[发明专利]一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器

说明书

本发明为一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；机身包括机架和两个机架连接件；机架包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件分别安装在横梁的左右两端，尾翼安装在纵梁的后端，两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件的中部；两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件之间，两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件的外侧中部；骨架包括前端骨架、连接骨架、后端骨架和环形骨架；前端骨架与环形骨架的前端连接，环形骨架的后端与后端骨架连接，两个机架连接件的两端分别与前端骨架和后端骨架连接，机身位于环形骨架内。

技术领域

本发明属于机器人和飞行潜水航行器技术领域，具体涉及一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器。

背景技术

随着人类对自然空间的不断探索，船舶和航空技术在各自的领域里都取得了巨大进步。其中，飞行器因其速度快、机动性好等优点而得到了广泛应用，但是也存在续航力较短、隐蔽性较差等缺陷，而这些缺陷恰好可以由潜航器弥补，潜空两栖航行器的概念因此被提出。潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器，不仅扩展了航行的空间范围，还结合了飞行器和潜航器两种航行器的优点。自20世纪初期以来，潜空两栖航行器已成为包括娱乐、探险、搜索与救援以及军事在内的广泛应用的热门话题，从而产生了无数的概念和变体。然而，由于水环境和空气环境之间的显著差异，航行器要同时满足两种介质的要求并不是一件容易的事。自1934年提出潜空两栖跨介质飞机的概念以来，美国等一些国家提出了许多载人飞机设计方案，但最终都没有真正地实现潜空两栖航行。后来，科学家们开始重视无人系统的研发，与有人航行器相比，这种系统的复杂度和技术难度有所降低，由此取得了可观的成果。

2015年7月，波音公司宣布了一种可以浸没在水下的无人机设计。无人机由一架主飞机运输到部署区域，然后通过远程控制将无人机从主飞机上释放。在空中模式下，无人机配备2个机翼、稳定器和2套同轴螺旋桨叶片；机翼、稳定器和机身相连。当机身进入水中时，机翼和螺旋桨通过爆炸螺栓和水溶胶与机身分开，从而减轻重量并优化水动力特性，随后，无人机展开新的操纵面和螺旋桨。水下任务完成后，它会浮出水面并将收集到的数据传输给其他飞机或指挥中心。该无人机可以实现空中和水下的可控航行，但每次任务中只能实现单次水空跨越，不可重复使用。

2017年，廖保全等提出了折叠翼的方案。该设计通过改变外形来实现航行器的水空介质跨越：在水下航行时，采用类似鱼雷的外形；在空中飞行时，采用类似反舰巡航导弹的外形。水下航行时，航行器在较小的仰角范围内通过收缩机翼来减小阻力；空中飞行时，通过展开机翼来增大升力。对2种外形的气动/水动特性进行的CFD仿真表明，通过改变外形，航行器能够同时满足水下航行和空中飞行的要求。但此设计方案并未实现实际应用。

2012年，国内学者王海晏等提出了一种水空两用垂直跨越航行器设计方案，有空中与水下2套动力装置。航行器设计密度大于水，入水时首先逐步降低空气动力装置的转速，减少对航行器的撞击损害；在触水后关闭空气动力装置，依靠航行器自身重力没入水中，接着再启动水下螺旋桨进入潜航状态。航行器出水时，采用2层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，不需要辅助设备并且可以重复使用，具有较强的推广与应用价值。这种分层设计使得航行器在水空介质跨越过程中，至少有一种动力装置单独作用在空气或水中，避免了动力系统在水空两相环境下工作，防止水空混合环境对桨叶造成较大的损坏。

2017年，胡志强等提出了一种水空两用推进装置设计方案，其中主体两侧对称设有附体，主体和附体通过前翼和后翼相连接，垂直稳定翼位于主体上方后部，前翼和后翼上均设有一可翻转的水空两用推进装置。此方案结合了负升力水翼型和多旋翼两种结构，具有较高的启发性。