近日，上海交通大学海洋学院副研究员魏照宇联合兄弟单位成功设计和试飞了一种基于升力原理的新型潜航型固定翼海空跨域飞行器，中文名为“龙虱—Δ”。相关成果以“Lifting-principle-based design and implementation of fixed-wing unmanned aerial-underwater vehicle”为题，发表在机器人领域国际顶级期刊Journal of Field Robotics上，魏照宇副研究员为第一作者/通讯作者。

        部分传统海洋航行器为了便于操控和承受海水压力，配置了浮力调节系统和笨重的外壳结构，从而能够在水中处于中性浮力状态。而固定翼飞行器需要轻便灵巧的结构，以快速飞行克服重力和失速速度，因此需要尽可能地减小重量。该论文结合空中固定翼飞行器和具有操纵舵面海洋航行器的特点，提出了一种基于升力原理的新型固定翼海空跨域飞行器构型，使其具备了空中高速飞行、水下航行，以及快速机动跨越水气界面的能力。飞行器的升力面内部填充了轻质耐压材料，在几乎不增加飞行器重量的基础上耐压可达0.5Mpa (相当于50米水深) 。

        该飞行器采用了类似空中飞行器的静稳定性原理来同时满足空域飞行和水域航行的俯仰稳定性要求 (如图2所示)，在空域时以升力克服重力飞行，在水域时以向下的升力克服净浮力航行。“龙虱—Δ”在净浮力占自身总重50%的状态下可灵活机动地完成空域高速飞行、水域快速下潜。此外，前拉对转螺旋桨的使用，使得飞行器低速出水瞬间产生的螺旋桨滑流仍能产生相对可观的升力，最终在净浮力、螺旋桨动力和惯性的驱动下灵活出水，实现水域航行到空域飞行的连续不间断快速过渡，有望在未来克服恶劣海况环境下的低速出水生存难题。目前，在湖试过程中该飞行器已经完成了几十次的成功出水，其中连续出水和入水达到4次以上。图3所示为飞行器以不同的俯仰角和侧向倾斜角出水的照片。目前该飞行器在试验过程中成功出水时的最低俯仰角仅为30°左右，在较低的俯仰角下飞行器出水后可快速的转换到空域高速飞行器状态，证明该飞行器优越的出水性能。

        值得说明的是，项目团队提出的这一构型更加接近无人机，在水域航行阻力较大，非常适合空域长时间高速飞行与水域短距离航行快速探测的应用场景 (如图4所示)。飞行器在空域测试的最大飞行速度超过150km/h。当某个海域发生沉船海难事故，救援船可将搭载的跨域飞行器释放，该飞行器可通过空域高速飞行快速到达事故现场，首先从空域范围对海面环境进行快速评估，之后潜入水中，通过携带的声呐对沉船状况以及涉事海域的环境信息进行探测和评估。飞出水面后，通过无线电数据链将关键信息回传给搜救船，以便搜救船进行及时决策，制定救援计划。

        魏照宇副研究员，2007和2012年分别获得西北工业大学航海学院环境科学学士和兵器科学与技术专业博士学位。2010-2011年于日本九州大学应用力学研究所联合培养，2013至2016年在新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院担任研究职员，2016年起任上海交大副研究员。研究方向为海空跨域飞行器、海洋观测平台、大负载无人机海洋应用、低雷诺数空气动力学、高速物体出入水动力学与被动声呐检测等。入职上海交大以来承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、上海市社发项目、基础研究计划、科技委创新项目、工程重大专项项目等。以第一作者或通讯作者在Journal of Field Robotics、AIAA Journal、Physics of Fluids、Experiments in Fluids、Ocean Engineering等机器人、航空、流体力学和海洋领域权威期刊上发表论文多篇。