波浪滑翔机：又一个值得重视的神器

晨枫

在不久前“国家安全日”电视节目里，一艘神秘的无人艇引起人们的注意。这个无人艇不仅铺盖着太阳能电池板和安装着信息桅杆，还在艇底拖带着一个鱼雷一样的东西。这是新颖的波浪滑翔机。

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人类在大海上航行几千年了，几千年来，排水量船的基本原理没有大变，变的只是推进方式，从划桨、风帆到明轮、螺旋桨。但无人艇出现后，一些匪夷所思的新型推进原理出现了。水下滑翔机用间隙改变浮力的方式，在靠重力下沉中向前滑翔，赢得了很大的航程。波浪滑翔机利用波浪升沉的能量形成向后的推力，更是做到完全靠自然动力推进，航程只受机械寿命的限制。

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推进效率最高的是划桨，所有能量全部用在把水体向后推动、产生推力上了。但划桨动作的机械实现艰难，一般还是用螺旋桨。
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螺旋桨在转动中，不仅把水体带动旋转，还通过桨叶的斜面产生向后的分量，形成推力。同样的推进力也可以在斜面桨叶的直线运动中产生，比如说，摇橹。
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; U% H. _9 ]. t摇橹在左右划动中，斜面对着推进方向，通过来回翻转橹面，在每一次划动中都产生推力。波浪滑翔机是相似的原理，只是改成利用波浪的升沉运动牵拉而上下划动了。
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波浪滑翔机由两部分组成：水面体和潜航体，两者用拖带索相连，一般长度在8米左右，确保潜航体在波高浪急的时候依然稳定地在水下。水面体一般像滑水板一样扁平，但为了增加载荷容积和加强自翻正能力，也可采用V形船体。潜航体一般就是接近鱼雷的形状，不过两侧各有一排桨叶，好像百足虫一样。桨叶可以自由上下翻转，但在正负45度（或者差不多的位置）锁定，不能继续翻转了。

4 N0 X- u3 P" }+ ]当在波浪作用下上升时，桨叶后缘自然下垂，但到45度为止，然后就像摇橹一样，只是往上摇；当在波浪作用下沉时，潜航体靠重量自然下沉，桨叶后缘自然上翻，同样到45度为止，然后“橹”往下摇。周而复始，产生前进的推力。所以波浪滑翔机实际上与滑翔没有关系，叫波浪推进更加合理，但习惯上叫波浪滑翔机，就沿用这个称呼了。
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波浪滑翔机不怕风浪，风浪越大，速度越快。波浪滑翔机也有很大的力矩，可以拖带沉重的负荷，只是速度不快，通常在3节左右，但好在持之以恒，一段时间下来，也可以航行很远。2013年，美国Liquid Robotics的“本杰明·富兰克林”号波浪滑翔机在一年多一点点的时间里，从旧金山无动力远航到澳大利亚昆士兰的邦达堡，航程14703公里，创造了自主无人艇的世界远航纪录。
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1 Z$ |% ~1 X; Q4 S不过波浪滑翔机怕完全无风无浪的情况。海面平静似镜的时候，波浪滑翔机就彻底没有动力了。好在这样的天气一般阳光明媚，所以第二代波浪滑翔机在潜航体尾后增加电动螺旋桨，在无浪的晴天用太阳能电池板直接驱动。当然，无浪的晚上就是死鱼一条、动弹不了了。那就赏月吧。

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基本的波浪滑翔机的成本很低，但什么也干不了，需要搭载有效载荷才有用。作为海洋和水文调查，各种气候、温度、盐度、海流测量自然是少不了的。但波浪滑翔机也有明显的军用潜力。

作为侦察平台，波浪滑翔机可搭载主被动声纳、雷达接收机、通信接收机、红外光电摄像头等，当然还有卫星导航、卫星通信甚至一定的任务系统。波浪滑翔机可以在海上长航时巡逻，监听过往的船只、潜艇和飞机，并把搜集的信号片段加上卫星导航的精确时间、位置标签后发送回基地。平台上的天线不需要多复杂，让基地在汇总中建立三角定位就可以了。平台可以随时发送截收到的电磁和水声信号片段，也可以用猝发、压缩、伪随机码等方法降低被截获的概率。基地在汇总后可以建立全面、精确、及时的战区空中、海面、水下态势。这对防御制海和攻势制海都很重要。

作为作战平台，波浪滑翔机可以作为受控的自航飘雷使用，水下的潜航体可以是一枚鱼雷，或者一枚导弹，甚至是防空导弹。射程十几公里足够了，反正波浪滑翔机的视点低，看不远。水面体的信息桅杆正好搭载传感器，扫视周围海空，自动识别目标，自主攻击；或者接受基地指令，启动“进入射程就攻击”的模式。这样的飘雷可以用于反舰和反潜，适量释放就可以控制很大的海域。用于伏击低空飞机时，对反潜机、巡逻机、运输机、加油机是很大的威胁，不知道什么时候，海上就飞过来一枚导弹。
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波浪滑翔机具有低速的自航和定点巡逻能力，这比随波逐流的浮标更加适合战区监视，或者作为飘雷使用。波浪滑翔机的长航时、低特征、低成本、耐气候特性也适合在高危海区使用。这东西缺乏自卫甚至逃避能力，别说军舰、作战飞机，就是渔船装上机枪也能欺负。问题是，目标小，紧贴水面浮行，暗色调与海面浑然一体，不管是在水面还是空中，不到跟前很难发现。如果需要，可以加一个压载水舱，在感知威胁的时候，自动下潜到水下十几米的深度，一般就可以逃过搜索。过后再上浮，继续工作。实在被抓现行，成本也够低，损失了也就损失了。或者反其道而行之，夹杂一些主动攻击的飘雷，专打前来搜索的巡逻舰船，提高清扫成本。
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日本和澳大利亚对台海战争很“热心”，这样的长航时平台为他们量身订造，战时释放一批，与水下滑翔机运载的巡航导弹相结合，看他们还有多“热心”。
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中国在波浪滑翔机方面也很活跃，国家海洋技术中心的“海鲸”号已经试验成功，大量用于海洋水文调查。只要有需要，用作军用毫无困难。

- U* w0 m* z: K& ^1 d7 H另一方面，波浪滑翔机的原理也可以用于波浪发电。把套筒固定在浅海海底，潜航体做成套筒内的螺旋桨，套筒壁同时也是定子，螺旋桨为转子，桨叶本身在上行和下行中改变上翻下翻，这样就可以把波浪的升沉运动转化为固定方向的旋转运动，用来发电了。同样的原理可以横过来，用于岸边的潮汐发电，涨潮、落潮中潮水向岸边一进一出地波动，带动桨叶旋转，驱动发电机发电。


用于波浪发电，潜航体改成这样的推拉螺旋桨，只是要一头吊起，而不是现在这样安装
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$ X2 `3 e- S2 F环形螺旋桨的电机则是在筒状结构上
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. K$ j5 A  T0 Z  f+ Z- A与风电、光电相比，潮汐和波浪是更加可靠的能源，无浪日很少，无潮日则没有。过去因为技术问题，很难利用波浪能和潮汐能，波浪发电还有各种方案，比如在利用升沉运动直接切割浮筒内的磁力线发电，或者利用升沉驱动活塞将海水泵吸到高水位然后发电，但都有各种问题，潮汐能更难利用，波浪滑翔机的原理或许解决了这一难题。
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晨枫

东湖珞珈 发表于 2021-5-8 21:01
“推进效率最高的是划桨，所有能量全部用在把水体向后推动、产生推力上了”
3 N) R3 Z/ K0 N5 E这个不明白啊 。为啥这种方式效 ...

5 A' @6 I8 M. {明轮的推进效率确实高于螺旋桨。明轮的问题在于机械效率，本身太重，而且速度的天花板太低。

螺旋桨把大量的功都消耗在对水体产生旋转运动上了，转速越高，浪费越大。潜艇的大弯度、低转速螺旋桨在螺旋桨里是推进效率最高的，由于少作无用功，噪声也低，但制造太复杂，减速齿轮的消耗也太大。