CN117485557A - 一种滑跳式无人潜航器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种滑跳式无人潜航器及其使用方法，包括：潜航器主体、可折叠机翼、滑跳板、推进器以及发动机；所述可折叠机翼安装在潜航器主体上，所述滑跳板安装在潜航器主体内并能够伸出于所述潜航器主体外部，所述推进器安装在潜航器主体尾部，所述发动机安装在潜航器主体内部并能够伸出于所述潜航器主体外部；能够使得潜航器冲出水面后在水面持续地滑跳航行，原来所受的水阻力变成了空气阻力，具有功耗低，也延长了航程，航行轨迹难以捕捉，突防能力强，接近目标后潜入水中，再通过推进器推进在水下航行撞击目标。

Description

一种滑跳式无人潜航器及其使用方法

技术领域

本发明涉及潜航器技术领域，尤其涉及一种滑跳式无人潜航器及其使用方法。

背景技术

UUV(underwater unmanned vehicle)是一种主要以潜艇或水面舰船为支援平台、能长时间在水下自主远程航行的智能化装置，它可以携带多种传感器、专用设备或武器，执行特定的使命和任务。国内外已经有一些较为成熟的中小型UUV，也有一些单位在开展大型UUV的研制，但续航能力和快速性仍是UUV研究中的短板或瓶颈问题。

钱学森弹道原理是让弹头在距离地面20千米到100千米的临近空间位置进行滑翔，然后利用临近空间的大气进行辅助，让飞行器如同石子在水面上打水漂一样飞行，从而增加火箭的速度和射程。水和空气两种介质差别巨大，设计时难以兼顾航行器在两种介质中的航行性能，现借鉴钱学森弹道的原理，可将高速滑翔火箭弹在真空和大气层之间进行滑翔过程变为在空气和水之间滑翔，从而可以大幅提升UUV的速度和射程。

随着传感器技术和计算机解算技术的高速发展，水面舰艇的反潜艇和反鱼雷技术越来越强，对潜艇和鱼雷的探测距离越来越远。由此，现有的潜艇很难突防到目标舰艇的鱼雷攻击射程以内。随着舰艇防空反导技术的越来越强，反舰导弹也越来越难突破舰艇的导弹防御系统。

如专利CN202210569068.6介绍的一种防拦截高效弹跳式入水打击导弹及方法，是为了解决现有入水打击导弹在空中或水下容易被敌方防御体系所拦截的问题。但是其主要是单一介质(空气)中航行，且其弹跳跳板借助水面强大反推力使导弹向前滑跃的方式实现在近水面飞行。

鉴于此，实有必要提供一种新型的滑跳式无人潜航器及其使用方法以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种滑跳式无人潜航器，具有速度快、航程长、航行轨迹难以捕捉、突防能力强，不易被防御系统拦截。

为了实现上述目的，本发明提供一种滑跳式无人潜航器，包括：潜航器主体、可折叠机翼、滑跳板、推进器以及发动机；所述可折叠机翼安装在潜航器主体上，所述滑跳板安装在潜航器主体内并能够伸出于所述潜航器主体外部，所述推进器安装在潜航器主体尾部，所述发动机安装在潜航器主体内部并能够伸出于所述潜航器主体外部。

优选的，所述滑跳式无人潜航器还包括起落架，所述潜航器主体具有收容舱，所述起落架铰接安装在收容舱内，所述滑跳板安装在起落架上。

优选的，所述起落架包括伸缩脚、活塞杆、撑杆以及安装座；所述伸缩脚与安装座铰接，所述伸缩脚靠近底端的位置与撑杆铰接，所述伸缩脚底端设置有连接杆，所述撑杆的另一端与安装座铰接，所述活塞杆与安装座连接，所述活塞杆还与伸缩脚的顶端铰接，所述安装座固定安装于所述潜航器主体内部，所述滑跳板与所述伸缩脚底端的连接杆固定安装。

优选的，所述伸缩脚的顶端与安装座铰接，所述伸缩脚靠近底端的位置与撑杆的一端铰接，所述活塞杆的一端与安装座连接，所述活塞杆的另一端与伸缩脚的顶端连接，所述撑杆的另一端与安装座铰接，所述安装座固定安装于所述潜航器主体内部。

优选的，所述滑跳板上设置有安装耳，所述连接杆穿过安装耳并与安装耳固定连接。

优选的，所述潜航器主体中段处设置有驱动机构，所述驱动机构装设于所述潜航器主体内部，且所述驱动机构的转轴与可折叠机翼连接，所述驱动机构带动可折叠机翼运动。

优选的，所述滑跳式无人潜航器还包括撞击部，所述撞击部装设于所述潜航器主体头部。

优选的，所述滑跳式无人潜航器还包括通信和探测组件，所述通信和探测组件包括通信装置和探测装置，所述通信设置和探测装置与舰艇的通信系统通信连接。

优选的，所述潜航器主体内部具有耐压腔，所述通信和探测组件装设于所述耐压腔内。

一种所述的滑跳式无人潜航器的使用方法，当所述滑跳式无人潜航器在水面航行时，所述发动机伸出于潜航器主体外部并启动给潜航器主体提供推力，促使滑跳式无人潜航器在空中快速飞行，所述推进器不工作，所述可折叠机翼在潜航器主体上展开，给滑跳式无人潜航器提供升力，

所述滑跳板从潜航器主体内伸出，所述滑跳板会在水上冲浪，滑跳板和水面发生碰撞和挤压受到水的作用力F，使滑跳板弹跳；

或，在所述滑跳式无人潜航器完全入水前，所述可折叠机翼在潜航器主体上呈收起状态，所述滑跳板回缩进潜航器主体内部，滑跳式无人潜航器完全入水后，所述推进器启动推进滑跳式无人潜航器在水下快速航行。

与现有技术相比，有益效果在于，本发明采用了发动机，使得潜航器冲出水面后在水面持续地滑跳航行，原来所受的水阻力变成了空气阻力，具有功耗低，也延长了航程，航行轨迹难以捕捉，突防能力强，接近目标后潜入水中，再通过推进器推进在水下航行撞击目标。

本发明的其它特征以及优点将陈述于下列的描述中，并且部分将可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实施而了解。本发明的特征和优点可通过后附的申请范围中具体指出的元件和组合而实现以及获得。本发明的这些和其它特征将根据下列的描述和后附的权利要求书中变得更加清楚明白，或者可通过本发明所述的实施例实施而了解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的滑跳式无人潜航器的结构示意图。

图2为图1所示的滑跳式无人潜航器的起落架与滑跳板的组合示意图。

图3为图2所示的滑跳式无人潜航器的起落架的结构示意图。

图4为图1所示的滑跳式无人潜航器的滑跳板最佳角度示意图。

图5为图4所示的滑跳式无人潜航器的滑跳板的受力分析示意图。

图6为滑跳式无人潜航器在水面航行一个周期内的运动轨迹示意图。

附图标记：1、潜航器主体；2、可折叠机翼；3、滑跳板；31、安装耳；4、推进器；5、发动机；6、起落架；61、伸缩脚；62、活塞杆；63、撑杆；64、安装座；65、连接杆；7、驱动机构；8、撞击部；9、通信和探测组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，“多个”、“若干”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本发明提供一种滑跳式无人潜航器，包括：潜航器主体1、可折叠机翼2、滑跳板3、推进器4以及发动机5；所述可折叠机翼2安装在潜航器主体1上，所述滑跳板3安装在潜航器主体1内并能够伸出于所述潜航器主体1外部，所述推进器4安装在潜航器主体1尾部，所述发动机5安装在潜航器主体1内部并能够伸出于所述潜航器主体1外部。

需要说明的是，在本实施例中，所述推进器4采用松下JH泵喷推进器4(JH35JB1N-7)驱动水流推进滑跳式无人潜航器在水下快速航行；所述发动机5为矢量发动机5(型号为BS TJ80燃气涡轮发动机5)直径为0.37米，重量为43公斤，其最大推力为13.5kN，输出功率在700-980kW之间；所述可折叠机翼2采用NACA4412翼型，且可折叠机翼2的数量为两个，两个可折叠机翼2展开时对称分布在潜航器主体1两侧。

如此，当所述推进器4推进滑跳式无人潜航器在水下快速航行时，所述可折叠机翼2保持收起状态(即两个可折叠机翼2重合)，当所述滑跳式无人潜航器冲出水面时，所述发动机5伸出于潜航器主体1外部并启动给潜航器主体1提供推力，促使滑跳式无人潜航器在空中快速飞行(飞行速度为66.7m/s)，并且通过发动机5喷口偏转利用发动机5产生的推力，可以获得附加的控制力矩，实现滑跳式无人潜航器的姿态变化控制，进而改变滑跳式无人潜航器的在空中的飞行轨迹；

与此同时，所述推进器4不工作，所述可折叠机翼2在潜航器主体1上展开，给滑跳式无人潜航器提供升力，所述滑跳板3从潜航器主体1内伸出，所述滑跳板3会在水上冲浪，滑跳板3和水面发生碰撞和挤压，滑跳板3会受到水的作用力F，如图4至图5所示，

具体的，根据打水漂原理，滑跳板3平面与水面的夹角α和速度方向与水面的夹角β均为20°时，水面对滑跳板3反弹的效果最好；其中，ρ为水的密度，v为滑跳板3的速度，s为滑跳板3入水的面积。

这个作用力F可以分解成竖直向上的力Fy和水平向后的力Fx，就是靠着竖直方向的力Fy，使滑跳板3弹跳起来了，改变了滑跳式无人潜航器的姿态，进而使得滑跳式无人潜航器的行动轨迹难以捕捉。

需要说明的是，在上述过程中，需要获得很大的上升力和较大的入水速度因此，滑跳板3要实现水漂，需要较大的速度和合适的入水角度。

亦或，在所述滑跳式无人潜航器完全入水前，所述可折叠机翼2在潜航器主体1上呈收起状态，所述滑跳板3回缩进潜航器主体1内部，滑跳式无人潜航器完全入水后，所述推进器4启动推进滑跳式无人潜航器在水下快速航行。

在一个优选实施例中，所述滑跳式无人潜航器还包括起落架6，所述潜航器主体1具有收容舱，所述起落架6铰接安装在收容舱内，所述滑跳板3安装在起落架6上。通过起落架6可以带动滑跳板伸出或缩回于潜航器主体1，并调节滑跳板3的倾斜角度，进而调节滑跳板3的击水角度，保证滑跳板3每次与水面接触时呈20°，此时对滑跳板3反弹的效果最好。

在一个优选实施例中，所述起落架6包括伸缩脚61、活塞杆62、撑杆63以及安装座64；所述伸缩脚61与安装座64铰接，所述伸缩脚61靠近底端的位置与撑杆63铰接，所述伸缩脚61底端设置有连接杆65，所述撑杆63的另一端与安装座64铰接，所述活塞杆62与安装座64连接，所述活塞杆62还与伸缩脚61的顶端铰接，所述安装座64固定安装于所述潜航器主体1内部，所述滑跳板3与所述伸缩脚61的底端的连接杆65固定安装。

如此，所述活塞杆62伸长时，所述伸缩脚61折叠收缩，并使撑杆63转动与伸缩脚61抵靠，最终使得伸缩脚61最大程度地被折叠收缩在撑杆63和滑装座之间，方便将滑跳板3收起于潜航器主体1内部；当所述活塞杆62收缩时，所述活塞杆62拉直伸缩脚61，同时撑杆63反方向转动使伸缩脚61逐渐展开以调整滑跳板3的角度。

在一个优选实施例中，所述滑跳板3上设置有安装耳31，所述连接杆65穿过安装耳31并与安装耳31固定连接，实现滑跳板3与连接杆65固定安装，所述滑跳板3靠近潜航器主体1尾部分布。

在一个优选实施例中，所述滑跳板3的底端(触水部分)呈二分之一椭球形设计，使得滑跳板的底端接触时，减少水的阻力。

在水上冲浪时，还可以因水的阻力和滑跳式无人潜航器在空中快速飞行的作用力导致滑跳板3冲浪时会偶尔弹跳、晃起，改变滑跳式无人潜航器的姿态，进而使得滑跳式无人潜航器的行动轨迹难以捕捉。

具体的，所述起落架6包括伸缩脚61、活塞杆62、撑杆63以及安装座64；所述伸缩脚61的顶端与安装座64铰接，所述伸缩脚61靠近底端的位置与撑杆63的一端铰接，所述活塞杆62的一端与安装座64连接，所述活塞杆62的另一端与伸缩脚61的顶端连接，所述撑杆63的另一端与安装座64铰接，所述安装座64固定安装于所述潜航器主体1内部。

在一个优选实施例中，所述潜航器主体1中段处设置有驱动机构7，所述驱动机构7装设于所述潜航器主体1内部，且所述驱动机构7的转轴与可折叠机翼2连接，所述驱动机构7带动可折叠机翼2运动使可折叠机翼2呈展开或收起状态。

需要说明的是，在本实施例中，所述驱动机构7可以为电机，两个可折叠机翼2均与驱动机构7连接，所述驱动机构7与可折叠机翼2的连接处作防水处理，避免滑跳式无人潜航器在水下航行时，水渗入潜航器主体1内部。

在一个优选实施例中，所述滑跳式无人潜航器还包括撞击部8，所述撞击部8装设于所述潜航器主体1头部，且所述撞击部8内装有炸药和引信。当所述撞击部8与其他物体撞击时，所述引信引起炸药爆炸。

需要说明的是，在本实施例中，所述撞击部8呈半球形设计，能够有效降低空气阻力；所述潜航器主体1呈圆柱状设计。

在一个优选实施例中，所述滑跳式无人潜航器还包括通信和探测组件9，所述通信和探测组件9包括通信装置和探测装置，所述通信设置和探测装置与舰艇的通信系统通信连接，所述探测装置用于探测、识别以及定位目标，通过通信装置实现与舰艇的通信系统之间的信息交换。

需要说明的是，所述通信设备常用的通信方式分为水声通信和无线电波通信；所述探测装置利用声呐系统来探测和跟踪目标，可以在水下空间内自动搜索、锁定和攻击目标。

滑跳式无人潜航器在水下时，水下信息传输由于受海水的影响，绝大多数的无线电波都被屏蔽，使得水声作为最适宜的能量传输形态，进行通信和探测；潜航器在水面上时利用微波卫星通信手段，或短波手段与舰艇平台指挥机构建立通信链路，从而实现威胁目标信息的回传。

在一个优选实施例中，所述潜航器主体1内部具有耐压腔，所述通信和探测组件9装设于所述耐压腔内，避免滑跳式无人潜航器在深水航行时，因深水压强的变化导致信和探测组件损坏。

具体的，本实例运动过程为：

1)出水阶段：滑跳式无人潜航器收到行动指令后将自身姿态角调整至45°，随后加速至40节的速度，直至冲出水面。

2)加速阶段：头部露出水面后将发动机5从舱内伸出，开始工作，同时推进器4停止工作。此阶段潜航器在空中轨迹为类似于抛物线的弧线，且每个周期的水平运动距离逐渐增加。由于目标平均速度为130节，但刚出水时速度仅为40节，故前一阶段控制发动机5提供水平向前的推力，以0.21MW的功率加速约1min后其运动达到周期性稳定状态。

3)如图6所示，周期性运动阶段：该阶段滑跳式无人潜航器的轨迹为抛物线，且设定击水前后的瞬间速度的方向，即轨迹的切线与水平方向成15°夹角。

设定潜航器在每个周期击水之前某时刻t，速度达到最大速度140节，从该时刻至击水前瞬间，发动机5水平向前的力恰好等于潜航器主体1所受阻力的水平分量和机翼所受空气阻力的水平分量之和，该时间段潜航器速度保持为140节。

击水后由于水给滑跳式无人潜航器的向后的冲量导致潜航器速度减小，此后在一个新的周期内空中飞行的过程中，发动机5水平向前的力在时刻t+T周期)之前一直大于滑跳式无人潜航器所受总阻力的水平分量，飞行速度由击水后的速度开始不断增加，到时刻t+T之前速度再次达到140节并以此稳定速度飞行一段距离，最后以140节的速度触水滑跳，以此为周期往复循环。

4)入水阶段：停止发动机5并将其收入舱中，滑跳式无人潜航器因头部失去发动机5向上的拉力自然栽入水中，推进器4开始工作并推动滑跳式无人潜航器在水中以40节的速度接近目标，并发动攻击。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种滑跳式无人潜航器，其特征在于，包括：潜航器主体(1)、可折叠机翼(2)、滑跳板(3)、推进器(4)以及发动机(5)；所述可折叠机翼(2)安装在潜航器主体(1)上，所述滑跳板(3)安装在潜航器主体(1)内并能够伸出于所述潜航器主体(1)外部，所述推进器(4)安装在潜航器主体(1)尾部，所述发动机(5)安装在潜航器主体(1)内部并能够伸出于所述潜航器主体(1)外部。

2.如权利要求1所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述滑跳式无人潜航器还包括起落架(6)，所述潜航器主体(1)具有收容舱，所述起落架(6)铰接安装在收容舱内，所述滑跳板(3)安装在起落架(6)上。

3.如权利要求2所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述起落架(6)包括伸缩脚(61)、活塞杆(62)、撑杆(63)以及安装座(64)；所述伸缩脚(61)与安装座(64)铰接，所述伸缩脚(61)靠近底端的位置与撑杆(63)铰接，所述伸缩脚(61)底端设置有连接杆(65)，所述撑杆(63)的另一端与安装座(64)铰接，所述活塞杆(62)与安装座(64)连接，所述活塞杆(62)还与伸缩脚(61)的顶端铰接，所述安装座(64)固定安装于所述潜航器主体(1)内部，所述滑跳板(3)与所述伸缩脚(61)底端的连接杆(65)固定安装。

4.如权利要求3所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述伸缩脚(61)的顶端与安装座(64)铰接，所述伸缩脚(61)靠近底端的位置与撑杆(63)的一端铰接，所述活塞杆(62)的一端与安装座(64)连接，所述活塞杆(62)的另一端与伸缩脚(61)的顶端连接，所述撑杆(63)的另一端与安装座(64)铰接，所述安装座(64)固定安装于所述潜航器主体(1)内部。

5.如权利要求3所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述滑跳板(3)上设置有安装耳(31)，所述连接杆(65)穿过安装耳(31)并与安装耳(31)固定连接。

6.如权利要求1所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述潜航器主体(1)中段处设置有驱动机构(7)，所述驱动机构(7)装设于所述潜航器主体(1)内部，且所述驱动机构(7)的转轴与可折叠机翼(2)连接，所述驱动机构(7)带动可折叠机翼(2)运动。

7.如权利要求1所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述滑跳式无人潜航器还包括撞击部(8)，所述撞击部(8)装设于所述潜航器主体(1)头部。

8.如权利要求1所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述滑跳式无人潜航器还包括通信和探测组件(9)，所述通信和探测组件(9)包括通信装置和探测装置，所述通信设置和探测装置与舰艇的通信系统通信连接。

9.如权利要求8所述的滑跳式无人潜航器，其特征在于，所述潜航器主体(1)内部具有耐压腔，所述通信和探测组件(9)装设于所述耐压腔内。

10.如权利要求1-9任一项所述的滑跳式无人潜航器的使用方法，其特征在于，

当所述滑跳式无人潜航器在水面航行时，所述发动机(5)伸出于潜航器主体(1)外部并启动给潜航器主体(1)提供推力，促使滑跳式无人潜航器在空中快速飞行，所述推进器(4)不工作，所述可折叠机翼(2)在潜航器主体(1)上展开，给滑跳式无人潜航器提供升力，

所述滑跳板(3)从潜航器主体(1)内伸出，所述滑跳板(3)会在水上冲浪，滑跳板(3)和水面发生碰撞和挤压受到水的作用力F，使滑跳板(3)弹跳；

或，在所述滑跳式无人潜航器完全入水前，所述可折叠机翼(2)在潜航器主体(1)上呈收起状态，所述滑跳板(3)回缩进潜航器主体(1)内部，滑跳式无人潜航器完全入水后，所述推进器(4)启动推进滑跳式无人潜航器在水下快速航行。