[发明专利]一种仿旗鱼可变构型跨介质飞行器

说明书

技术领域

    本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种仿生变形跨介质飞行器。

背景技术

 目前，跨介质新概念飞行器是由飞行器、水下航行器等多专业集成设计的，既可在空中飞行，又可在近水面飞行，还能在水下潜行的多功能一体化新型装备。该飞行器的工作模式可分为空中飞行模式、近水面飞行模式、出入水面模式和水下潜行模式，可根据任务需求在各种工作模式之间进行转换。

跨介质有人飞行器能利用各种探测设备的盲区，切换海空运行模式来躲避敌方的监视，以非常规的方式实现“隐身”作战，可用于执行海上侦察、打击、特种兵力投送等任务。跨介质无人飞行器可与潜艇、水面舰艇等装备配套，用于执行跨海空的情报搜集、侦查监视、通信中继、电子对抗等任务。鉴于跨介质飞行器具有重要的军事价值和广阔的应用前景，国内外各主要军事强国一直在从事该类新型装备的开发，并取得了一系列的研究成果^[1-9]。但由于跨介质飞行器核心技术覆盖的专业领域广、技术难度大，尤其涉及到水下航行的设计部分，与航空器设计存在很大的区别，主要体现在布局、结构、动力、控制和水密封设计等方面，目前国内外在该领域的研究基本上都还处于总体概念设计、关键技术攻关和样机验证阶段，尚未有国家成功研制出具有工程实用价值的产品。

发明内容

本发明的目的就是针对尚未有国家成功研制出具有工程实用价值的跨介质飞行器产品，而提供一种仿旗鱼可变构型跨介质飞行器方案。

本发明包括包括机身、一对可变角度水翼、一对自适应可倾转螺旋桨、一对鳞形整流罩、一对球形多自由度联结转向器、X形尾翼和水下推进螺旋桨，机身模仿旗鱼的流线型外形，机身头部设有头部尖锥来分开水流，一对可变角度水翼分别安装在机身前部两侧，通过调节一对可变角度水翼的正负攻角来控制飞行器在水中下潜或上浮，一对鳞形整流罩分别安装在机身中部两侧，一对自适应可倾转螺旋桨分别通过一对球形多自由度联结转向器安装在一对鳞形整流罩上，X形尾翼安装在机身中后段，水下推进螺旋桨安装在机身尾部。

本发明的优点：本发明是将飞行器与潜航器原理结合起来，同时引入仿生学设计理念提出的全新概念的跨介质飞行器。本发明提出的仿旗鱼倾转旋翼跨介质飞行器在气水动布局、可变构型轻质耐压结构、动力推进系统、多模式控制和水密封设计等技术方面取得了较大突破，能较好地实现水空过程的模式转换和运行，机动性好、任务遂行能力可观。

具体的技术解决途径如下：

1、在跨介质使用的气、水动布局综合设计方面，严格遵循飞行器和潜航器基本设计原则，通过模仿海洋生物旗鱼的身体外形和部分运动机理，完成了气、水动布局方案设计。基于仿生学原理的布局设计方法不仅使方案设计更加科学，还可以大大减小空中飞行尤其是水下潜行的阻力。另外，采用可旋转式水翼来控制飞行器上浮或下潜，较采用常规潜水器进排水系统设计的结构重量更轻。

2、在可变构形轻质耐压结构与水密封设计方面，采用碳纤维增强复合材料、玻璃钢等高强度、高质量比材料来成型非常规的新型抗压机体，使飞行器在重量足够轻的同时还具有很好的抗压能力，同时机身横向布置环形承压隔框，纵向采用纵向承力构件，通过整体成型技术、布置分段式水密舱、法兰密封技术和动密封技术等方式来实现轻质耐压水密结构设计，可大大提高机体结构的水密封性能。

3、在跨介质使用动力能源和推进系统适配方案方面，采用油电混合式动力系统，即空中飞行时使用航空发动机驱动推进装置，同时给蓄电池充电，水下使用蓄电池作为动力能源实现水下推进，较好地解决了空中和水下动力能源不兼容的问题；在推进装置的选择上，由于航空推进和水下推进装置的设计机理差别较大，较为明显的是空中和水下螺旋桨翼型和尺寸有很大的区别，因此倾向于空中和水下分别采用一套匹配的推进装置，即空中采用航空螺旋桨推进，可以减小发动机进气道开口以利于水密封，水下推进中小型方案采用船用螺旋桨，大型方案采用泵喷射装置实现推进。