CN107878748B - 一种跨介质飞行器壳体结构及飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨介质飞行器壳体结构及飞行器,涉及水下高速航行领域。所述跨介质飞行器壳体结构包括头部舱段和主体舱段,所述壳体结构还包括亲水涂层和疏水涂层,所述亲水涂层设置在所述主体舱段的下表面,所述疏水涂层覆盖在所述头部舱段的外表面。本发明提供的一种跨介质飞行器壳体结构及飞行器,利用非对称设计的非对称空泡,对飞行器的水下姿态进行被动式控制,对头部舱段形状无特殊要求,且不需要外加控制装置和执行装置,降低了对飞行器壳体外形设计要求,生产成本低,可控性、可靠性强,具有良好的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水下高速航行领域,特别涉及一种跨介质飞行器壳体结构及飞行器。
背景技术
入水跨介质飞行器通常以较高的飞行速度从空气进入水中,飞行器会受到较大的冲击,生成入水空泡,空泡的产生和溃灭会影响飞行器受力,导致飞行器弹道不稳定,从而影响飞行器入水航行的稳定性。
目前主要通过改变跨介质飞行器的头部外形,例如锥形、球形、平顶等改善飞行器入水航行的稳定性;或者通过入水前预置的飞行器旋转与倾斜改善其入水航行的稳定性。
通过改变头部形状的方法,对飞行器壳体外形设计要求极高,甚至会影响飞行器头部器件的布置方案;通过入水前预置的飞行器旋转和倾斜的方法需要单独设置控制机构和执行机构,既增加了研发生产成本,且当控制器出现故障时,无法执行旋转和倾斜,控制难度高、可靠性低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明实施例提供了一种跨介质飞行器壳体结构及飞行器,利用非对称设计的非对称空泡,对飞行器的水下姿态进行被动式控制,对头部舱段形状无特殊要求,且不需要外加控制装置和执行装置,降低了对飞行器壳体外形设计要求,生产成本低,可控性、可靠性强,具有良好的工程应用前景。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种跨介质飞行器壳体结构,包括头部舱段和主体舱段,所述壳体结构还包括亲水涂层和疏水涂层,所述亲水涂层设置在所述主体舱段的下表面,所述疏水涂层覆盖在所述头部舱段的外表面。
在一可选实施例中,所述主体舱段以飞行器质心对应的两条母线为分界线确定所述主体舱段的上、下表面,所述主体舱段的下表面由第一区域和第二区域组成,所述第一区域从所述主体舱段靠近所述头部舱段的一端至所述飞行器质心,所述第二区域从所述飞行器质心到所述主体舱段远离所述头部舱段一端,所述亲水涂层覆盖在所述第二区域。
在一可选实施例中,所述疏水涂层还覆盖在所述第一区域和所述主体舱段的上表面。
在一可选实施例中,所述的跨介质飞行器壳体结构,还包括多个防冲刷隔断,所述多个防冲刷隔断间隔设置在所述头部舱段和主体舱段外表面,所述亲水涂层和疏水涂层分别被所述多个防冲刷隔断分隔成多段,且所述亲水涂层、疏水涂层与所述防冲刷隔断厚度相同。
在一可选实施例中,所述亲水涂层为聚丙烯酸酯涂层;所述疏水涂层为含氟碳聚丙烯酸酯涂层。
在一可选实施例中,所述防冲刷隔断为碳化硅或氧化铝高分子复合材料涂层或者陶瓷薄片。
在一可选实施例中,所述防冲刷隔断宽度为5~10mm,间隔为所述主体舱段最大直径的0.5~1.0倍。
在一可选实施例中,所述主体舱段部分设置所述防冲刷隔断,且不设置所述防冲刷隔断的部位远离所述头部舱段,占所述主体舱段的1/2~3/4。
在一可选实施例中,所述亲水涂层、疏水涂层与所述防冲刷隔断厚度均为1~2mm。
一种跨介质飞行器,包括上述壳体结构。
本发明具有以下优点:
(1)本发明实施例提供的跨介质飞行器壳体结构,通过在飞行器的头部舱段外表面包覆疏水涂层,在主体舱段下表面设置亲水涂层,在飞行器入水时,在头部舱段形成大量空泡,减少了头部舱段的入水冲击力,飞行器入水后,使飞行器表面形成非对称沾湿角,在飞行器的上、下两侧产生不对称的空泡,在此作用下,飞行器将向设有亲水性材料一侧偏转,形成非对称的水动力作用,水动力压心、质心与浮心不同心产生的力矩推动航行体作法向旋转运动,可以急剧地改变水下航行轨迹,从而提高飞行器水下运动的稳定性和机动性;本发明实施例利用非对称设计的非对称空泡,对飞行器的水下姿态进行被动式控制,对头部舱段形状无特殊要求,且不需要外加控制装置和执行装置,降低了对飞行器壳体外形设计要求,生产成本低,可控性、可靠性强,具有良好的工程应用前景;
(2)通过在主体舱段质心后设置亲水涂层,保证产生更有效的俯仰力矩或偏航力矩,从而进一步提高飞行器水下运动的稳定性和机动性;
(3)通过在主体舱段的上表面和下表面质心前的部分设置疏水涂层,当飞行器从空中进入水里时,由于飞行器质心上游的部分全部覆盖着疏水涂层,因此水不容易贴附在飞行器表面,可以形成饱满的空泡,从而减小入水过程的冲击和水对飞行器的干扰力;当飞行器全部进入水中后,质心下游的一侧覆盖的疏水涂层可以继续阻止水贴附到飞行器表面,形成较大的空泡,另一侧覆盖的亲水涂层可以吸附水贴附在飞行器表面,形成较小的气泡,因此质心下游会产生较大的力矩;
(4)通过设置防冲刷隔断,避免疏水涂层高速入水后被水流冲刷。
附图说明
图1为本发明实施例提供了一种跨介质飞行器头部舱段与主体舱段结构示意图;
图2为本发明实施例提供了一种跨介质飞行器壳体结构工作原理示意图;
图3为本发明实施例提供的跨介质飞行器壳体结构仰视图;
图4为本发明实施例提供的亲水涂层、疏水涂层和防冲刷隔断结构示意图。
具体实施方式
通过具体实施方式可进一步理解本发明。该领域技术人员可根据发明内容对本发明做一些非本质的调整和改进。
参见图1和2,本发明实施例提供了一种跨介质飞行器壳体结构,包括头部舱段1、主体舱段2、亲水涂层3和疏水涂层4,亲水涂层3设置在主体舱段2的下表面,疏水涂层4覆盖在头部舱段1的外表面。具体地,本发明实施例中,跨介质飞行器可以包括空投鱼雷、反潜导弹等,跨介质飞行器壳体通常为空心回转体结构,头部舱段通常为锥形回转体结构、球形结构或平顶结构等,主体舱段通常为圆柱或圆锥筒状结构;在其他实施例中,跨介质飞行器壳体还可以包括尾翼等结构,本发明不作限定;
具体地,亲水涂层3优选聚丙烯酸酯等亲水材料涂层;所述疏水涂层4优选含氟碳聚丙烯酸酯等疏水材料涂层。
本发明实施例提供的跨介质飞行器壳体结构,通过在飞行器的头部舱段外表面包覆疏水涂层,在主体舱段下表面设置亲水涂层,在飞行器入水时,在头部舱段形成大量空泡,减少了头部舱段的入水冲击力,飞行器入水后,使飞行器表面形成非对称沾湿角,在飞行器的上、下两侧产生不对称的空泡,在此作用下,飞行器将向设有亲水性材料一侧偏转,形成非对称的水动力作用,水动力压心、质心与浮心不同心产生的力矩推动航行体作法向旋转运动,可以急剧地改变水下航行轨迹,从而提高飞行器水下运动的稳定性和机动性;本发明实施例利用非对称设计的非对称空泡,对飞行器的水下姿态进行被动式控制,对头部舱段形状无特殊要求,且不需要外加控制装置和执行装置,降低了对飞行器壳体外形设计要求,生产成本低,可控性、可靠性强,具有良好的工程应用前景。
如图1和2所示,在一可选实施例中,主体舱段2以飞行器质心Mc对应的两条母线a为分界线确定主体舱段的上、下表面,具体地,飞行器水平放置时,两条母线a与飞行器质心Mc位于同一水平面,母线a往上部分为上表面III,往下部分为下表面,所述下表面由第一区域I和第二区域II组成,第一区域I从主体舱段2靠近头部舱段1的一端至飞行器质心Mc,第二区域II从飞行器质心Mc到主体舱段2远离头部舱段1的一端,亲水涂层3覆盖在第二区域II。
通过在主体舱段质心后设置亲水涂层,保证产生更有效的俯仰力矩或偏航力矩,从而进一步提高飞行器水下运动的稳定性和机动性。
参见图1和2,在一可选实施例中,疏水涂层4还覆盖在第一区域I和主体舱段2的上表面III。
通过在主体舱段的上表面和下表面质心前的部分设置疏水涂层,当飞行器从空中进入水里时,由于飞行器质心上游的部分全部覆盖着疏水涂层,因此水不容易贴附在飞行器表面,可以形成饱满的空泡,从而减小入水过程的冲击和水对飞行器的干扰力;当飞行器全部进入水中后,质心下游的一侧覆盖的疏水涂层可以继续阻止水贴附到飞行器表面,形成较大的空泡,另一侧覆盖的亲水涂层可以吸附水贴附在飞行器表面,形成较小的气泡,因此质心下游会产生较大的力矩。
如图3和4所示,在一可选实施例中,所述的跨介质飞行器壳体结构还包括多个防冲刷隔断5,多个防冲刷隔断5间隔设置在头部舱段1和主体舱段2外表面,亲水涂层3和疏水涂层4被多个防冲刷隔断5分隔成多段,且亲水涂层3、疏水涂层4与防冲刷隔断5厚度相同。
具体地,本发明实施例中,防冲刷隔断5为防冲刷涂层或防冲刷贴片,防冲刷涂层可以通过在头部舱段1和主体舱段2外表面涂覆防冲刷耐磨材料的方式得到,防冲刷贴片可以通过在头部舱段1和主体舱段2外表面贴陶瓷薄片等得到,其中防冲刷耐磨材料优选氮化铬(CrN)、氮化钒(CrN)、钒硅氮(V-Si-N)等耐磨材料;通过设置防冲刷隔断,避免疏水涂层高速入水后被水流冲刷。
本发明实施例中,防冲刷隔断5宽度优选5~10mm,间隔d优选为主体舱段2最大直径D的0.5~1.0倍,当防冲刷隔断宽度较大、间隔较小时会减少疏水涂层的面积,影响空泡的产生,当防冲刷隔断宽度较小、间隔较大时,防冲刷效果较差,无法保证飞行器在水下航行时覆盖有足够面积的疏水涂层或亲水涂层。主体舱段2部分设置所述防冲刷隔断5另一部分不设置放冲刷隔断5,且不设置防冲刷隔断5的部位远离头部舱段1,占主体舱段2的1/2~3/4。上述防冲刷隔断布置方式,在确保亲水涂层和疏水涂层不被冲刷的同时,能最大限度提高俯仰力矩或偏航力矩,同时还能降低壳体加工工艺的复杂性。当飞行器在水中逐步加速开始高速航行,高速航行下气泡被拉长,由于质心到底部的后半部分没有防冲刷间隔,表面的亲水涂层逐步被高速的水流冲刷掉,气泡可以覆盖飞行器的整个表面,起到更好的减阻效果。
当亲水涂层、疏水涂层厚度过薄时抗冲刷能力低,厚度过厚时增加成本,本发明实施例中,所述亲水涂层、疏水涂层与所述防冲刷隔断厚度均优选1~2mm。
本发明实施例还提供了一种跨介质飞行器,包括上述实施例提供的壳体结构及位于壳体结构内的其他器件。
飞行器实施例与壳体结构实施例相对应,详细描述参见壳体结构实施例,在此不再赘述。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替,但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种跨介质飞行器壳体结构,包括头部舱段和主体舱段,其特征在于,所述壳体结构还包括亲水涂层、疏水涂层和多个防冲刷隔断,所述亲水涂层设置在所述主体舱段的下表面,所述疏水涂层覆盖在所述头部舱段的外表面,所述多个防冲刷隔断间隔设置在所述头部舱段和主体舱段外表面,所述亲水涂层和疏水涂层分别被所述多个防冲刷隔断分隔成多段,且所述亲水涂层、疏水涂层与所述防冲刷隔断厚度相同。
2.根据权利要求1所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述主体舱段以飞行器质心对应的两条母线为分界线确定所述主体舱段的上、下表面,所述主体舱段的下表面由第一区域和第二区域组成,所述第一区域从所述主体舱段靠近所述头部舱段的一端至所述飞行器质心,所述第二区域从所述飞行器质心到所述主体舱段远离所述头部舱段一端,所述亲水涂层覆盖在所述第二区域。
3.根据权利要求2所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述疏水涂层还覆盖在所述第一区域和所述主体舱段的上表面。
4.根据权利要求1所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述亲水涂层为聚丙烯酸酯涂层;所述疏水涂层为含氟碳聚丙烯酸酯涂层。
5.根据权利要求1所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述防冲刷隔断为防冲刷涂层或防冲刷贴片。
6.根据权利要求1所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述防冲刷隔断宽度为5~10mm,间隔为所述主体舱段最大直径的0.5~1.0倍。
7.根据权利要求6所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述主体舱段部分设置所述防冲刷隔断,且不设置所述防冲刷隔断的部位远离所述头部舱段,占所述主体舱段的1/2~3/4。
8.根据权利要求1所述的跨介质飞行器壳体结构,其特征在于,所述亲水涂层、疏水涂层与所述防冲刷隔断厚度均为1~2mm。
9.一种跨介质飞行器,其特征在于,包括权利要求1~8任一项提供的壳体结构。
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