[發(fā)明專利]水空兩棲航行器的仿生變形機(jī)翼及其入水控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610344964.7
• 申請(qǐng)日: 2016-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105922831B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張成春;吳正陽(yáng);張秀梅;岳永麗;劉燕;韓志武;任露泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60F5/02
• 分類號(hào): B60F5/02;B64C1/12;B64C1/30;B64C3/38;B64C3/40;B64C3/56;B64C9/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水空兩棲航行器機(jī)翼，尤其涉及一種跨水空航行器變形機(jī)翼及航行器入水過(guò)程中機(jī)翼的控制策略。

背景技術(shù)

水空兩棲航行器是介于空氣和水之間運(yùn)動(dòng)的新概念跨介質(zhì)航行器，既可以在空中飛行又可以在水下潛行的多功能一體化新型裝備。它能夠切換水空運(yùn)行模式躲避敵方的監(jiān)視，以非常規(guī)的方式實(shí)現(xiàn)隱身作戰(zhàn)。可用于執(zhí)行情報(bào)搜集、海上偵查、通信中繼、電子對(duì)抗、海洋反恐等軍事任務(wù)，也可用于海洋資源勘探、氣象測(cè)量、生態(tài)系統(tǒng)檢測(cè)等民用任務(wù)。

國(guó)內(nèi)外對(duì)水空兩棲航行器的研究主要還處在總體概念設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機(jī)驗(yàn)證階段，尚未有國(guó)家成功研制出真正意義上的跨介質(zhì)兩棲航行器。水空兩棲航行器的工作狀態(tài)一般包括四個(gè)過(guò)程：干飛，入水，水下航行及出水。目前針對(duì)水空兩棲航行器入水過(guò)程的控制策略大多采用降低飛行高度貼近水面飛行，然后通過(guò)改變浮力等各種方法緩慢潛入水下，因此航行器從空中完全進(jìn)入水下的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以，實(shí)現(xiàn)質(zhì)航行器快速高效的跨越不同介質(zhì)界面的新技術(shù)方案還有待提出。

翠鳥在我國(guó)廣泛分布，主要以捕食魚類為生，他能夠準(zhǔn)確定位到水中的魚蝦，迅速?gòu)目罩懈_入水，如火箭一樣平穩(wěn)的穿入水中，飛行速度可達(dá)100km/h，并能深入到水下三四十厘米的地方覓食。總結(jié)來(lái)說(shuō)，翠鳥在入水捕食過(guò)程中擁有以下特點(diǎn)：它可順應(yīng)周邊環(huán)境以不同的俯沖角度快速跨越氣液界面，通過(guò)改變飛行姿態(tài)及翼展變化在俯沖入水過(guò)程中獲得最佳水氣動(dòng)性能并保持飛行及入水穩(wěn)定性，同時(shí)其獨(dú)特的入水姿態(tài)及翼展形態(tài)變化極大的降低了入水時(shí)的阻力和沖擊力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水空兩棲航行器的仿生變形機(jī)翼及仿生變形機(jī)翼的入水控制方法。本發(fā)明能夠同時(shí)滿足跨介質(zhì)航行器常規(guī)的空中飛行及快速俯沖入水要求，并在保證航行器入水過(guò)程穩(wěn)定性的前提下最大程度的減少入水阻力及沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)航行器快速高效穩(wěn)定的跨越水空界面。

本發(fā)明受翠鳥入水捕食過(guò)程中翅翼變形方式和入水策略的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種新型的仿生變形機(jī)翼，并提供了一種入水控制方法。

本發(fā)明之水空兩棲航行器的仿生變形機(jī)翼包括初級(jí)機(jī)翼、次級(jí)機(jī)翼、初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)、次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)、可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、折疊蒙皮、機(jī)身及機(jī)身內(nèi)的控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，初級(jí)機(jī)翼前緣一端通過(guò)第二鉸鏈連接可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，初級(jí)機(jī)翼前緣另一端通過(guò)第一鉸鏈連接次級(jí)機(jī)翼，初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)一端固定在初級(jí)機(jī)翼內(nèi)，初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)另一端通過(guò)第二銷釘安裝在可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)表面滑道內(nèi)，次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)一端固定在初級(jí)機(jī)翼內(nèi)，次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)另一端通過(guò)第一銷釘安裝在次級(jí)機(jī)翼端面滑道內(nèi)，折疊蒙皮分別將初級(jí)機(jī)翼翼面和次級(jí)機(jī)翼翼面以及初級(jí)機(jī)翼翼面和機(jī)身縫合，其折疊蒙皮能隨著初級(jí)機(jī)翼和次級(jí)機(jī)翼的相對(duì)伸展和收縮而伸展和折疊，可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身內(nèi)并通過(guò)第二鉸鏈和初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)與初級(jí)機(jī)翼連接，可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為齒輪驅(qū)動(dòng)的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)或其他可實(shí)現(xiàn)此功能的機(jī)構(gòu)，通過(guò)定軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)整體機(jī)翼攻角的改變；機(jī)身內(nèi)的控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)、次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)和可控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作。

初級(jí)機(jī)翼及次級(jí)機(jī)翼選用小展弦比翼型，材料可選用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、玻璃鋼等高強(qiáng)度、高質(zhì)量比的材料，次級(jí)機(jī)翼翼展長(zhǎng)度大于或等于初級(jí)機(jī)翼翼展長(zhǎng)度，初級(jí)機(jī)翼根部端面與機(jī)翼前緣夾角A為45°～60°，初級(jí)機(jī)翼另一端面與機(jī)翼前緣的夾角B為70°～110°；次級(jí)機(jī)翼根部端面與機(jī)翼前緣夾角C為20°～60°；當(dāng)初級(jí)機(jī)翼和次級(jí)機(jī)翼前緣平齊時(shí)，初級(jí)機(jī)翼與次級(jí)機(jī)翼端面之間的夾角D為30°～60°。機(jī)身的兩側(cè)均布置初級(jí)機(jī)翼與次級(jí)機(jī)翼，兩側(cè)的初級(jí)機(jī)翼與次級(jí)機(jī)翼對(duì)稱設(shè)置。

所述的初級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)和次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)為液壓伸縮桿或電動(dòng)伸縮桿或鉸鏈連桿伸縮機(jī)構(gòu)，此實(shí)例中選用液壓伸縮桿。

所述的折疊蒙皮選用柔性橡膠折疊材料或其他材料。

伸展收縮原理：

次級(jí)機(jī)翼相對(duì)于初級(jí)機(jī)翼伸展收縮原理是：次級(jí)機(jī)翼端面開(kāi)有滑道，次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)一端固定在初級(jí)機(jī)翼內(nèi)，另一端通過(guò)第一銷釘安裝在次級(jí)機(jī)翼端面滑道內(nèi)，當(dāng)次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)伸長(zhǎng)或收縮時(shí)，次級(jí)可控伸縮機(jī)構(gòu)一端的第一銷釘相對(duì)次級(jí)機(jī)翼端面滑道作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)次級(jí)機(jī)翼繞前緣第一鉸鏈相對(duì)于初級(jí)機(jī)翼轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)次級(jí)機(jī)翼的伸展和收縮；初級(jí)機(jī)翼相對(duì)于機(jī)身軸線伸展收縮原理同次級(jí)機(jī)翼相對(duì)于初級(jí)機(jī)翼伸展收縮原理。

仿生變形機(jī)翼的入水控制方法：