其中有句台词“人们眼中的成见是一座大山,要勇于打破这种成见”,令大家产生强烈共鸣。“‘哪吒’要突破空气和水两种不同介质,自由穿越。我们青年科学家也要突破传统思维,实现创新。”

新民晚报记者 易蓉


编辑:易蓉
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