CN115649438B - 一种多工作模态的跨介质飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跨介质飞行器领域，公开了一种多工作模态的跨介质飞行器，包括：机体、设置在机体两侧的主机翼以及设置在机体上部的垂直尾翼；机体的前端设置有光电系统，机体的下腹部设置压浪条、防溅条与流水孔，机体的两侧对称设置有可动鸭翼且其位于主机翼的前方；主机翼的根部位置设有涵道发动机，主机翼的翼尖位置连接有滑行浮体，滑行浮体上安装有用于驱动飞行器水下潜行的导管螺旋桨。本发明的跨介质飞行器能实现跨介质运动，具有非常简洁的外形布局和棱角设计，使其具有较为优异的水/空气动力学性能，同时可以以水下潜行、空中飞行和水面漂浮三种姿态运行，三种模态任意切换，以完成复杂多样的军用或民用任务。

Description

一种多工作模态的跨介质飞行器

技术领域

本发明涉及跨介质飞行器领域，尤其涉及一种多工作模态的跨介质飞行器。

背景技术

跨介质飞行器是潜器和飞机的结合体，集成了空中和水下两种航行器的能力，即飞机的空中飞行能力和潜器的潜水隐身能力。作为“会飞的潜艇”，除了兼备潜艇隐蔽作战的特点外，在空中飞行时则可避免后者难以掌握战场态势信息的先天缺陷，具有足够的战场透明度；作为“能潜水的飞机”，除了具备一定的空中飞行能力外，更重要的是具备包括水下潜伏目标探测、隐蔽突袭等的水下作战能力。

通过集中两种航行器的优点，跨介质飞行器对远距离探测目标，可先在飞行状态下以较短时间到达目标区域，再转入水下进行近距离观察，从而充分发挥水空跨介质航行器灵活快速的优势；在遭遇恶劣气候条件时，跨介质飞行器可以躲入水面以下航行，以避免风暴对飞行器的破坏作用。由于跨介质飞行器核心技术覆盖的专业领域广、技术难度大，尤其涉及到水下航行的设计部分，与航空器设计存在很大的区别，现阶段的跨介质飞行器设计在布局、结构、动力、控制和水密封等方面还处于初期阶段，而工作模式也主要是空中飞行和水下潜行两种，尚未有人将水面作业的船体工作模式综合到跨介质飞行器上，而船体工作模式对于在海上航空失事快速搜寻、事故人员快速搜救等方面能起到很大作用。

发明内容

本发明提供了一种多工作模态的跨介质飞行器，用以丰富跨介质飞行器的工作模态。

一种多工作模态的跨介质飞行器，包括：机体、设置在机体两侧的主机翼以及设置在机体上部的垂直尾翼；

机体的前端设置有光电系统，机体的下腹部设置压浪条、防溅条与流水孔，机体的两侧对称设置有可动鸭翼且其位于主机翼的前方；

主机翼的根部位置设有涵道发动机，主机翼的翼尖位置连接有滑行浮体，滑行浮体上安装有用于驱动飞行器水下潜行的导管螺旋桨。

本发明的多工作模态跨介质飞行器一共包括三种工作模式，分别为空中飞行模态、水中潜行模态和水面三体船模态，可分别对应于不同的需要；该飞行器的动力系统采用两套，在空中飞行时采用燃油涵道发动机驱动，在水中潜行时采用电力驱动导管螺旋桨进而驱动飞行器行进；该飞行器相较于现有的跨介质飞行器多出一种工作模态，且独特的结构和布局也为跨介质飞行器的发展提供了借鉴价值。

进一步地，上述主机翼上开设有涵道，涵道沿机体轴向布置且首尾两端连接有可开关的水密盖。

本发明的飞行器主机翼上开设涵道，通过涵道通风可以为燃油发动机助燃和降温，便于飞行器在空中飞行。

进一步地，上述涵道的首端处安装有涵道发动机，涵道发动机的吸气排气通道与涵道相连通。

进一步地，上述垂直尾翼上设置有通信天线和方向舵。

本发明的飞行器垂直尾翼上设置天线可以实时接收和发射信号，便于地面系统的监控和发出指令；设置方向舵可以调整飞行器的航向，便于躲避障碍物或敌对势力的攻击。

进一步地，上述主机翼的下部安装有载荷挂架，尾部活动连接有襟翼。

本发明的飞行器主机翼下部设置载荷挂架，载荷挂架可以携带救援物资或炸弹等装备，丰富了飞行器的使用功能；尾部的襟翼可以调节飞行器表面气流，用于辅助调整飞行器的速度。

进一步地，上述翼尖铰接连接在主机翼上。

本发明的飞行器翼尖铰接在主机翼上，因此可以改变连接在翼尖上的滑行浮体的姿态，可快速将飞行器从飞行模态或潜行模态转变为三体船模态。

进一步地，上述滑行浮体上也设置有流水孔。

进一步地，上述涵道发动机包括涡轮发动机、涡桨发动机、喷气发动机和冲压发动机。

进一步地，上述机体的上部构造为减阻流线型，下部为滑行艇构型。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的跨介质飞行器能实现跨介质运动，同时兼备飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，具有很好的隐身性能和灵活机动性能；同时具有非常简洁的外形布局和棱角设计，使其具有较为优异的水/空气动力学性能。

（2）本发明的跨介质无人飞行器在水空或空水过渡阶段不会产生剧烈冲击，并可以以水下潜行、空中飞行和水面漂浮三种姿态运行，三种模态任意切换，以完成复杂多样的军用或民用任务。

（3）本发明的跨介质无人飞行器的动力系统采用混合动力，其一为燃油涵道发动机，其二为电力发动机；燃油涵道发动机布置在主机翼的涵道处，便于飞行器在空中飞行时提供动力，涵道口设置有水密盖，即使飞行器入水后燃油涵道发动机也可以被很好的密封；在水下或水面行进时，采用电力发动机提供动力，无需考虑散热和换气的问题，同时燃油涵道发动机运行时可以为电池充电，保证充足的电能为设备及推进螺旋桨供电。

附图说明

图1为本发明跨介质飞行器结构的轴测示意图；

图2为本发明跨介质飞行器以水中潜行姿态的俯视示意图；

图3为本发明跨介质飞行器以飞行姿态的仰视示意图；

图4为本发明跨介质飞行器以三体船姿态的示意图。

图中：1-机体；101-光电系统；102-压浪条；103-防溅条；104-涵道；105-涵道发动机；106-水密盖；107-流水孔；2-主机翼；201-载荷挂架；202-襟翼；203-翼尖；3-垂直尾翼；301-通信天线；302-方向舵；4-滑行浮体；401-导管螺旋桨；5-可动鸭翼。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1至图4，本发明提供了一种多工作模态的跨介质飞行器，包括：机体1、滑行浮体4、设置在机体1两侧的主机翼2、可动鸭翼5以及设置在机体1上部的垂直尾翼3；

机体1从高度上分为机体上部和机体下部两部分，机体上部外形构造设计为减阻流线型，便于减小飞行器在空中飞行或水中潜行时的阻力，机体下部设计为现有的滑行艇构型；机体艏部上翘形成压浪型艏，水线处安装有压浪条102与防溅条103，当飞行器以三体船姿态运行时，以防止水面航行时水面对舱体进行砰击与上浪，减小飞行器与水面的航行阻力；飞行器的底部开设有多个流水孔107，流水孔107的作用是控制水进入飞行器水仓的进水和排水通道，配合水仓内的水量以调节飞行器在水中的升降浮沉。

机体1的外壳均由复合碳纤维材料制成，具有质量轻便且坚固抗压的优良性能；机体1采用整体成型技术、布置分段式水密舱、法兰密封技术和动密封技术提高结构的水密封性能。

机体1的前端设置有光电系统101，使飞行器在暗环境下仍可以执行任务，为采集地理位置和数据信息提供保障，光电系统101为现有技术；机体1的两侧对称设置有一对可动鸭翼5且其位于主机翼2的前方，可动鸭翼5的翼面与主机翼2的翼面平行，可动鸭翼5连接有相应的传动结构，用于调节飞行器在水下或空中的航行姿态，由于可动鸭翼5前置，跨介质飞行器从水面起飞时可以增加向上的升力，帮助飞行器从水面顺利起飞。

可动鸭翼5连接有相应的传动结构为可旋转构型，通过一根联动轴的转动来实现正负攻角的转变，该项技术为现有的成熟技术，已广泛应用于船舶和军舰的减摇鳍、水翼设计，此处不再细述，由于不存在鸭翼折叠收缩等大尺度的变形，因此对整机重心位置变化几乎无影响；水中潜行时可以通过调节一对鸭翼的正负攻角来控制飞行器上浮或下潜，还可以通过一对鸭翼的差动运动起到增加横航向稳定性的作用。

可动鸭翼5的后方设有对称的主机翼2，主机翼2与机体1表面平滑过渡连接，主机翼2上开设有多条涵道104，涵道104沿机体1轴向布置，靠近主机翼2的根部位置，涵道104的首端处安装有四台涵道发动机105，涵道发动机105的吸气排气通道与涵道104相连通，为飞行器空中飞行时提供动力。

涵道发动机105可选择涡轮发动机、涡桨发动机、喷气发动机和冲压发动机中的任一种，考虑到功率和能量密度因素，涵道发动机105使用燃油作为动力能源，故而涵道104需要进行水密处理，涵道104的首尾两端连接有可开关的水密盖106，当飞行器需要在空中飞行时，打开水密盖106，新鲜气流为涵道发动机105助燃和降温，水密盖106关闭时，涵道发动机105停止运行，动力转换为电力发动机。

主机翼2展长选取较小的中等展弦比三角翼，上面布置襟翼202和副翼，以获得较好的气动性能；主机翼2的下部安装有载荷挂架201，尾部活动连接有襟翼202，载荷挂架201可根据不同任务类型，满足挂载不同种类的物品，扩大飞行器在军用和民用上的使用功能；襟翼202可以随着气流上下摆动，改变主机翼2尾部的气动状态，当主动撑开襟翼202时，可以辅助飞行器停止减速。

主机翼2的翼尖203位置铰接连接有滑行浮体4，滑行浮体4上安装有用于驱动飞行器水下潜行的导管螺旋桨401，导管螺旋桨401与电力发动机连接，滑行浮体4上也设置有流水孔107，用于调整飞行器在水面上的吃水深度；滑行浮体4可随着翼尖203的旋转而改变其位置，在飞行或水下潜行时，滑行浮体4、翼尖203与主机翼2翼面在同一水平，当翼尖203向下旋转90度后，滑行浮体4调整至主机翼2翼面之下，滑行浮体4与机体1共同提供浮力，飞行器可漂浮在水面上，以三体船姿态在水面作业。

机身尾部采用平板垂直尾翼设计，以减小阻力，垂直尾翼3上设置有通信天线301和方向舵302，通信天线301可以实时接收和发射信号，便于地面系统的监控和发出指令；方向舵302可以调整飞行器的航向，便于躲避障碍物或敌对势力的攻击。

本发明的跨介质飞行器具有兼顾空气、水面、水下三种不同介质的气/水动布局，同时飞行器的外形为轻质耐压可变构型结构，可满足多种军民用需求。

本发明飞行器的工作原理：

（1）飞行状态：空中飞行，飞行速度快，执行任务迅速；翼尖203展开，水密盖106开启，涵道发动机105工作，为飞行器提供飞行动力。

（2）水面状态：三体船形态，可执行水面无人艇任务；翼尖203折叠，水密盖106关闭，涵道发动机105停止工作，动力切换为滑行浮体4后部的导管螺旋桨401，为飞行器提供飞行动力。

（3）潜航状态：混合驱动水下航行器，既可以以水下滑翔机形式滑翔前进，能源消耗极小，续航持久；也可以以潜航器形式运作，电力发动机驱动螺旋桨提供动力。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于，包括：机体（1）、设置在机体（1）两侧的主机翼（2）以及设置在机体（1）上部的垂直尾翼（3）；

所述机体（1）的前端设置有光电系统（101），机体（1）的下腹部设置压浪条（102）、防溅条（103）与流水孔（107），所述机体（1）的两侧对称设置有可动鸭翼（5）且其位于所述主机翼（2）的前方；

所述主机翼（2）的根部位置设有涵道发动机（105），所述主机翼（2）的翼尖（203）位置连接有滑行浮体（4），所述滑行浮体（4）上安装有用于驱动飞行器水下潜行的导管螺旋桨（401）；

所述主机翼（2）上开设有涵道（104），所述涵道（104）沿机体（1）轴向布置且首尾两端连接有可开关的水密盖（106），所述涵道（104）的首端处安装有所述涵道发动机（105），所述涵道发动机（105）的吸气排气通道与所述涵道（104）相连通。

2.根据权利要求1所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述垂直尾翼（3）上设置有通信天线（301）和方向舵（302）。

3.根据权利要求1所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述主机翼（2）的下部安装有载荷挂架（201），尾部活动连接有襟翼（202）。

4.根据权利要求1所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述翼尖（203）铰接连接在所述主机翼（2）上。

5.根据权利要求1所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述滑行浮体（4）上也设置有所述流水孔（107）。

6.根据权利要求1所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述涵道发动机（105）包括涡轮发动机、涡桨发动机、喷气发动机和冲压发动机。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多工作模态的跨介质飞行器，其特征在于：所述机体（1）的上部构造为减阻流线型，下部为滑行艇构型。

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