CN111547238B - 可划水推进的跨介质飞行器 - Google Patents

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Abstract

可划水推进的跨介质飞行器属飞行器设计制造技术领域，本发明是基于空中干飞模式与水下潜行模式推进系统共用的设计理念提出的，本发明的飞行器关于a‑a中心纵截面对称布置，具体包括主体、翼根段Ⅰ、划水段Ⅰ、驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、划水段Ⅱ、翼根段Ⅱ、固定轴Ⅰ、固定轴Ⅱ；跨介质飞行器空飞模式下，机翼作为升力的产生装置，水下潜行模式下，机翼作为划水推进装置翼桨共用，机翼可作为桨叶往复摆动翻转，以实现跨介质飞行器在水下前进、转弯、悬停运动，机动性能好。相对于传统的水下螺旋桨推动方式，本发明具有推进噪声小、灵活性强的特性，还可显著降低跨介质飞行器的出水难度。

Description

可划水推进的跨介质飞行器
技术领域
本发明属于飞行器设计制造技术领域，具体涉及一种可划水推进的跨介质飞行器机翼。
背景技术
跨介质飞行器是一种可在空中与水中巡航并能自由穿越水气界面的新概念海空两栖无人运动平台，可从陆地、水下或舰艇发射，作战用途广、机动能力强、隐身性能好，具有重要的军事应用前景。目前，跨介质飞行器大多采用下水螺旋桨推进，尽管驱动方便，但其存在噪声大、运动灵活性差等缺点，很难实现静音接近目标。而且，螺旋桨作为传统的水下推进方式，不仅增加干飞模式下的负载，而且会提高飞行阻力，增加气动布局的设计难度。因此，开展干飞与潜行模式动力系统工作部件共用的水下推进技术研究，具有重要的实际应用价值。
发明内容
本发明基于空中干飞模式与下水潜行模式推进系统共用的设计理念，提出了一种可划水推进的跨介质飞行器。
本发明由主体A、翼根段ⅠB、划水段ⅠC、驱动机构ⅠD、驱动机构ⅡE、划水段ⅡF、翼根段ⅡG、固定轴Ⅰ1、固定轴Ⅱ2组成，其中主体A为主体A为能满足流体动力性能的跨介质飞行器的主体；固定轴Ⅰ1下端固接于主体A左侧，靠近翼根段ⅠB右缘平面Ⅰ，且通过翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b；固定轴Ⅱ2下端固接于主体A右侧，靠近翼根段ⅡG左缘平面J，且通过翼根段ⅡG右缘中心轴线c-c；固定轴Ⅰ1上部与驱动机构ⅠD的固定轴孔Ⅰ25活动连接；固定轴Ⅱ2上部与驱动机构ⅡE的固定轴孔Ⅱ30活动连接；翼根段ⅠB中翼根部分Ⅰ4的右缘平面Ⅰ与主体A的左侧固接，翼根段ⅡG中翼根部分Ⅱ7的左缘平面J与主体A的右侧固接；驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR的外端Ⅰ32与划水段ⅠC中圆柱孔Ⅰ9活动连接；驱动机构ⅡE中连接杆ⅡS的外端Ⅱ34与划水段ⅡF中圆柱孔Ⅱ14活动连接；驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR的滑块端Ⅰ31与翼根段ⅠB的滑轨Ⅰ3滑动连接；驱动机构ⅡE中连接杆ⅡS的滑块端Ⅱ35与翼根段ⅡG的滑轨Ⅱ8滑动连接；翼根段ⅠB和翼根段ⅡG中齿条Ⅰ6的设置，应保证划水段ⅠC向前摆动到极限位置时，齿轮ⅠM刚好与齿条Ⅰ6分离；翼根段ⅠB和翼根段ⅡG中齿条Ⅱ5的设置，应保证划水段ⅡF向后摆动到极限位置时，齿轮ⅡL刚好与齿条Ⅱ5分离；划水段ⅠC中的齿轮ⅠM和齿轮ⅡL与驱动机构ⅠD中的连接杆ⅠR内端活动连接；划水段ⅡF中与划水段ⅠC的齿轮ⅠM和齿轮ⅡL对称的二齿轮，与驱动机构E中的连接杆ⅡS内端活动连接。
所述的翼根段ⅠB和翼根段ⅡG结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由滑轨Ⅰ3、翼根部分Ⅰ4、齿条Ⅱ5和齿条Ⅰ6组成，翼根部分Ⅰ4正面轮廓由ef曲线、fg曲线、gh直线、he曲线顺序连接而成，反面轮廓由e’f’曲线、f’g’曲线、g’h’直线、h’e’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由fg曲线、g’f’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由he曲线、e’h’曲线顺序连接而成；其中fg曲线与g’f’曲线处于平面H中，he曲线与e’h’曲线处于平面Ⅰ中；翼根部分Ⅱ7正面轮廓由Ⅰj直线、jk曲线、kl曲线、lⅠ曲线顺序连接而成，反面轮廓由Ⅰ’j’直线、j’k’曲线、k’l’曲线、l’Ⅰ’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由lⅠ曲线、Ⅰ’l’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由jk曲线、k’j’曲线顺序连接而成；其中lⅠ曲线与Ⅰ’l’曲线处于平面J中，jk曲线与k’j’曲线处于平面K中；翼根部分Ⅰ4前缘ghh’g’直线后掠角α为25°，后缘eff’e’曲线为圆弧状，圆心角β为90°，左缘平面H与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ为7°，右缘平面Ⅰ与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ也为7°；左缘平面H与右缘平面Ⅰ的翼弦比为0.5，即：fgg’f’直线段长度与hee’h’直线段长度的比值；翼根部分翼型为NACA4415，在Re＝500000条件下，翼型基本参数：最大弯度15.00％在30.0％翼弦，最大曲面4.00％在40.0％翼弦；滑轨Ⅰ3靠近翼根段ⅠB右缘平面Ⅰ，设于翼根部分Ⅰ4的2/3宽度处，齿条Ⅰ6靠近翼根部分Ⅰ4前缘直线ghh’g’,左侧紧贴翼根部分Ⅰ4左缘平面H设置；齿条Ⅱ5靠近翼根部分Ⅰ4后缘曲线eff’e’设置；齿条Ⅰ6与齿条Ⅱ5齿数均为4；翼根段ⅡG中设有与翼根段ⅠB中翼根段ⅠB的滑轨Ⅰ3对称的滑轨Ⅱ8。
所述的划水段ⅠC和划水段ⅡF结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由圆柱孔Ⅰ9、实心区域Ⅰ10、机翼部分Ⅰ11、齿轮ⅡL和齿轮IM组成；机翼部分Ⅰ11正面轮廓由mn直线、no曲线、op直线、pm曲线顺序连接而成，反面轮廓由m’n’直线、n’o’曲线、o’p’直线、p’m’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由no曲线、o’n’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由pm曲线、m’p’曲线顺序连接而成，其中no曲线与o’n’曲线处于平面N中，pm曲线与m’p’曲线处于平面O中；机翼部分Ⅱ12正面轮廓由qr直线、rs曲线、st直线、tq曲线顺序连接而成，反面轮廓由q’r’直线、r’s’曲线、s’t’直线、t’q’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由tq曲线、q’t’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由rs曲线、s’r’曲线顺序连接而成；其中tq曲线与q’t’曲线处于平面P中，rs曲线与s’r’曲线处于平面Q中；机翼部分Ⅰ11外形为平行四边形，前缘opo’p’直线后掠角α’为15°，后缘mnm’n’直线后掠角β’也为15°，左缘平面N与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ’为7°，右缘平面O与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ’也为7°；机翼部分Ⅰ11翼型与翼根段ⅠB和翼根段ⅡG翼根部分Ⅰ4相同，展弦比为6，即：跨介质飞行器左右方向上最大宽度χ与翼弦non’o’直线段长度的比值；左缘平面N与右缘平面O的翼弦比为1，即：non’o’直线段长度与pmp’m’直线段长度的比值；机翼部分Ⅰ11左右方向宽度μ’是翼根部分Ⅰ4左右方向宽度μ的2倍；机翼部分Ⅰ11的实心区域Ⅰ10设置于机翼部分Ⅰ11右侧，紧贴机翼部分Ⅰ11右缘，左右方向宽度缩放为机翼部分Ⅰ11的3/5，前后方向宽度关于翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b缩放为机翼部分Ⅰ11的1/2；在实心区域Ⅰ10中设有圆柱孔Ⅰ9，圆柱孔Ⅰ9轴线应与翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b重合；齿轮ⅠM与齿轮ⅡL均有4个锯齿；齿轮Ⅰ第二齿18与两齿轮的d-d中心纵截面夹角λ为28°，齿轮Ⅰ第四齿17与d-d中心纵截面夹角ω为62°；齿轮Ⅱ第一齿19与d-d中心纵截面夹角仍为λ，等于28°，齿轮Ⅱ第三齿16与d-d中心纵截面夹角仍为ω，等于62°，齿轮ⅠM与齿轮ⅡL轴线应与翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b重合，且两齿轮孔径与圆柱孔Ⅰ9小径相同；齿轮ⅠM左面与划水段ⅠC右缘固接，齿轮ⅡL左面与齿轮ⅠM右面固接，为一体结构；划水段ⅡF中设有与划水段ⅠC中圆柱孔Ⅰ9对称的圆柱孔Ⅱ14。
所述的驱动机构ⅠD和驱动机构ⅡE结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，驱动机构ⅠD和驱动机构ⅡE均由油缸21、伸缩杆22、滑块Ⅰ23、摆杆Ⅰ26、滑块Ⅱ28、连接杆ⅠR组成，其中摆杆Ⅰ26内端设有滑槽Ⅰ24，摆杆Ⅰ26外端设有滑槽Ⅱ27，摆杆Ⅰ26近内端1/3处设有固定轴孔Ⅰ25，连接杆ⅠR的外端Ⅰ32为两不同轴径圆柱体， 内端一侧下端为滑块端Ⅰ31，上端为滑块连接端33；伸缩杆22后部与油缸21滑动连接，伸缩杆22前端与滑块Ⅰ23活动连接，滑块Ⅰ23与摆杆Ⅰ26的滑槽Ⅰ24滑动连接，滑块Ⅱ28与摆杆Ⅰ26的滑槽Ⅱ27滑动连接，滑块Ⅱ28与连接杆ⅠR中滑块连接端33活动连接；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR对称的连接杆ⅡS；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中固定轴孔Ⅰ25对称的固定轴孔Ⅱ30；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中滑块端Ⅰ31对称的滑块端Ⅱ35。
本发明可实现跨介质飞行器空中干飞模式与水下潜行模式动力系统的共用，实现水下前进、转弯、悬停运动，机动性能好。降低飞行器设计时流体动力布局的设计难度，水下推进噪声小、灵活性强，还可降低跨介质飞行器的出水难度。
附图说明
图1为可划水推进的跨介质飞行器的结构示意图
图2为翼根段ⅠB与翼根段ⅡG的结构示意图
图3为翼根段ⅠB与翼根段ⅡG在飞行器主体A底部正投影平面投影示意图
图4为划水段ⅠC与划水段ⅡF的结构示意图
图5为划水段ⅠC与划水段ⅡF在飞行器主体A底部正投影平面投影示意图
图6为划水段ⅠC右缘平面O与两齿轮的结构示意图
图7为驱动机构ⅠD与驱动机构ⅡE的结构示意图
图8为连接杆ⅠR与连接杆ⅡS的结构示意图
图9为齿轮ⅠM与齿条Ⅰ6开始啮合时两齿轮的结构示意图
图10为齿轮ⅠM与齿条Ⅰ6啮合完成时两齿轮的结构示意图
图11为齿轮ⅡL与齿条Ⅱ5开始啮合时两齿轮的结构示意图
图12为齿轮ⅡL与齿条Ⅱ5啮合完成时两齿轮的结构示意图
图13为跨介质飞行器直线前行推进行程的结构示意图
图14为跨介质飞行器直线前行回程行程的结构示意图
图15为跨介质飞行器在向右转弯时的结构示意图
图16为跨介质飞行器在向左转弯时的结构示意图
其中：A.主体 B.翼根段Ⅰ C.划水段Ⅰ D.驱动机构Ⅰ E.驱动机构Ⅱ F.划水段ⅡG.翼根段Ⅱ L.齿轮Ⅱ M.齿轮Ⅰ R.连接杆Ⅰ S.连接杆Ⅱ 1.固定轴Ⅰ 2.固定轴Ⅱ 3.滑轨Ⅰ4.翼根部分Ⅰ 5.齿条Ⅱ 6.齿条Ⅰ 7.翼根部分Ⅱ 8.滑轨Ⅱ 9.圆柱孔Ⅰ 10.实心区域Ⅰ 11.机翼部分Ⅰ 12.机翼部分Ⅱ 13.实心区域Ⅱ 14.圆柱孔Ⅱ 15.齿轮Ⅱ第四齿 16.齿轮Ⅱ第三齿 17.齿轮Ⅰ第四齿 18.齿轮Ⅰ第二齿 19.齿轮Ⅱ第一齿 20.齿轮Ⅰ第一齿 21.油缸 22.伸缩杆 23.滑块Ⅰ 24.滑槽Ⅰ 25.固定轴孔Ⅰ 26.摆杆Ⅰ 27.滑槽Ⅱ 28.滑块Ⅱ 29.摆杆Ⅱ30.固定轴孔Ⅱ 31.滑块端Ⅰ 32.外端Ⅰ 33.滑块连接端 34.外端Ⅱ 35.滑块端Ⅱ
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1所示，本发明由主体A、翼根段ⅠB、划水段ⅠC、驱动机构ⅠD、驱动机构ⅡE、划水段ⅡF、翼根段ⅡG、固定轴Ⅰ1、固定轴Ⅱ2组成，其中主体A为主体A为能满足流体动力性能的跨介质飞行器的主体；固定轴Ⅰ1下端固接于主体A左侧，靠近翼根段ⅠB右缘平面Ⅰ，且通过翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b；固定轴Ⅱ2下端固接于主体A右侧，靠近翼根段ⅡG左缘平面J，且通过翼根段ⅡG右缘中心轴线c-c；固定轴Ⅰ1上部与驱动机构ⅠD的固定轴孔Ⅰ25活动连接；固定轴Ⅱ2上部与驱动机构ⅡE的固定轴孔Ⅱ30活动连接；翼根段ⅠB中翼根部分Ⅰ4的右缘平面Ⅰ与主体A的左侧固接，翼根段ⅡG中翼根部分Ⅱ7的左缘平面J与主体A的右侧固接；驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR的外端Ⅰ32与划水段ⅠC中圆柱孔Ⅰ9活动连接；驱动机构ⅡE中连接杆ⅡS的外端Ⅱ34与划水段ⅡF中圆柱孔Ⅱ14活动连接；驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR的滑块端Ⅰ31与翼根段ⅠB的滑轨Ⅰ3滑动连接；驱动机构ⅡE中连接杆ⅡS的滑块端Ⅱ35与翼根段ⅡG的滑轨Ⅱ8滑动连接；翼根段ⅠB和翼根段ⅡG中齿条Ⅰ6的设置，应保证划水段ⅠC向前摆动到极限位置时，齿轮ⅠM刚好与齿条Ⅰ6分离；翼根段ⅠB和翼根段ⅡG中齿条Ⅱ5的设置，应保证划水段ⅡF向后摆动到极限位置时，齿轮ⅡL刚好与齿条Ⅱ5分离；划水段ⅠC中的齿轮ⅠM和齿轮ⅡL与驱动机构ⅠD中的连接杆ⅠR内端活动连接；划水段ⅡF中与划水段ⅠC的齿轮ⅠM和齿轮ⅡL对称的二齿轮，与驱动机构E中的连接杆ⅡS内端活动连接。
如图2和图3所示，所述的翼根段ⅠB和翼根段ⅡG结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由滑轨Ⅰ3、翼根部分Ⅰ4、齿条Ⅱ5和齿条Ⅰ6组成，翼根部分Ⅰ4正面轮廓由ef曲线、fg曲线、gh直线、he曲线顺序连接而成，反面轮廓由e’f’曲线、f’g’曲线、g’h’直线、h’e’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由fg曲线、g’f’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由he曲线、e’h’曲线顺序连接而成；其中fg曲线与g’f’曲线处于平面H中，he曲线与e’h’曲线处于平面Ⅰ中；翼根部分Ⅱ7正面轮廓由Ⅰj直线、jk曲线、kl曲线、lⅠ曲线顺序连接而成，反面轮廓由Ⅰ’j’直线、j’k’曲线、k’l’曲线、l’Ⅰ’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由lⅠ曲线、Ⅰ’l’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由jk曲线、k’j’曲线顺序连接而成；其中lⅠ曲线与Ⅰ’l’曲线处于平面J中，jk曲线与k’j’曲线处于平面K中；翼根部分Ⅰ4前缘ghh’g’直线后掠角α为25°，后缘eff’e’曲线为圆弧状，圆心角β为90°，左缘平面H与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ为7°，右缘平面Ⅰ与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ也为7°；左缘平面H与右缘平面Ⅰ的翼弦比为0.5，即：fgg’f’直线段长度与hee’h’直线段长度的比值；翼根部分翼型为NACA4415，在Re＝500000条件下，翼型基本参数：最大弯度15.00％在30.0％翼弦，最大曲面4.00％在40.0％翼弦；滑轨Ⅰ3靠近翼根段ⅠB右缘平面Ⅰ，设于翼根部分Ⅰ4的2/3宽度处，齿条Ⅰ6靠近翼根部分Ⅰ4前缘直线ghh’g’,左侧紧贴翼根部分Ⅰ4左缘平面H设置；齿条Ⅱ5靠近翼根部分Ⅰ4后缘曲线eff’e’设置；齿条Ⅰ6与齿条Ⅱ5齿数均为4；翼根段ⅡG中设有与翼根段ⅠB中翼根段ⅠB的滑轨Ⅰ3对称的滑轨Ⅱ8。
如图4至图6所示，所述的划水段ⅠC和划水段ⅡF结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由圆柱孔Ⅰ9、实心区域Ⅰ10、机翼部分Ⅰ11、齿轮ⅡL和齿轮IM组成；机翼部分Ⅰ11正面轮廓由mn直线、no曲线、op直线、pm曲线顺序连接而成，反面轮廓由m’n’直线、n’o’曲线、o’p’直线、p’m’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由no曲线、o’n’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由pm曲线、m’p’曲线顺序连接而成，其中no曲线与o’n’曲线处于平面N中，pm曲线与m’p’曲线处于平面O中；机翼部分Ⅱ12正面轮廓由qr直线、rs曲线、st直线、tq曲线顺序连接而成，反面轮廓由q’r’直线、r’s’曲线、s’t’直线、t’q’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由tq曲线、q’t’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由rs曲线、s’r’曲线顺序连接而成；其中tq曲线与q’t’曲线处于平面P中，rs曲线与s’r’曲线处于平面Q中；机翼部分Ⅰ11外形为平行四边形，前缘opo’p’直线后掠角α’为15°，后缘mnm’n’直线后掠角β’也为15°，左缘平面N与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ’为7°，右缘平面O与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ’也为7°；机翼部分Ⅰ11翼型与翼根段ⅠB和翼根段ⅡG翼根部分Ⅰ4相同，展弦比为6，即：跨介质飞行器左右方向上最大宽度χ与翼弦non’o’直线段长度的比值；左缘平面N与右缘平面O的翼弦比为1，即：non’o’直线段长度与pmp’m’直线段长度的比值；机翼部分Ⅰ11左右方向宽度μ’是翼根部分Ⅰ4左右方向宽度μ的2倍；机翼部分Ⅰ11的实心区域Ⅰ10设置于机翼部分Ⅰ11右侧，紧贴机翼部分Ⅰ11右缘，左右方向宽度缩放为机翼部分Ⅰ11的3/5，前后方向宽度关于翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b缩放为机翼部分Ⅰ11的1/2；在实心区域Ⅰ10中设有圆柱孔Ⅰ9，圆柱孔Ⅰ9轴线应与翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b重合；齿轮ⅠM与齿轮ⅡL均有4个锯齿；齿轮Ⅰ第二齿18与两齿轮的d-d中心纵截面夹角λ为28°，齿轮Ⅰ第四齿17与d-d中心纵截面夹角ω为62°；齿轮Ⅱ第一齿19与d-d中心纵截面夹角仍为λ，等于28°，齿轮Ⅱ第三齿16与d-d中心纵截面夹角仍为ω，等于62°，齿轮ⅠM与齿轮ⅡL轴线应与翼根段ⅠB左缘中心轴线b-b重合，且两齿轮孔径与圆柱孔Ⅰ9小径相同；齿轮ⅠM左面与划水段ⅠC右缘固接，齿轮ⅡL左面与齿轮ⅠM右面固接，为一体结构；划水段ⅡF中设有与划水段ⅠC中圆柱孔Ⅰ9对称的圆柱孔Ⅱ14。
如图7所示，所述的驱动机构ⅠD和驱动机构ⅡE结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，驱动机构ⅠD和驱动机构ⅡE均由油缸21、伸缩杆22、滑块Ⅰ23、摆杆Ⅰ26、滑块Ⅱ28、连接杆ⅠR组成，其中摆杆Ⅰ26内端设有滑槽Ⅰ24，摆杆Ⅰ26外端设有滑槽Ⅱ27，摆杆Ⅰ26近内端1/3处设有固定轴孔Ⅰ25，连接杆ⅠR的外端Ⅰ32为两不同轴径圆柱体，内端一侧下端为滑块端Ⅰ31，上端为滑块连接端33；伸缩杆22后部与油缸21滑动连接，伸缩杆22前端与滑块Ⅰ23活动连接，滑块Ⅰ23与摆杆Ⅰ26的滑槽Ⅰ24滑动连接，滑块Ⅱ28与摆杆Ⅰ26的滑槽Ⅱ27滑动连接，滑块Ⅱ28与连接杆ⅠR中滑块连接端33活动连接；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中连接杆ⅠR对称的连接杆ⅡS；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中固定轴孔Ⅰ25对称的固定轴孔Ⅱ30；驱动机构ⅡE中设有与驱动机构ⅠD中滑块端Ⅰ31对称的滑块端Ⅱ35。
跨介质飞行器整体关于a-a中心纵截面对称布置，以左侧机构为例说明，伸缩杆19通过飞行器内的控制及驱动系统实现前后伸缩，带动滑块Ⅰ23沿摆杆Ⅰ26中的滑槽Ⅰ24滑动，使摆杆Ⅰ26绕固定轴Ⅰ1摆动，摆杆Ⅰ26前后摆动过程中，带动滑槽Ⅱ27中的滑块Ⅱ28滑动，进而带动连接杆ⅠR沿着滑轨Ⅰ3方向直线滑动，划水段ⅠC实现前后摆动，由于连接杆ⅠR与圆柱孔Ⅰ9的活动连接形式，划水段ⅠC前后摆动过程中始终与翼根段ⅠB紧密贴合在一起，当划水段ⅠC向前摆动到达齿条Ⅰ6位置时，齿轮ⅠM与齿条Ⅰ6开始啮合，此时齿轮ⅠM第二齿18刚好与齿条Ⅰ6外部轮廓相切，齿轮ⅠM的第二齿18与两齿轮的d-d中心纵截面夹角λ为28°，第四齿17与d-d中心纵截面夹角ω为62°，齿轮状态如图9所示，当齿轮ⅠM第四齿17刚好啮出时，齿轮ⅠM第四齿17与齿条Ⅰ6外部轮廓相切，此时齿轮ⅠM第四齿17与d-d中心纵截面夹角δ应与λ相等，δ为28°，齿轮状态如图10所示，划水段ⅠC翻转角度为ω+δ，等于90°，划水段ⅠC向前摆动到终点，开始向后摆动。划水段ⅠC向后摆动过程中，齿轮ⅠM与齿条Ⅰ6不再发生啮合，当划水段ⅠC向后摆动到达齿条Ⅱ5位置时，齿轮ⅡL与齿条Ⅱ5开始啮合，此时齿轮ⅡL第三齿16刚好与齿条Ⅱ5外部轮廓相切，齿轮ⅡL的第三齿16与两齿轮的d-d中心纵截面夹角ε等于δ，ε为28°，第一齿19与d-d中心纵截面夹角ψ等于90°-λ，ψ为62°，齿轮状态如图11所示，当齿轮ⅡL第一齿19刚好啮出时，齿轮ⅡL第一齿19与齿条Ⅱ5外部轮廓相切，此时齿轮ⅡL第一齿19与d-d中心纵截面夹角η应与ε相等，η为28°，齿轮状态如图12所示，划水段ⅠC反方向翻转角度为ψ+η，等于90°，划水段ⅠC恢复初始状态，以此循环往复，实现跨介质飞行器划水推进。
所述左右侧划水段ⅠC与划水段ⅡF的运动可以独立控制，也可以统一控制；左右侧划水段ⅠC与划水段ⅡF的运动可以是对称的(前进、或悬停)，也可以是不对称的(转弯)。直线前进运动过程中，左右两侧划水段ⅠC与划水段ⅡF运动同步，两侧对称，伸缩杆22伸缩一次为一个运动周期，即摆杆Ⅰ26前后摆动一次。
实施例1：直线前进运动时，如图13所示，划水段ⅠC垂直于飞行器主体A底部正投影平面，呈伸展状态，此时两齿轮状态如图10所示，伸缩杆22伸长，滑块Ⅰ23在滑槽Ⅰ24内滑动，带动摆杆Ⅰ26绕固定轴Ⅰ1向后方摆动，进而带动滑槽Ⅱ27中的滑块Ⅱ28滑动，从而使连接杆ⅠR沿着滑轨Ⅰ3向后滑动，划水段ⅠC向后摆动；在此过程中，划水段ⅠC始终保持伸展状态，水的反作用力会推动飞行器向前直线行进。当伸缩杆22伸长到一定长度，划水段ⅠC即将运动到极限位置时，齿轮ⅡL与齿条Ⅱ5开始啮合，划水段ⅠC向后运动到极限位置，划水段ⅠC翻转至水平位置，与飞行器主体A底部正投影平面平行，这样可以减小划水段ⅠC在回程运动中的阻力，提高推进效率，此时齿轮状态如图12所示。到此，直线前进运动一个运动周期内的推进行程结束；回程行程开始，如图14所示，伸缩杆22缩短，滑块Ⅰ23在滑槽Ⅰ24内滑动，带动摆杆Ⅰ26绕固定轴Ⅰ1向前方摆动，进而带动滑槽Ⅱ27中的滑块Ⅱ28滑动，从而使连接杆ⅠR沿着滑轨Ⅰ3向前滑动，划水段ⅠC向前摆动；当伸缩杆22缩短到一定长度，划水段ⅠC即将运动到极限位置时，齿轮ⅠM与齿条Ⅰ6开始啮合，划水段ⅠC向前运动到极限位置，划水段ⅠC恢复伸展状态，此时齿轮恢复至图10所示状态，一个运动周期结束，下一运动周期开始，以此循环往复，实现直线前进运动。
实施例2：跨介质飞行器向右转弯时，如图15所示，右侧伸缩杆保持正常状态(既不伸长，也不缩短)，右侧划水段ⅡF与飞行器主体底部正投影平面平行，即右侧划水段ⅡF为跨介质飞行器刚入水时初始状态，以维持航行器的稳定性；左侧驱动机构ⅠD中伸缩杆19伸长，滑块Ⅰ23在滑槽Ⅰ24内滑动，带动摆杆Ⅰ26绕固定轴Ⅰ1向后方摆动，进而带动滑槽Ⅱ24中的滑块Ⅱ25滑动，从而使连接杆ⅠR沿着滑轨Ⅰ3向后滑动，划水段ⅠC向后摆动；在此过程中，划水段ⅠC始终保持伸展状态，水的反作用力会偏向飞行器右侧方向，从而实现向右转弯。同理，该跨介质飞行器可实现向左转弯运动，如图16所示。
实施例3：跨介质飞行器两侧驱动机构ⅠD和驱动机构ⅡE以及划水段ⅠC和划水段ⅡF均保持跨介质飞行器刚入水时的初始状态时，可实现跨介质飞行器的悬停，如图1所示。
实施例4：所述跨介质飞行器可很好地降低出水时的困难程度。当飞行器出水时，空气螺旋桨水面附近调整角度，尾翼调整机体姿态直至与水面垂直，划水段向后摆动，此时，前端螺旋桨伸出，飞行器快速脱离水面。飞行器出水后，逐渐减小螺旋桨与水平面之间的夹角可快速提升巡航速度。

Claims (4)

1.一种可划水推进的跨介质飞行器，由主体(A)、翼根段Ⅰ(B)、划水段Ⅰ(C)、驱动机构Ⅰ(D)、驱动机构Ⅱ(E)、划水段Ⅱ(F)、翼根段Ⅱ(G)、固定轴Ⅰ(1)、固定轴Ⅱ(2)组成，其中主体(A)为能满足流体动力性能的跨介质飞行器的主体；其特征在于，固定轴Ⅰ(1)下端固接于主体(A)左侧，靠近翼根段Ⅰ(B)右缘平面Ⅰ，且通过翼根段Ⅰ(B)左缘中心轴线（b-b）；固定轴Ⅱ(2)下端固接于主体(A)右侧，靠近翼根段Ⅱ(G)左缘平面J，且通过翼根段Ⅱ(G)右缘中心轴线（c-c）；固定轴Ⅰ(1)上部与驱动机构Ⅰ(D)的固定轴孔Ⅰ(25)活动连接；固定轴Ⅱ(2)上部与驱动机构Ⅱ(E)的固定轴孔Ⅱ(30)活动连接；翼根段Ⅰ(B)中翼根部分Ⅰ(4)的右缘平面Ⅰ与主体(A)的左侧固接，翼根段Ⅱ(G)中翼根部分Ⅱ(7)的左缘平面J与主体(A)的右侧固接；驱动机构Ⅰ(D)中连接杆Ⅰ(R)的外端Ⅰ(32)与划水段Ⅰ(C)中圆柱孔Ⅰ(9)活动连接；驱动机构Ⅱ(E)中连接杆Ⅱ(S)的外端Ⅱ(34)与划水段Ⅱ(F)中圆柱孔Ⅱ(14)活动连接；驱动机构Ⅰ(D)中连接杆Ⅰ(R)的滑块端Ⅰ(31)与翼根段Ⅰ(B)的滑轨Ⅰ(3)滑动连接；驱动机构Ⅱ(E)中连接杆Ⅱ(S)的滑块端Ⅱ(35)与翼根段Ⅱ(G)的滑轨Ⅱ(8)滑动连接；翼根段Ⅰ(B)和翼根段Ⅱ(G)中齿条Ⅰ(6)的设置，应保证划水段Ⅰ(C)向前摆动到极限位置时，齿轮Ⅰ(M)刚好与齿条Ⅰ(6)分离；翼根段Ⅰ(B)和翼根段Ⅱ(G)中齿条Ⅱ(5)的设置，应保证划水段Ⅱ(F)向后摆动到极限位置时，齿轮Ⅱ(L)刚好与齿条Ⅱ(5)分离；划水段Ⅰ(C)中的齿轮Ⅰ(M)和齿轮Ⅱ(L)与驱动机构Ⅰ(D)中的连接杆Ⅰ(R)内端活动连接；划水段Ⅱ(F)中与划水段Ⅰ(C)的齿轮Ⅰ(M)和齿轮Ⅱ(L)对称的二齿轮，与驱动机构(E)中的连接杆Ⅱ(S)内端活动连接。
2.根据权利要求1所述的可划水推进的跨介质飞行器，其特征在于：所述的翼根段Ⅰ(B)和翼根段Ⅱ(G)结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由滑轨Ⅰ(3)、翼根部分Ⅰ(4)、齿条Ⅱ(5)和齿条Ⅰ(6)组成，翼根部分Ⅰ(4)正面轮廓由ef曲线、fg曲线、gh直线、he曲线顺序连接而成，反面轮廓由e’f’曲线、f’g’曲线、g’h’直线、h’e’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由fg曲线、g’f’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由he曲线、e’h’曲线顺序连接而成；其中fg曲线与g’f’曲线处于平面H中，he曲线与e’h’曲线处于平面Ⅰ中；翼根部分Ⅱ(7)正面轮廓由Ⅰj直线、jk曲线、kl曲线、lⅠ曲线顺序连接而成，反面轮廓由Ⅰ’j’直线、j’k’曲线、k’l’曲线、l’Ⅰ’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由lⅠ曲线、Ⅰ’l’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由jk曲线、k’j’曲线顺序连接而成；其中lⅠ曲线与Ⅰ’l’曲线处于平面J中，jk曲线与k’j’曲线处于平面K中；翼根部分Ⅰ(4)前缘gh(h’g’)直线后掠角α为25°，后缘ef(f’e’)曲线为圆弧状，圆心角β为90°，左缘平面H与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ为7°，右缘平面Ⅰ与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ也为7°；左缘平面H与右缘平面Ⅰ的翼弦比为0.5，即：fg(g’f’)直线段长度与he(e’h’)直线段长度的比值；翼根部分翼型为NACA4415，在Re＝500000条件下，翼型基本参数：最大弯度15.00％在30.0％翼弦，最大曲面4.00％在40.0％翼弦；滑轨Ⅰ(3)靠近翼根段Ⅰ(B)右缘平面Ⅰ，设于翼根部分Ⅰ(4)的2/3宽度处，齿条Ⅰ(6)靠近翼根部分Ⅰ(4)前缘直线gh(h’g’),左侧紧贴翼根部分Ⅰ(4)左缘平面H设置；齿条Ⅱ(5)靠近翼根部分Ⅰ(4)后缘曲线ef(f’e’)设置；齿条Ⅰ(6)与齿条Ⅱ(5)齿数均为4；翼根段Ⅱ(G)中设有与翼根段Ⅰ(B)中翼根段Ⅰ(B)的滑轨Ⅰ(3)对称的滑轨Ⅱ(8)。
3.按权利要求1所述的可划水推进的跨介质飞行器，其特征在于：所述的划水段Ⅰ(C)和划水段Ⅱ(F)结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，均由圆柱孔Ⅰ(9)、实心区域Ⅰ(10)、机翼部分Ⅰ(11)、齿轮Ⅱ(L)和齿轮I(M)组成；机翼部分Ⅰ(11)正面轮廓由mn直线、no曲线、op直线、pm曲线顺序连接而成，反面轮廓由m’n’直线、n’o’曲线、o’p’直线、p’m’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由no曲线、o’n’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由pm曲线、m’p’曲线顺序连接而成，其中no曲线与o’n’曲线处于平面N中，pm曲线与m’p’曲线处于平面O中；机翼部分Ⅱ(12)正面轮廓由qr直线、rs曲线、st直线、tq曲线顺序连接而成，反面轮廓由q’r’直线、r’s’曲线、s’t’直线、t’q’曲线顺序连接而成，左缘轮廓由tq曲线、q’t’曲线顺序连接而成，右缘轮廓由rs曲线、s’r’曲线顺序连接而成；其中tq曲线与q’t’曲线处于平面P中，rs曲线与s’r’曲线处于平面Q中；机翼部分Ⅰ(11)外形为平行四边形，前缘op(o’p’)直线后掠角α’为15°，后缘mn(m’n’)直线后掠角β’也为15°，左缘平面N与飞行器的a-a中心纵截面夹角γ’为7°，右缘平面O与飞行器的a-a中心纵截面夹角θ’也为7°；机翼部分Ⅰ(11)翼型与翼根段Ⅰ(B)和翼根段Ⅱ(G)翼根部分Ⅰ(4)相同，展弦比为6，即：跨介质飞行器左右方向上最大宽度χ与翼弦no(n’o’)直线段长度的比值；左缘平面N与右缘平面O的翼弦比为1，即：no(n’o’)直线段长度与pm(p’m’)直线段长度的比值；机翼部分Ⅰ(11)左右方向宽度μ’是翼根部分Ⅰ(4)左右方向宽度μ的2倍；机翼部分Ⅰ(11)的实心区域Ⅰ(10)设置于机翼部分Ⅰ(11)右侧，紧贴机翼部分Ⅰ(11)右缘，左右方向宽度缩放为机翼部分Ⅰ(11)的3/5，前后方向宽度关于翼根段Ⅰ(B)左缘中心轴线（b-b）缩放为机翼部分Ⅰ(11)的1/2；在实心区域Ⅰ(10)中设有圆柱孔Ⅰ(9)，圆柱孔Ⅰ(9)轴线应与翼根段Ⅰ(B)左缘中心轴线（b-b）重合；齿轮Ⅰ(M)与齿轮Ⅱ(L)均有4个锯齿；齿轮Ⅰ第二齿(18)与两齿轮的d-d中心纵截面夹角λ为28°，齿轮Ⅰ第四齿(17)与d-d中心纵截面夹角ω为62°；齿轮Ⅱ第一齿(19)与d-d中心纵截面夹角仍为λ，等于28°，齿轮Ⅱ第三齿(16)与d-d中心纵截面夹角仍为ω，等于62°，齿轮Ⅰ(M)与齿轮Ⅱ(L)轴线应与翼根段Ⅰ(B)左缘中心轴线（b-b）重合，且两齿轮孔径与圆柱孔Ⅰ(9)小径相同；齿轮Ⅰ(M)左面与划水段Ⅰ(C)右缘固接，齿轮Ⅱ(L)左面与齿轮Ⅰ(M)右面固接，为一体结构；划水段Ⅱ(F)中设有与划水段Ⅰ(C)中圆柱孔Ⅰ(9)对称的圆柱孔Ⅱ(14)。
4.按权利要求1所述的可划水推进的跨介质飞行器，其特征在于：所述的驱动机构Ⅰ(D)和驱动机构Ⅱ(E)结构相同，方向相反，且关于飞行器的a-a中心纵截面对称设置，驱动机构Ⅰ(D)和驱动机构Ⅱ(E)均由油缸(21)、伸缩杆(22)、滑块Ⅰ(23)、摆杆Ⅰ(26、滑块Ⅱ(28)、连接杆Ⅰ(R)组成，其中摆杆Ⅰ(26)内端设有滑槽Ⅰ(24)，摆杆Ⅰ(26)外端设有滑槽Ⅱ(27)，摆杆Ⅰ(26)近内端1/3处设有固定轴孔Ⅰ(25)，连接杆Ⅰ(R)的外端Ⅰ(32)为两不同轴径圆柱体，内端一侧下端为滑块端Ⅰ(31)，上端为滑块连接端(33)；伸缩杆(22)后部与油缸(21)滑动连接，伸缩杆(22)前端与滑块Ⅰ(23)活动连接，滑块Ⅰ(23)与摆杆Ⅰ(26)的滑槽Ⅰ(24)滑动连接，滑块Ⅱ(28)与摆杆Ⅰ(26)的滑槽Ⅱ(27)滑动连接，滑块Ⅱ(28)与连接杆Ⅰ(R)中滑块连接端(33)活动连接；驱动机构Ⅱ(E)中设有与驱动机构Ⅰ(D)中连接杆Ⅰ(R)对称的连接杆Ⅱ(S)；驱动机构Ⅱ(E)中设有与驱动机构Ⅰ(D)中固定轴孔Ⅰ(25)对称的固定轴孔Ⅱ(30)；驱动机构Ⅱ(E)中设有与驱动机构Ⅰ(D)中滑块端Ⅰ(31)对称的滑块端Ⅱ(35)。
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