一种海空两栖跨介质仿生飞行器及其工作方法技术

本发明专利技术提供了一种海空两栖跨介质仿生飞行器及其工作方法，飞行器机身仿海豚造型，机身两侧对称安装一组可倾转涵道旋翼作为升力系统，机身尾部安装螺旋桨涵道作为推力系统，结合机身尾部的垂直方向舵和水平方向舵协调控制，实现海空两栖跨介质飞行。机身内部安装有直线模组，直线模组通过钢丝绳与可倾转涵道旋翼连接，控制可倾转涵道旋翼收拢或展开，在水平方向舵和垂直方向舵的协同作用下，能够更加精准地模拟海豚出入水动作，在较大程度上减小运动阻力，提高出入水运动的稳定性，有效增强飞行器的灵活性，使得其能够适应复杂的海洋环境。环境。环境。

【技术实现步骤摘要】
一种海空两栖跨介质仿生飞行器及其工作方法


[0001]本专利技术属于飞行器设计
，尤其涉及一种海空两栖跨介质仿生飞行器及其工作方法。

技术介绍

[0002]现代战争中对于侦察隐蔽化、战场人员保护等有越来越高的要求，无人机作为一种可携带侦察设备的低成本飞行器，可以隐蔽地实现战前和战时侦察，为战斗的决策和人员的保护提供丰富的信息。海空跨介质仿生飞行器兼具空中飞行的高速性与水下潜行的隐蔽性，具有空中侦察、海洋巡视、水下反潜打击一体化的能力，是一种新型的战略性飞行器，拥有常规飞行器无法比拟的优势，它可以单独执行海洋任务或者配合航母潜艇形成全面的海洋作战网络，应用前景十分广阔，对于未来的海洋战争意义深远。另外，我国是一个海岸线狭长，领海面积广阔的国家，对于海洋防卫的需求一直在不断提高，海空跨介质仿生飞行器必能在很大程度上提升我国的海洋防卫能力以及舰群战斗能力。
[0003]然而目前针对能够实现海空跨介质的仿生飞行器的研究确少之又少，虽然现有的一些两栖飞行器已经可以实现上述部分功能，但是其隐蔽性、对复杂环境的适应性、空中增升、水中减阻、稳定性等方面的能力还有待加强。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种海空两栖跨介质仿生飞行器及其工作方法，飞行器利用两个可倾转涵道旋翼、一个螺旋桨涵道、水平方向舵以及垂直方向舵实现海空两栖跨介质飞行，利用直线模组以及钢丝绳调整可倾转涵道旋翼的收拢和展开，解决了传统跨介质仿生飞行器出入水稳定性、空中增升以及水中减阻的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种海空两栖跨介质仿生飞行器，包括仿海豚造型的机身，机身两侧活动安装有一组可倾转涵道旋翼，机身内部安装有直线模组，直线模组通过钢丝绳分别与两个收拢装置连接，收拢装置安装在可倾转涵道旋翼端部，通过直线模组控制机身两侧可倾转涵道旋翼收拢或展开；机身尾部安装有螺旋桨电机和螺旋桨涵道，螺旋桨涵道中设置有螺旋桨桨叶，螺旋桨桨叶由螺旋桨电机驱动旋转；螺旋桨涵道后端通过支撑柱分别安装有水平方向舵和垂直方向舵，水平方向舵和垂直方向舵分别与水平方向舵舵机和垂直方向舵舵机直接相连；机身内部安装有跨介质发动机，为飞行器全机提供飞行与潜行动力。
[0007]进一步地，所述可倾转涵道旋翼包括与机身连接的可倾转涵道，可倾转涵道一端中部位置处安装有可倾转涵道舵机，另一端设置有涵道筒，涵道筒内通过涵道旋翼直驱电机支撑架安装有旋翼直驱电机，旋翼直驱电机与旋翼桨叶连接。
[0008]进一步地，所述收拢装置包括钢丝绳支架和定滑轮，钢丝绳支架和定滑轮均安装在可倾转涵道端部，钢丝绳一端与直线模组上的滑块连接，另一端绕过定滑轮后与钢丝绳
支架连接。
[0009]利用上述海空两栖跨介质仿生飞行器的工作方法，包括飞行、入水、潜行、出水四种工作模式，具体工作过程如下：在飞行模式下，飞行器左右两侧的可倾转涵道旋翼均与机身垂直，旋翼直驱电机驱动旋翼桨叶旋转，为飞行器提供飞行时的升力；同时，利用水平方向舵舵机和垂直方向舵舵机分别控制机身尾部的水平方向舵和垂直方向舵，实现飞行时的俯仰、滚转、偏航三轴姿态稳定与控制；在入水模式下，可倾转涵道舵机驱动飞行器左右两侧的可倾转涵道旋翼绕机身横向轴旋转，同时，水平方向舵舵机驱动水平方向舵旋转，且水平方向舵旋转角度与可倾转涵道旋翼旋转角度保持一致，使得飞行器整体姿态与海豚入水时的姿态一致，此时飞行器入水时的冲击最小；在潜行模式下，直线模组上的滑块做水平运动，拉动钢丝绳，从而带动飞行器左右两侧的可倾转涵道旋翼向机身方向收拢，形成45
°
夹角，以减小飞行器在潜行模式下的阻力，螺旋桨电机驱动机身尾部的螺旋桨桨叶旋转，作为水下推进系统，为飞行器提供水下航行动力；同时，利用水平方向舵舵机和垂直方向舵舵机分别控制机身尾部的水平方向舵和垂直方向舵，实现水下潜行时的俯仰、滚转、偏航三轴姿态稳定与控制；在出水模式下，直线模组上的滑块做反向水平运动，松开钢丝绳，飞行器左右两侧的可倾转涵道旋翼逐渐展开，直至与机身保持垂直状态，同时，可倾转涵道舵机驱动飞行器左右两侧的可倾转涵道旋翼绕机身横向轴旋转，水平方向舵舵机驱动水平方向舵旋转，且水平方向舵旋转角度与可倾转涵道旋翼旋转角度保持一致，使得飞行器整体姿态与海豚出水时的姿态一致，此时飞行器出水阻力最小。
[0010]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术所述飞行器以机身两侧的可倾转涵道旋翼作为升力系统，提供空中飞行升力，以机身尾部的螺旋桨涵道作为推力系统，提供水下潜行时的推力，可实现海空两栖跨介质飞行，具有广阔的应用前景。飞行器尾部设置的水平方向舵和垂直方向舵与可倾转涵道旋翼相互配合，协同控制飞行器在空中飞行以及水中潜行时的俯仰、滚转与偏航姿态。
[0011]本专利技术所述飞行器机身为仿海豚的形状，隐蔽性更好，飞行器利用直线模组、钢丝绳、定滑轮、钢丝绳支架相互配合，实现对两侧可倾转涵道旋翼的收拢和展开控制，在水平方向舵和垂直方向舵的协同作用下，能够更加精准地模拟海豚出入水动作，在较大程度上减小了运动阻力，提高了出入水运动的稳定性，有效增强了飞行器的灵活性，使得其能够适应复杂的海洋环境。
附图说明
[0012]图1为本专利技术所述飞行器飞行模式示意图；图2为本专利技术所述左可倾转涵道旋翼示意图；图3为本专利技术所述直线模组与可倾转涵道连接示意图；图4为本专利技术所述飞行器入水模式示意图；图5为本专利技术所述飞行器水中潜行模式示意图；图6为本专利技术所述飞行器出水模式示意图。
[0013]图中：1
‑
机身；2
‑
左可倾转涵道旋翼；21
‑
可倾转涵道；22
‑
可倾转涵道舵机；23
‑
涵道旋翼直驱电机支撑架；24
‑
旋翼桨叶；25
‑
钢丝绳支架；26
‑
定滑轮；3
‑
螺旋桨电机；4
‑
螺旋桨桨叶；5
‑
螺旋桨涵道；6
‑
水平方向舵；7
‑
水平方向舵舵机；8
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垂直方向舵；9
‑
垂直方向舵舵机；10
‑
右可倾转涵道旋翼；11
‑
钢丝绳；12
‑
直线模组。
具体实施方式
[0014]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0015]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，不能理解为对本专利技术的限制；术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海空两栖跨介质仿生飞行器，其特征在于，包括仿海豚造型的机身（1），机身（1）两侧活动安装有一组可倾转涵道旋翼，机身（1）内部安装有直线模组（12），直线模组（12）通过钢丝绳（11）分别与两个收拢装置连接，收拢装置安装在可倾转涵道旋翼端部，通过直线模组（12）控制机身（1）两侧可倾转涵道旋翼收拢或展开；机身（1）尾部安装有螺旋桨电机（3）和螺旋桨涵道（5），螺旋桨涵道（5）中设置有螺旋桨桨叶（4），螺旋桨桨叶（4）由螺旋桨电机（3）驱动旋转；螺旋桨涵道（5）后端通过支撑柱分别安装有水平方向舵（6）和垂直方向舵（8），水平方向舵（6）和垂直方向舵（8）分别与水平方向舵舵机（7）和垂直方向舵舵机（9）直接相连；机身（1）内部安装有跨介质发动机，为飞行器全机提供飞行与潜行动力。2.根据权利要求1所述的海空两栖跨介质仿生飞行器，其特征在于，所述可倾转涵道旋翼包括与机身（1）连接的可倾转涵道（21），可倾转涵道（21）一端中部位置处安装有可倾转涵道舵机（22），另一端设置有涵道筒，涵道筒内通过涵道旋翼直驱电机支撑架（23）安装有旋翼直驱电机，旋翼直驱电机与旋翼桨叶（24）连接。3.根据权利要求2所述的海空两栖跨介质仿生飞行器，其特征在于，所述收拢装置包括钢丝绳支架（25）和定滑轮（26），钢丝绳支架（25）和定滑轮（26）均安装在可倾转涵道（21）端部，钢丝绳（11）一端与直线模组（12）上的滑块连接，另一端绕过定滑轮（26）后与钢丝绳支架（25）连接。4.利用权利要求1至3中任一项所述海空两栖跨介质仿生飞行器的工作方法，其特征在于，包括飞行、入水、潜行、出水四种工作模式，具体工...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亚东，吉爱红，李倩，文世坤，孙奕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：