近日，上海交通大学海洋学院曾铮副研究员和连琏教授共同指导的硕士生吕晨昕在Journal of Field Robotics在线发表题为“Toward a Gliding Hybrid Aerial Underwater Vehicle: Design, Fabrication, and Experiments”的文章。吕晨昕为第一作者，上海交通大学海洋学院为第一单位。该论文展示了一种新型的海空跨域无人航行器—“哪吒III（垂起固定翼式）”的原理分析、设计标准以及样机研制与试验工作。该项研究得到上海市“科技创新行动计划”社会发展科技攻关项目（20dz1206600）和上海市自然科学基金（20ZR1424800）资助。
多模式海空跨域航行器全任务流程概念图
浮力姿态耦合调节系统原理示意图
水空两用机翼设计约束分析图
新概念海空跨域无人航行器是一种可以穿越航行于空中、水面和水下的高机动性跨介质运载平台。海洋学院海洋技术团队首次将水下滑翔机的设计理念与无人机的设计思想进行了有机融合，创新性地提出一种具备垂直起降与悬停、水平飞行与水下滑翔功能的多模式海空跨域无人航行器—“哪吒”系列。新研制的“哪吒III（垂起固定翼式）”跨域航行器具备25米级水下航行、24小时水下静音潜航及良好的空中运动与跨介质能力，是当前国内外公开发布的跨域航行器中水下续航最久的一款海空跨域航行器。“哪吒”系列海空跨域航行器将突破当前自主水下观测系统和无人机在海洋观测采样应用中的局限，广泛适用于海洋科学、工程与军事中要对特定海区同时进行空中、水面和水下的探测应用需求，将显著提升我国海空立体监测能力和水平。
“哪吒III（垂起固定翼式）”在千岛湖进行试验
千岛湖某水域温度剖面观测数据
“哪吒III（垂起固定翼式）”水下航向调整轨迹
课题组近年来已先后迭代研发出多型“哪吒”样机。“哪吒III（垂起固定翼式）”采用全新“飞-滑融合”设计理念：为解决空中飞行性能与水下大深度耐压防水结构重量的矛盾，采用了全新的浮力姿态耦合调节系统；为平衡水下潜航性能与空中运动能力，采用了独特的海空两用机翼设计方法。
文章还详细报告了该样机的湖试试验结果，“哪吒III（垂起固定翼式）” 飞-滑融合的创新设计方案得到了验证，实现了最大25m深度的下潜，并采集了温深数据。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/rob.22063