水下偵察滑翔機與聲紋辨識模組

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1. 1

   俯仰電池滑台

   怎麼動

   前後直線移動

   行程／範圍

   ±35 mm

   做什麼

   移動重心，控制抬頭與低頭

   誰帶動它

   小馬達 → 導螺桿 → 螺帽帶動滑座；馬達編碼器計位置、兩端限位開關

2. 2

   浮力引擎活塞

   怎麼動

   前後直線往復

   行程／範圍

   行程 76 mm

   做什麼

   吸水、推水改變浮力；在機頭，也順便帶動俯仰

   誰帶動它

   減速馬達 → 正齒輪 → 滾珠螺桿

3. 3

   方向舵

   怎麼動

   繞舵軸左右擺動

   行程／範圍

   偏角依伺服機選型

   做什麼

   控制航向（左轉、右轉）

   誰帶動它

   油浸壓力補償伺服機直接驅動舵軸

實際動起來

載入動作畫格…

1. 01俯仰電池前後移動 ±35 mm（電源線的 U 形彎頭跟著走一半）
2. 02浮力活塞前後往復（行程 76 mm）
3. 03方向舵左右擺動（示意 ±20°）

播放

1. 01

   電源線

   電池頂面出線：Ø7 mm 高撓曲矽膠線（2 芯電源＋電池管理通訊），在電池上方繞成水平 U 形迴圈，彎曲半徑 20 mm（約 6 倍線徑）。

2. 02

   為什麼不會拉斷

   一腳用線夾固定在電池上、跟著走；另一腳夾在固定的線槽上。電池前後走 ±35 mm 時，U 形的彎頭只走一半（±17.5 mm），電纜是滾動，不是被拉或被折。

3. 03

   接頭與保險

   固定端有可拆接頭（拆電池不用剪線），後面串一顆保險絲；主幹線沿艙頂穿過酬載艙段，接到後艙電源板。

4. 04

   誰在推它

   滑台底下的小馬達轉導螺桿，螺帽帶著滑座和電池前後走；馬達尾端的編碼器數圈數，換算成電池位置。

5. 05

   怎麼知道走到底

   滑台右舷掛一片遮光片，兩端各一個光遮斷開關。開機先走到前開關歸零；走到 ±32 mm 開關就觸發、馬達停，不會撞上機械端（±35 mm）。

1. 01

   484 cm³ 怎麼來

   活塞面積 π × 45² ≈ 6,362 mm²，乘上行程 76 mm ≈ 484 cm³，大約一個馬克杯。

2. 02

   ±2.4 N 是什麼

   484 cm³ 海水重約 0.50 kg（4.9 N）。配重讓活塞在行程中間時剛好中性浮力，所以往內收半行程重 2.4 N、往外推半行程輕 2.4 N，只占整機排水量 65.8 L 的 ±0.37%。這 2.4 N 推出約 18° 滑翔角、水平 0.26 m/s；150 m 剖面一趟約 1.1 小時、前進約 0.9 km。

3. 03

   為什麼用滾動膜片

   缸裡一邊是海水、一邊是乾艙。O 環會在缸壁上滑動摩擦，66 天約 1,440 趟會磨耗、卡滯、滲水。滾動膜片是一片夾布橡膠膜，外緣夾在缸口、內緣貼著活塞，活塞移動時沿缸壁翻捲而不滑動，幾乎沒有摩擦。海水壓力永遠大於艙內，膜片一直被壓貼在活塞上；水壓的力由活塞、螺桿與端蓋承受，膜片只負責密封。

4. 04

   為什麼要滾珠螺桿＋減速

   活塞要頂著水壓外推：150 m 約 1.5 MPa、受力約 9.6 kN；200 m 設計目標深度約 2.0 MPa、約 12.8 kN（將近 1.3 噸）。減速馬達經一對正齒輪轉動滾珠螺桿，螺帽在活塞裡，把旋轉變成大推力的直線運動。

5. 05

   耗多少電

   在 150 m 推出全行程做功約 1.5 MPa × 484 cm³ ≈ 729 J；以效率 0.45 估算耗電約 1,621 J（0.45 Wh），15 W 驅動約 2 分鐘，約占每趟總耗能的 17%，其餘主要是感測與錄音的常駐耗電。

6. 06

   順便幫忙俯仰

   浮力缸在機頭、離浮心約 825 mm：吸水下潛時機頭變重自然低頭，推水上浮時抬頭，方向剛好一致；單靠它靜態約 ±19°，再用移動電池微調。

7. 07

   為什麼 G2、G3 不用

   活塞受力跟深度成正比：G2 目標 1000 m，同樣的活塞要承受約 64 kN，螺桿與端蓋會很笨重，所以深水款改用高壓油泵把油打進外油囊。活塞式適合淺水：簡單、效率高、便宜。

8. 08

   待驗證

   近岸海水密度可能在 1.020–1.028 kg/L 之間變動，浮力差可達約 0.53 kg，超過 ±0.25 kg 的調整量，所以換海域要量密度、重調配重；效率 0.45 是假設值，螺桿、齒輪、馬達在 2 MPa 負載下的效率與耗電要台架實測；膜片型號的耐壓、耐海水、彎曲壽命與間隙要照膜片廠規格確認。

1. 01

   往前的力從哪來

   淨浮力 2.4 N 沿 18° 航跡分解：往前的分量 2.4 × sin 18° ≈ 0.75 N，剛好抵消阻力；其餘 2.3 N 由翅膀的升力撐住。速度約 0.27 m/s，等效推進功率只有約 0.2 W。能量來自電池：在剖面底推水花掉的約 1,621 J，就像把滑翔翼拖上山頂。

2. 02

   翅膀上下兩趟都能用

   翼型上下對稱。下潛時機頭朝下約 12°、航跡 18°，攻角約 +5.7°；上浮時機頭朝上，攻角變成 −5.7°，升力方向跟著反過來，一樣把浮力轉成往前的速度。

3. 03

   俯仰：移動電池

   12.9 kg 的俯仰電池在導螺桿滑台上前後移 ±35 mm，約可產生 ±37° 的俯仰；機頭的浮力缸吸水時機頭變重、推水時變輕，再加約 ±19°。主控依姿態感測器持續微調電池位置，把航跡角維持在設定值。

4. 04

   橫滾：被動穩定

   重心比浮心低約 8.9 mm，像不倒翁一樣，傾斜了會自己擺回來，不需要主動控制橫滾。

5. 05

   航向：方向舵

   天線尾翼後面的方向舵由油浸壓力補償伺服機直接驅動；水流過舵面，舵一偏機尾就被推向一側、機頭轉向，原理跟船舵一樣，只要在滑翔就能轉。航向參考來自含磁力計的姿態航向感測器，裝在後艙最後端、離會移動的電池約 1 m，減少磁干擾。

6. 06

   方位：水下推算＋浮出校正

   水下收不到 GNSS，用航向、深度變化與估計速度推算位置；約每 3.3 小時（前進約 2.8 km）浮出一次，GNSS 定位、衛星回傳並接收新航點。推算與實際位置的差距多半是海流，估出深度平均海流後把機頭斜向上游抵銷（右圖虛線就是被海流帶偏的實際航跡）。航向誤差 1° 約偏 48 m；0.10 m/s 海流不修正約偏 1,194 m，估出海流後殘差約 239 m。

7. 07

   弱點

   水平速度約 0.26 m/s，海流比這個快就只能被帶著走；也不能停在原地或定高航行——要做到這些得有推進器（見 G3）。

工作模式

G1 沒有推進器，所以只做浮力驅動的剖面滑翔；需要先證明能力的模式一律先停用。

控制架構

兩次浮出定位之間，最多能連續下潛幾趟

壓力計若慢慢漂移，機體會比它以為的更深。規劃器從「最後一次定位到觸底」的時間算出深度裕量，只准入不會超過 200 m 設計深度、也不會太貼近海底的趟數。下表為垂直海流 0.005 m/s 的例子。

數字是合成模型下的條件建議；垂直海流 0.005 m/s 是示例值，不是量測值。