[發(fā)明專(zhuān)利]一種可變形復(fù)合翼跨介質(zhì)飛行潛水航行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011477553.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112758314B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付國(guó)強(qiáng);李煜民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B64C27/22
• 分類(lèi)號(hào): B64C27/22;B64C27/52;B64C33/02;B64C35/00;B63C11/52;B63B35/00
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發(fā)明為一種可變形復(fù)合翼跨介質(zhì)飛行潛水航行器，包括機(jī)身、兩組可變形撲翼機(jī)構(gòu)、兩組可傾轉(zhuǎn)多旋翼機(jī)構(gòu)、骨架、尾翼和兩組水面漂浮裝置；機(jī)身包括機(jī)架和兩個(gè)機(jī)架連接件；機(jī)架包括縱梁和橫梁，縱梁的前部和后部均設(shè)有開(kāi)口；兩個(gè)機(jī)架連接件分別安裝在橫梁的左右兩端，尾翼安裝在縱梁的后端，兩組水面漂浮裝置分別安裝在兩個(gè)機(jī)架連接件的中部；兩組可傾轉(zhuǎn)多旋翼機(jī)構(gòu)安裝在兩個(gè)機(jī)架連接件之間，兩組可變形撲翼機(jī)構(gòu)分別安裝在兩個(gè)機(jī)架連接件的外側(cè)中部；骨架包括前端骨架、連接骨架、后端骨架和環(huán)形骨架；前端骨架與環(huán)形骨架的前端連接，環(huán)形骨架的后端與后端骨架連接，兩個(gè)機(jī)架連接件的兩端分別與前端骨架和后端骨架連接，機(jī)身位于環(huán)形骨架內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人和飛行潛水航行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可變形復(fù)合翼跨介質(zhì)飛行潛水航行器。

背景技術(shù)

隨著人類(lèi)對(duì)自然空間的不斷探索，船舶和航空技術(shù)在各自的領(lǐng)域里都取得了巨大進(jìn)步。其中，飛行器因其速度快、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用，但是也存在續(xù)航力較短、隱蔽性較差等缺陷，而這些缺陷恰好可以由潛航器彌補(bǔ)，潛空兩棲航行器的概念因此被提出。潛空兩棲航行器是一種既可以在水下潛行又可以在空中飛行的航行器，不僅擴(kuò)展了航行的空間范圍，還結(jié)合了飛行器和潛航器兩種航行器的優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)初期以來(lái)，潛空兩棲航行器已成為包括娛樂(lè)、探險(xiǎn)、搜索與救援以及軍事在內(nèi)的廣泛應(yīng)用的熱門(mén)話(huà)題，從而產(chǎn)生了無(wú)數(shù)的概念和變體。然而，由于水環(huán)境和空氣環(huán)境之間的顯著差異，航行器要同時(shí)滿(mǎn)足兩種介質(zhì)的要求并不是一件容易的事。自1934年提出潛空兩棲跨介質(zhì)飛機(jī)的概念以來(lái)，美國(guó)等一些國(guó)家提出了許多載人飛機(jī)設(shè)計(jì)方案，但最終都沒(méi)有真正地實(shí)現(xiàn)潛空兩棲航行。后來(lái)，科學(xué)家們開(kāi)始重視無(wú)人系統(tǒng)的研發(fā)，與有人航行器相比，這種系統(tǒng)的復(fù)雜度和技術(shù)難度有所降低，由此取得了可觀的成果。

2015年7月，波音公司宣布了一種可以浸沒(méi)在水下的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)。無(wú)人機(jī)由一架主飛機(jī)運(yùn)輸?shù)讲渴饏^(qū)域，然后通過(guò)遠(yuǎn)程控制將無(wú)人機(jī)從主飛機(jī)上釋放。在空中模式下，無(wú)人機(jī)配備2個(gè)機(jī)翼、穩(wěn)定器和2套同軸螺旋槳葉片；機(jī)翼、穩(wěn)定器和機(jī)身相連。當(dāng)機(jī)身進(jìn)入水中時(shí)，機(jī)翼和螺旋槳通過(guò)爆炸螺栓和水溶膠與機(jī)身分開(kāi)，從而減輕重量并優(yōu)化水動(dòng)力特性，隨后，無(wú)人機(jī)展開(kāi)新的操縱面和螺旋槳。水下任務(wù)完成后，它會(huì)浮出水面并將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給其他飛機(jī)或指揮中心。該無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)空中和水下的可控航行，但每次任務(wù)中只能實(shí)現(xiàn)單次水空跨越，不可重復(fù)使用。

2017年，廖保全等提出了折疊翼的方案。該設(shè)計(jì)通過(guò)改變外形來(lái)實(shí)現(xiàn)航行器的水空介質(zhì)跨越：在水下航行時(shí)，采用類(lèi)似魚(yú)雷的外形；在空中飛行時(shí)，采用類(lèi)似反艦巡航導(dǎo)彈的外形。水下航行時(shí)，航行器在較小的仰角范圍內(nèi)通過(guò)收縮機(jī)翼來(lái)減小阻力；空中飛行時(shí)，通過(guò)展開(kāi)機(jī)翼來(lái)增大升力。對(duì)2種外形的氣動(dòng)/水動(dòng)特性進(jìn)行的CFD仿真表明，通過(guò)改變外形，航行器能夠同時(shí)滿(mǎn)足水下航行和空中飛行的要求。但此設(shè)計(jì)方案并未實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。

2012年，國(guó)內(nèi)學(xué)者王海晏等提出了一種水空兩用垂直跨越航行器設(shè)計(jì)方案，有空中與水下2套動(dòng)力裝置。航行器設(shè)計(jì)密度大于水，入水時(shí)首先逐步降低空氣動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速，減少對(duì)航行器的撞擊損害；在觸水后關(guān)閉空氣動(dòng)力裝置，依靠航行器自身重力沒(méi)入水中，接著再啟動(dòng)水下螺旋槳進(jìn)入潛航狀態(tài)。航行器出水時(shí)，采用2層動(dòng)力接力推進(jìn)出水，具備多次界面跨越能力和在多個(gè)介質(zhì)中的持續(xù)航行能力，不需要輔助設(shè)備并且可以重復(fù)使用，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。這種分層設(shè)計(jì)使得航行器在水空介質(zhì)跨越過(guò)程中，至少有一種動(dòng)力裝置單獨(dú)作用在空氣或水中，避免了動(dòng)力系統(tǒng)在水空兩相環(huán)境下工作，防止水空混合環(huán)境對(duì)槳葉造成較大的損壞。

2017年，胡志強(qiáng)等提出了一種水空兩用推進(jìn)裝置設(shè)計(jì)方案，其中主體兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)有附體，主體和附體通過(guò)前翼和后翼相連接，垂直穩(wěn)定翼位于主體上方后部，前翼和后翼上均設(shè)有一可翻轉(zhuǎn)的水空兩用推進(jìn)裝置。此方案結(jié)合了負(fù)升力水翼型和多旋翼兩種結(jié)構(gòu)，具有較高的啟發(fā)性。