[发明专利]一种基于推进翼的可垂直起降跨介质飞行器及其控制系统

说明书

本发明公开了一种基于推进翼的可垂直起降跨介质飞行器及其控制系统，包括机身，机身的前端和后端处分别设有前翼组件和后翼组件，前翼组件，包括前左舷侧可旋转推进翼、前右舷侧可旋转推进翼；后翼组件，包括后左舷侧可旋转推进翼、后右舷侧可旋转推进翼；可旋转推进翼通过轴承和轴支座与固定于机身上的转轴配合，该推进翼翼型后缘嵌入横流风机，可旋转推进翼能够在旋转机构的控制下独立倾转，横流风机转速能够独立控制。本发明公开的可垂直起降跨介质飞行器的机翼具有较大升力，同时能提供推力，具有良好的气动和水动性能，可实现垂直起降、空中飞行、水下航行和水/空介质跨越等飞行功能。

技术领域

本发明属于推进翼跨介质飞行器领域，涉及一种基于推进翼的可垂直起降跨介质飞行器及其控制系统。

背景技术

跨介质飞行器因为兼具飞行器的空中飞行和航行器的水下航行的能力，在空中救援、水下探测、反潜等领域具备重要的应用前景。

为了实现空中飞行、水下航行和水/空介质过渡的运动能力，跨介质飞行器的结构较为复杂。如专利（公开日：2020.08.18，公开号：CN111547238A；公开日：2021.08.31，公开号：CN113320676A；公开日：2021.09.17，公开号：CN214215400U）等，现有的跨介质飞行器的动力系统多为旋翼、涵道螺旋桨和固定翼的组合形式。多套动力系统会对跨介质飞行器的结构重量、机动性和飞行效率产生较大负担，限制其空中飞行和水下航行的能力。同时，常规的水下航行器需要浮力调节装置来平衡重力和浮力，使得航行器能够正常航行，但是又会限制跨介质飞行器在空中的飞行能力。

推进翼作为一种新概念机翼，具有短距/垂直起降、低速性能良好、载荷大和失速迎角大等优点。如专利（公开日：2012.05.10，公开号：US20120111994A1）中提出的推进翼短距起降飞行器。推进翼由横流风机、主翼型和导流板组成。其中，横流风机嵌入翼型后缘，横流风机高速旋转会在机翼上形成水平和竖直方向的气动力，在推动飞行器前飞的同时提供较大的升力。

风扇翼与推进翼在结构和工作原理上有一些相似之处，如专利（公开日：2003.03.04，公开号：US6527229B1）中的风扇翼，三角形固定翼的前缘放置一个大尺寸的横流风机，横流风机的旋转可以在固定翼上形成升力和推力。专利（公开日：2019.08.20，公开号：CN209274896U）中提出了一种提出了一种倾转摆线风扇翼装置、倾转摆线风扇翼飞行器；专利（公开号：CN204750567U）公开了一种高速风扇翼飞行器。这些基于风扇翼设计的飞行器效率较低、性能不佳。传统布局风扇翼飞行器无法实现垂直起降。利用摆线桨实现垂直起降的结构过于复杂，重量大，可靠性低。专利（公开日：2021.07.09，公开号：CN113086143A）和（公开日：2021.07.09，公开号：CN113085460A）提出了基于风扇翼的水下多用途航行器。风扇翼可以为航行器提供两个方向的水动力，提高航行器的操纵性。同时风扇翼在竖直方向的水动力还可以与浮力抵消，简化航行器的浮力调节装置。但是风扇翼的载荷较小，这种风扇翼航行器无法实现空中飞行和垂直起降等功能。

上述专利基于推进翼和风扇翼设计了飞行器和水下航行器，但是无法兼顾垂直起降、空中飞行、水下航行和水/空介质跨越等功能。因此，设计一种采用单一推进系统的跨介质飞行器，既可以实现空中飞行和水下航行，又可以进行多次的水/空介质跨越，具有重要的战略意义和应用价值。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种基于推进翼的新型可垂直起降跨介质飞行器，解决了现有技术中跨介质飞行器推进系统复杂和推进翼飞行器不可直接实现垂直起降的问题。