波浪滑翔機:又一個值得重視的神器_風聞
晨枫-军事撰稿人-古今多少事,都付笑谈中2021-05-11 00:58
在不久前“國家安全日”電視節目裏,一艘神秘的無人艇引起人們的注意。這個無人艇不僅鋪蓋着太陽能電池板和安裝着信息桅杆,還在艇底拖帶着一個魚雷一樣的東西。這是新穎的波浪滑翔機。




人類在大海上航行幾千年了,幾千年來,排水量船的基本原理沒有大變,變的只是推進方式,從划槳、風帆到明輪、螺旋槳。但無人艇出現後,一些匪夷所思的新型推進原理出現了。水下滑翔機用間隙改變浮力的方式,在靠重力下沉中向前滑翔,贏得了很大的航程。波浪滑翔機利用波浪升沉的能量形成向後的推力,更是做到完全靠自然動力推進,航程只受機械壽命的限制。

推進效率最高的是划槳,所有能量全部用在把水體向後推動、產生推力上了。但划槳動作的機械實現艱難,一般還是用螺旋槳。

螺旋槳在轉動中,不僅把水體帶動旋轉,還通過槳葉的斜面產生向後的分量,形成推力。同樣的推進力也可以在斜面槳葉的直線運動中產生,比如説,搖櫓。

搖櫓在左右划動中,斜面對着推進方向,通過來回翻轉櫓面,在每一次划動中都產生推力。波浪滑翔機是相似的原理,只是改成利用波浪的升沉運動牽拉而上下划動了。

波浪滑翔機由兩部分組成:水面體和潛航體,兩者用拖帶索相連,一般長度在8米左右,確保潛航體在波高浪急的時候依然穩定地在水下。水面體一般像滑水板一樣扁平,但為了增加載荷容積和加強自翻正能力,也可採用V形船體。潛航體一般就是接近魚雷的形狀,不過兩側各有一排槳葉,好像百足蟲一樣。槳葉可以自由上下翻轉,但在正負45度(或者差不多的位置)鎖定,不能繼續翻轉了。
當在波浪作用下上升時,槳葉後緣自然下垂,但到45度為止,然後就像搖櫓一樣,只是往上搖;當在波浪作用下沉時,潛航體靠重量自然下沉,槳葉後緣自然上翻,同樣到45度為止,然後“櫓”往下搖。週而復始,產生前進的推力。所以波浪滑翔機實際上與滑翔沒有關係,叫波浪推進更加合理,但習慣上叫波浪滑翔機,就沿用這個稱呼了。
波浪滑翔機不怕風浪,風浪越大,速度越快。波浪滑翔機也有很大的力矩,可以拖帶沉重的負荷,只是速度不快,通常在3節左右,但好在持之以恆,一段時間下來,也可以航行很遠。2013年,美國Liquid Robotics的“本傑明·富蘭克林”號波浪滑翔機在一年多一點點的時間裏,從舊金山無動力遠航到澳大利亞昆士蘭的邦達堡,航程14703公里,創造了自主無人艇的世界遠航紀錄。
不過波浪滑翔機怕完全無風無浪的情況。海面平靜似鏡的時候,波浪滑翔機就徹底沒有動力了。好在這樣的天氣一般陽光明媚,所以第二代波浪滑翔機在潛航體尾後增加電動螺旋槳,在無浪的晴天用太陽能電池板直接驅動。當然,無浪的晚上就是死魚一條、動彈不了了。那就賞月吧。

基本的波浪滑翔機的成本很低,但什麼也幹不了,需要搭載有效載荷才有用。作為海洋和水文調查,各種氣候、温度、鹽度、海流測量自然是少不了的。但波浪滑翔機也有明顯的軍用潛力。
作為偵察平台,波浪滑翔機可搭載主被動聲納、雷達接收機、通信接收機、紅外光電攝像頭等,當然還有衞星導航、衞星通信甚至一定的任務系統。波浪滑翔機可以在海上長航時巡邏,監聽過往的船隻、潛艇和飛機,並把蒐集的信號片段加上衞星導航的精確時間、位置標籤後發送回基地。平台上的天線不需要多複雜,讓基地在彙總中建立三角定位就可以了。平台可以隨時發送截收到的電磁和水聲信號片段,也可以用猝發、壓縮、偽隨機碼等方法降低被截獲的概率。基地在彙總後可以建立全面、精確、及時的戰區空中、海面、水下態勢。這對防禦制海和攻勢制海都很重要。
作為作戰平台,波浪滑翔機可以作為受控的自航飄雷使用,水下的潛航體可以是一枚魚雷,或者一枚導彈,甚至是防空導彈。射程十幾公里足夠了,反正波浪滑翔機的視點低,看不遠。水面體的信息桅杆正好搭載傳感器,掃視周圍海空,自動識別目標,自主攻擊;或者接受基地指令,啓動“進入射程就攻擊”的模式。這樣的飄雷可以用於反艦和反潛,適量釋放就可以控制很大的海域。用於伏擊低空飛機時,對反潛機、巡邏機、運輸機、加油機是很大的威脅,不知道什麼時候,海上就飛過來一枚導彈。
波浪滑翔機具有低速的自航和定點巡邏能力,這比隨波逐流的浮標更加適合戰區監視,或者作為飄雷使用。波浪滑翔機的長航時、低特徵、低成本、耐氣候特性也適合在高危海區使用。這東西缺乏自衞甚至逃避能力,別説軍艦、作戰飛機,就是漁船裝上機槍也能欺負。問題是,目標小,緊貼水面浮行,暗色調與海面渾然一體,不管是在水面還是空中,不到跟前很難發現。如果需要,可以加一個壓載水艙,在感知威脅的時候,自動下潛到水下十幾米的深度,一般就可以逃過搜索。過後再上浮,繼續工作。實在被抓現行,成本也夠低,損失了也就損失了。或者反其道而行之,夾雜一些主動攻擊的飄雷,專打前來搜索的巡邏艦船,提高清掃成本。
日本和澳大利亞對台海戰爭很“熱心”,這樣的長航時平台為他們量身訂造,戰時釋放一批,與水下滑翔機運載的巡航導彈相結合,看他們還有多“熱心”。



中國在波浪滑翔機方面也很活躍,國家海洋技術中心的“海鯨”號已經試驗成功,大量用于海洋水文調查。只要有需要,用作軍用毫無困難。
另一方面,波浪滑翔機的原理也可以用於波浪發電。把套筒固定在淺海海底,潛航體做成套筒內的螺旋槳,套筒壁同時也是定子,螺旋槳為轉子,槳葉本身在上行和下行中改變上翻下翻,這樣就可以把波浪的升沉運動轉化為固定方向的旋轉運動,用來發電了。同樣的原理可以橫過來,用於岸邊的潮汐發電,漲潮、落潮中潮水向岸邊一進一出地波動,帶動槳葉旋轉,驅動發電機發電。

用於波浪發電,潛航體改成這樣的推拉螺旋槳,只是要一頭吊起,而不是現在這樣安裝

環形螺旋槳的電機則是在筒狀結構上
與風電、光電相比,潮汐和波浪是更加可靠的能源,無浪日很少,無潮日則沒有。過去因為技術問題,很難利用波浪能和潮汐能,波浪發電還有各種方案,比如在利用升沉運動直接切割浮筒內的磁力線發電,或者利用升沉驅動活塞將海水泵吸到高水位然後發電,但都有各種問題,潮汐能更難利用,波浪滑翔機的原理或許解決了這一難題。