[發明專利]一種兩棲式跨介質飛行器及其跨介質控制方法

在審

• 申請號: 202110657265.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113183700A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉曉徽;趙雪嬌
• 申請（專利權）人: 北京雙棲科技有限公司
• 主分類號: B60F5/02
• 分類號: B60F5/02;B64C27/08;B64C27/12;B64D27/24
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉天虹

本發明公開了一種兩棲式跨介質飛行器及其跨介質控制方法，整機采用多旋翼結構，旋翼的數量N為4以上的偶數，動力系統包括n*N個動力單元，各旋翼上均安裝n個動力單元，動力單元包括螺旋槳和用于驅動螺旋槳的電機，動力系統中各電機的總功率P不小于三倍整機懸停功率，總推力不小于1.5倍整機自重；跨介質飛行器的水平尺寸t遠大于或遠小于待進出水域波浪的波長，整機密度大于待進入水域的水密度。本發明提供的兩棲式跨介質飛行器，采用多旋翼結構，有效提高對兩種工作環境的兼容性，能夠快速入水，通過尺寸設計和動力系統功率設計，共同解決水面波動對穩定出水造成的嚴重影響，出水速度可縮短至1s內，出水可靠性可達99.8％以上。

技術領域

本申請屬于無人機技術領域，具體涉及一種兩棲式跨介質飛行器及其跨介質控制方法。

背景技術

兩棲式跨介質飛行器將空中飛行器、水面航行器和水下潛航器三種無人工作系統集成一體，在單一平臺上就可以同時具備空中飛行、水面航行和水下潛航三種功能。該平臺不僅機動靈活，也能更好地適應各種環境條件，具有一定通用性和隱蔽性。

兩棲式跨介質飛行器突破了傳統單一介質無人系統平臺的局限性，它既有水面飛行器的飛行特點，又有水下航行器的潛行特點，因而具備極佳的環境適應性。同時也能夠有效利用各種探測設備的盲區，快速、隱蔽地突破目標防御系統，高效便捷地執行遠程偵察、打擊等任務。

兩棲式跨介質飛行器一直以來都是人類熱衷研究的新型飛行器。以往的研究和設計制作通常圍繞固定翼外形的飛行器而展開，水和空氣兩種介質環境的差異給此類設計帶來了巨大挑戰。數百倍的密度差使得固定翼外形的兩棲式跨介質飛行器難以應對復雜的升力、阻力、浮力。同時，飛行器跨介質瞬間，由興波阻力和地面效應等因素帶來的控制問題也一直沒有得到徹底解決。

目前的固定翼兩棲式跨介質飛行器為了克服水和空氣兩種介質環境的差異所帶來的技術問題，采用變體結構固定翼，例如英國布里斯托大學開發的“仿生撲翼”跨介質飛機和美國MIT機械工程系開發的“仿生飛魚”飛行器等。或者為了適應水下環境而增添附加系統，例如北京航空航天大學研制了一款仿生鰹鳥的跨介質飛機，該平臺設計了兩套不同的推進系統來兼容水空兩種介質，起降時均采用氣囊協助實現姿態調控。

綜述以上，在國內外的各個科研機構，現有的成果都不能成熟可靠地實現跨介質飛行。有的不能實現自主跨介質，只能在單一介質環境下航行；有的為實現跨介質飛行而采用了變體結構設及，增加了復雜度。因此，目前的研究成果均不能在短時間內批量生產并投入營運。而隨著信息不斷發展，目標用戶的任務需求越來越復雜，無人飛行器平臺所承擔的任務也就越來越艱巨。因此，市場對于這種多功能飛行器需求也會更加強烈。

至此，開發出一款成熟可靠、多功能性、能真正實現跨介質飛行的兩棲式無人飛行器就十分必要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種兩棲式跨介質飛行器及其跨介質控制方法，采用多旋翼結構，規避固定翼布局的固有矛盾，有效提高了跨介質飛行器對兩種工作環境的兼容性，能夠快速入水出水，且出水姿態穩定。

實現本發明目的所采用的技術方案為，一種兩棲式跨介質飛行器，所述跨介質飛行器為多旋翼結構，所述旋翼的數量N為偶數，且N≥4；所述跨介質飛行器的動力系統包括n*N個動力單元，n為正整數，各所述旋翼上均安裝n個所述動力單元，所述動力單元包括螺旋槳和用于驅動螺旋槳的電機，所述動力系統中各電機的總功率P≥3P1、總推力F≥1.5G，其中P1為所述跨介質飛行器在懸停狀態下所需的動力系統中各電機的總功率，G為所述跨介質飛行器的重力；所述跨介質飛行器的水平尺寸t與待進出水域的波浪的波長λ滿足：t≥4λ或t≤0.25λ；所述跨介質飛行器的整體密度大于ρ0，ρ0為待進入水域的水密度。