CN106516079B - 一种基于微机电系统的组合体式飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微机电系统的组合体式飞行器，所述飞行器包括：能变形机身(1)；两个能变形机翼(2)，分别固定于所述能变形机身(1)两侧；能变形蒙皮(3)，覆盖于由所述能变形机身(1)和所述能变形机翼(2)组成的整体的表面；多个微推进机构(4)，设置于所述能变形机身(1)上，用于调整所述飞行器飞行姿态；多个微机电传感器(6)，分布于所述能变形机身(1)与所述能变形蒙皮(3)之间；和机载控制器(5)，位于所述能变形机身(1)内部，用于控制所述飞行器完成飞行器变形和飞行姿态调整，本发明基于微机电系统和能变形材料，能够实现飞行器实时变形，实现飞行器飞行姿态的快速、准确调整，提升飞行器的机动性能。

Description

一种基于微机电系统的组合体式飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，更具体地，涉及一种基于微机电系统的组合体式飞行器。

背景技术

在当今军事革命日益深化的今天，各种类型飞行器也在不断产生和发展，并起着不可替代的作用，同时随着科技的发展和各国军事能力的不断提升，各个国家对飞行器的机动性和快速性提出了更高的要求。传统的固定翼飞行器飞行速度较慢，机动能力较差，而变后掠翼飞机虽然机动性能有所提升，但其机动过载不大于30g，且机翼转动构造复杂，质量较大，故障率较高，这些问题都可能会制约飞行器性能的发挥，阻碍国家军事能力的提升。近几年，组合体式飞行器得到了较快的发展，主要在高超声速飞行器、航天飞机、火箭等方面。但是目前的组合体式飞行器大多采用多级组合形式，存在结构复杂，不可重复利用，功能和用途单一等问题。

因此，为了解决以上问题，需要提出一种机动性能好、转动机构简单、和重量轻的多功能、多用途飞行器。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种基于微机电系统的组合体式飞行器，以能变形材料为基础，通过微机电系统的微执行机构和微推进机构，形成组合体式飞行器，在微机电系统的作用下，所述组合体式飞行器通过变形可快速调整飞行器姿态，提升飞行器的机动性，微机电系统可实时检测系统内故障并及时调整微机电系统各机构位置，大大提高了飞行器的可靠性，同时能变形材料的轻质特性可大幅降低飞行器的整体重量，提高飞行器的各项性能。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于微机电系统的组合体式飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：

能变形机身；

两个能变形机翼，分别固定于所述能变形机身两侧；

能变形蒙皮，覆盖于由所述能变形机身和所述能变形机翼组成的整体的表面；

多个微推进机构，设置于所述能变形机身上，用于调整所述飞行器飞行姿态；

多个微机电传感器，分布于所述能变形机身与所述能变形蒙皮之间；和

机载控制器，位于所述能变形机身内部，用于控制所述飞行器完成飞行器变形和飞行姿态调整。

优选的，所述能变形机身和能变形机翼的材料为能变形材料。

优选的，所述能变形材料为形状记忆合金。

优选的，所述能变形机身的内表面设有多个微执行机构，所述多个微执行机构在所述机载控制器的控制下共同作用改变所述能变形材料的形状和位置从而改变所述能变形机身的形状。

优选的，所述能变形机翼由在水平方向上依次连接的多个能变形结构组成。

优选的，所述能变形结构为片状结构。

优选的，所述每一能变形结构上设有一个所述微执行机构，所述微执行机构驱动所述能变形结构变换形状和位置，从而改变所述机翼的形状。

优选的，所述微执行机构为气泡致动器。

优选的，所述气泡致动器通过阀门控制气体流速以控制所述可变形片状结构的形状和位置的改变，从而改变所述机翼的形状。

优选的，所述机载控制器用于控制所述微机电传感器接收外界信息，根据所述信息进行控制律的解算，从而采用自适应非线性控制方法来控制所述微执行机构完成所述能变形机身和所述机翼形状的改变。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的一种基于微机电系统的组合体式飞行器为综合微机电系统、可变形智能材料和自适应非线性控制分配技术形成的一种多用途、多功能的组合体式飞行器，所述飞行器具备全身变外形的能力，能够完成实时变形，提升飞行器的机动性能，快速调整飞行器的飞行姿态，具有可重复使用和可重构能力，同时采用轻质能变形材料可降低飞行器质量，提高飞行器的性能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出了本发明所述的一种基于微机电系统的组合体式飞行器的结构示意图。

图2示出了本发明所述的一种基于微机电系统的组合体式飞行器的三维仿真图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明公开了一种基于微机电系统的组合体式飞行器，所述飞行器包括：

能变形机身1；

两个能变形机翼2，分别固定于所述能变形机身1两侧；

能变形蒙皮3，覆盖于由所述能变形机身1和所述能变形机翼2组成的整体的表面；

多个微推进机构4，分布于所述能变形机身1上，用于调整所述飞行器飞行姿态；

多个微机电传感器6，分布于所述能变形机身1与所述能变形蒙皮3之间；和

机载控制器5，位于所述能变形机身1内部，用于控制所述飞行器完成飞行器变形和飞行姿态调整。

其中，飞行器能变形机身为可以变换形状的能变形机身1，所述能变形机身1的壳体可采用能变形材料制成，所述能变形材料优选形状记忆合金，所述形状记忆合金具有自身变形和轻质化的特点，可以改进飞行器的性能，优化飞行器的飞行效能，实现较长时间在轨停留和在轨机动，具有更高的环境适应、应变、攻击和生存能力。

在所述能变形机身1内部设有机载控制器5，所述机载控制器5为微机电系统的核心组成部件，负责飞行器飞行控制信号的采集、控制律的解算、飞行器飞行姿态和速度的控制和与外部设备进行通讯等，控制所述飞行器完成飞行器变形和飞行姿态调整。

所述能变形机身1内部进一步可包括多个微执行机构7，所述微执行机构7位于能变形机身1壳体内侧，所述多个微执行机构7在所述机载控制器5的控制下共同作用改变所述能变形材料的形状和位置从而改变所述能变形机身1的形状。所述微执行机构7优选气泡致动器，所述能变形机身1壳体内侧的每个所述气泡致动器作为一个单元独立工作，机载控制器5通过控制所述气泡致动器的阀门控制所述气泡致动器的气体流速，从而驱动由能变形材料组成的能变形机身1各个相应部位发生形状变化，进而所述能变形机身1的整体形状可发生改变，提升飞行器的升阻比和失速攻角，从而可达到提升升力的控制目的，因此，所述组合体式飞行器可实现根据实际任务需要实时变换气动外形，从而提高可重复使用能力和可重构能力。

所述能变形机翼2可由在水平方向上依次连接的多个能变形结构组成，所述能变形结构优选采用片状结构。所述每一能变形结构上可设置一个所述微执行机构7，所述微执行机构7驱动所述能变形结构变换形状和位置，从而改变所述机翼2的形状。所述每个气泡致动器作为一个单元独立工作，通过控制所述气泡致动器的阀门控制所述气泡致动器的气体流速，从而驱动各相应能变形结构发生形状变化，进而改变机翼2的形状，实现高精度智能姿态控制。所述能变形机翼2可采用能变形材料制成，所述能变形材料优选形状记忆合金。

所述能变形蒙皮3可以随着所述能变形机身1和所述机翼2形状的改变而变化，所述能变形蒙皮3优选采用具有可变形能力和具有隐身功能的智能变形材料，使所述飞行器可以抵抗其他防空系统对其实施的袭击和监视，从而提高飞行器的隐蔽性和安全系数，从而高效地完成各种任务。所述能变形蒙皮3通过自身的传感器系统还可以对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力以及降低军用系统噪声。

所述微机电传感器6位于所述能变形机身1壳体外侧与所述能变形蒙皮3之间，可用于感受外界信息，将所述信息传输至所述机载控制器5，所述机载控制器5可处理所述信息，从而采用自适应非线性控制方法来控制所述微执行机构7完成所述能变形机身1和所述机翼2形状的改变，从而完成多种不同的任务。

所述多个微推进机构4可设置于所述能变形机身1壳体上，所述微推进机构4的尾部喷口可从所述能变形机身上向所述能变形机身外侧伸出，优选可分布于能变形机身1的前部和尾部，所述机载控制器5控制所述多个微推进机构4喷出不同方向和大小的燃料，实现实时快速、准确地调整所述飞行器的姿态。

在飞行过程中，所述由能变形材料组成的部件或者所述微执行机构7发生故障，所述机械控制器可以通过智能自适应非线性控制分配来重新分配和调整微执行机构7的工作状态，使所述飞行器能够顺利完成相应的飞行任务。

本发明所述飞行器可用于军事侦察功能，实现对地精确观测、监视他国的军事部署和调动情况的功能，可以迅速方便地向空间运送有效载荷，例如电荷耦合(CCD)相机。同样可以作为可重复使用运载器使用，显著提高了飞行器进入太空、太空转移和从太空返回的可靠性和反应能力，并降低了成本。

下面通过一个优选实施例对本发明作进一步的说明，当对预定目标进行攻击或侦查时，飞行器通过航天飞机被运送至外太空入轨，首先利用微推进机构4释放燃料进入环地轨道飞行，当到达预定目标的上空时，所述机械控制器控制所述飞行器进行形状变换，实现不需要通过喷射燃料或者其他喷射物进行机动变轨，迅速降低轨道高度，直接穿越大气层到达预定目标的上空，发射空对地导弹攻击预定目标或对预定目标进行侦查后，再次通过微推进机构4释放燃料进入环地轨道，从而完成任务。所述飞行器可多次重复使用，可高效、可靠地对预定目标按照相关军事需求进行全天候侦查监视，或对指定目标进行定点清除。

本发明公开的组合体式飞行器的各项性能参数可达到：最大有效载荷不小于500千克；航程不小于500km；最大速度不小于20Ma；飞行器姿态调整时间不大于0.05s；微机电系统的微推进机构4和微执行机构7的响应时间不大于0.01s；飞行器的最大可用过载不小于100g；微推进机构4和微执行机构7的重复使用率不小于90％；微执行机构7接收指令后的执行时间不大于0.01s；机载控制器5的指令响应时间在0.05s左右。

本发明提出的一种基于微机电系统的组合体式飞行器为综合微机电系统、可变形智能材料和自适应非线性控制分配技术形成的一种多用途、多功能的组合体式飞行器，所述飞行器具备全身变外形的能力，能够完成实时变形，提升飞行器的机动性能，快速调整飞行器的飞行姿态，具有可重复使用和可重构能力，同时采用轻质能变形材料可降低飞行器质量，提高飞行器的性能，本发明公开的组合体式飞行器解决了传统飞行器机动性能差、重量大等问题，具有巨大的发展前景和应用价值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于微机电系统的组合体式飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：

能变形机身(1)；

两个能变形机翼(2)，分别固定于所述能变形机身(1)两侧；

能变形蒙皮(3)，覆盖于由所述能变形机身(1)和所述能变形机翼(2)组成的整体的表面；

多个微推进机构(4)，设置于所述能变形机身(1)上，用于调整所述飞行器飞行姿态；

多个微机电传感器(6)，分布于所述能变形机身(1)与所述能变形蒙皮(3)之间；和

机载控制器(5)，位于所述能变形机身(1)内部，用于控制所述飞行器完成飞行器变形和飞行姿态调整；

所述多个微推进机构(4)可设置于所述能变形机身(1)壳体的前部和尾部，所述微推进机构(4)尾部喷口可从所述能变形机身(1)上向所述能变形机身(1)外侧伸出，所述机载控制器(5)控制所述多个微推进机构(4)喷出不同方向和大小的燃料。

2.根据权利要求1所述飞行器，其特征在于，所述能变形机身(1)和能变形机翼(2)的材料为能变形材料。

3.根据权利要求2所述飞行器，其特征在于，所述能变形材料为形状记忆合金。

4.根据权利要求3所述飞行器，其特征在于，所述能变形机身(1)的内表面设有多个微执行机构(7)，所述多个微执行机构(7)在所述机载控制器(5)的控制下共同作用改变所述能变形材料的形状和位置从而改变所述能变形机身(1)的形状。

5.根据权利要求4所述飞行器，其特征在于，所述能变形机翼(2)由在水平方向上依次连接的多个能变形结构组成。

6.根据权利要求5所述飞行器，其特征在于，所述能变形结构为片状结构。

7.根据权利要求6所述飞行器，其特征在于，所述每一能变形结构上设有一个所述微执行机构(7)，所述微执行机构(7)驱动所述能变形结构变换形状和位置，从而改变所述机翼(2)的形状。

8.根据权利要求7所述飞行器，其特征在于，所述微执行机构(7)为气泡致动器。

9.根据权利要求8所述飞行器，其特征在于，所述气泡致动器通过阀门控制气体流速以控制所述可变形片状结构的形状和位置的改变，从而改变所述机翼(2)的形状。

10.根据权利要求9所述飞行器，其特征在于，所述机载控制器(5)用于控制所述微机电传感器(6)接收外界信息，根据所述信息进行控制律的解算，从而采用自适应非线性控制方法来控制所述微执行机构(7)完成所述能变形机身(1)和所述机翼(2)形状的改变。