5、典型滑翔机器海豚的设计与实现

典型滑翔机器海豚的设计与实现

1. 引言

海豚是天赋异禀的游泳健将，具备出色的水生运动能力。它们能够轻松快速游动、灵活机动，甚至完成惊人的杂技动作，例如轻松达到超过 11 米/秒的高速，然后跃出水面数米并表演优雅的杂技特技。这些令人瞩目的技能得益于它们天生的流线型身体、骨骼结构和推进机制，这些都是长期生物进化的产物。

研究人员多年来一直关注仿海豚游泳，试图探索一种实用、有效且灵活的推进机制。他们通过对机器海豚的各种研究，从推进机制设计、运动建模和控制算法等角度，努力实现仿海豚的游泳性能。随着机电系统和控制算法的改进，机器海豚的速度和机动性也在不断发展。由于其出色的游泳性能和独特的特点，机器海豚在许多实际应用中具有潜力，如在复杂水下环境中的探索和救援。然而，它们的短航程和有限的续航能力是实际应用中的潜在障碍。

相比之下，水下滑翔机以其长航程和强续航能力而闻名。它们非凡的能源效率本质上源于浮力驱动机制，通过净浮力和水动力的综合作用推进，并以锯齿状路径移动。只有在调整浮力以切换潜水和上浮时才消耗能量，因此水下滑翔机可以用有限的能量滑行很长的距离。然而，滑翔机的速度和机动性都要低得多。因此，如何制造一种具有混合运动的滑翔机器海豚用于深海应用，以及可控鳍如何丰富滑翔机动动作，值得深入研究。

主要目的是为滑翔水下机器人提供一个创新概念，即滑翔机器海豚，以实现高机动性和长续航能力。作为机器海豚和水下滑翔机的结合，滑翔机器海豚不仅可以实现快速灵活的仿海豚游泳，还可以由于浮力驱动系统进行长距离滑行。主要贡献如下：
- 展示了四种新设计的滑翔机器海豚的系统开发，包括其概述和详细的机电方案，为滑翔水下机器人的未来应用提供了新的思路。
- 进行了广泛的计算流体动力学（CF