[发明专利]水空两栖航行器的仿生变形机翼及其入水控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水空两栖航行器机翼，尤其涉及一种跨水空航行器变形机翼及航行器入水过程中机翼的控制策略。

背景技术

水空两栖航行器是介于空气和水之间运动的新概念跨介质航行器，既可以在空中飞行又可以在水下潜行的多功能一体化新型装备。它能够切换水空运行模式躲避敌方的监视，以非常规的方式实现隐身作战。可用于执行情报搜集、海上侦查、通信中继、电子对抗、海洋反恐等军事任务，也可用于海洋资源勘探、气象测量、生态系统检测等民用任务。

国内外对水空两栖航行器的研究主要还处在总体概念设计、关键技术攻关和样机验证阶段，尚未有国家成功研制出真正意义上的跨介质两栖航行器。水空两栖航行器的工作状态一般包括四个过程：干飞，入水，水下航行及出水。目前针对水空两栖航行器入水过程的控制策略大多采用降低飞行高度贴近水面飞行，然后通过改变浮力等各种方法缓慢潜入水下，因此航行器从空中完全进入水下的时间相对较长，所以，实现质航行器快速高效的跨越不同介质界面的新技术方案还有待提出。

翠鸟在我国广泛分布，主要以捕食鱼类为生，他能够准确定位到水中的鱼虾，迅速从空中俯冲入水，如火箭一样平稳的穿入水中，飞行速度可达100km/h，并能深入到水下三四十厘米的地方觅食。总结来说，翠鸟在入水捕食过程中拥有以下特点：它可顺应周边环境以不同的俯冲角度快速跨越气液界面，通过改变飞行姿态及翼展变化在俯冲入水过程中获得最佳水气动性能并保持飞行及入水稳定性，同时其独特的入水姿态及翼展形态变化极大的降低了入水时的阻力和冲击力。

发明内容

本发明的目的是提供一种水空两栖航行器的仿生变形机翼及仿生变形机翼的入水控制方法。本发明能够同时满足跨介质航行器常规的空中飞行及快速俯冲入水要求，并在保证航行器入水过程稳定性的前提下最大程度的减少入水阻力及冲击力，从而实现航行器快速高效稳定的跨越水空界面。

本发明受翠鸟入水捕食过程中翅翼变形方式和入水策略的启发，设计了一种新型的仿生变形机翼，并提供了一种入水控制方法。

本发明之水空两栖航行器的仿生变形机翼包括初级机翼、次级机翼、初级可控伸缩机构、次级可控伸缩机构、可控旋转机构、折叠蒙皮、机身及机身内的控制和驱动系统，初级机翼前缘一端通过第二铰链连接可控旋转机构，初级机翼前缘另一端通过第一铰链连接次级机翼，初级可控伸缩机构一端固定在初级机翼内，初级可控伸缩机构另一端通过第二销钉安装在可控旋转机构表面滑道内，次级可控伸缩机构一端固定在初级机翼内，次级可控伸缩机构另一端通过第一销钉安装在次级机翼端面滑道内，折叠蒙皮分别将初级机翼翼面和次级机翼翼面以及初级机翼翼面和机身缝合，其折叠蒙皮能随着初级机翼和次级机翼的相对伸展和收缩而伸展和折叠，可控旋转机构安装在机身内并通过第二铰链和初级可控伸缩机构与初级机翼连接，可控旋转机构为齿轮驱动的定轴转动机构或其他可实现此功能的机构，通过定轴旋转实现整体机翼攻角的改变；机身内的控制和驱动系统控制初级可控伸缩机构、次级可控伸缩机构和可控旋转机构工作。

初级机翼及次级机翼选用小展弦比翼型，材料可选用碳纤维增强复合材料、玻璃钢等高强度、高质量比的材料，次级机翼翼展长度大于或等于初级机翼翼展长度，初级机翼根部端面与机翼前缘夹角A为45°～60°，初级机翼另一端面与机翼前缘的夹角B为70°～110°；次级机翼根部端面与机翼前缘夹角C为20°～60°；当初级机翼和次级机翼前缘平齐时，初级机翼与次级机翼端面之间的夹角D为30°～60°。机身的两侧均布置初级机翼与次级机翼，两侧的初级机翼与次级机翼对称设置。

所述的初级可控伸缩机构和次级可控伸缩机构为液压伸缩杆或电动伸缩杆或铰链连杆伸缩机构，此实例中选用液压伸缩杆。

所述的折叠蒙皮选用柔性橡胶折叠材料或其他材料。

伸展收缩原理：

次级机翼相对于初级机翼伸展收缩原理是：次级机翼端面开有滑道，次级可控伸缩机构一端固定在初级机翼内，另一端通过第一销钉安装在次级机翼端面滑道内，当次级可控伸缩机构伸长或收缩时，次级可控伸缩机构一端的第一销钉相对次级机翼端面滑道作直线运动，从而带动次级机翼绕前缘第一铰链相对于初级机翼转动，从而实现次级机翼的伸展和收缩；初级机翼相对于机身轴线伸展收缩原理同次级机翼相对于初级机翼伸展收缩原理。

仿生变形机翼的入水控制方法：