一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311172477.3 | 申请日 | 2023-09-12 |
| 公开(公告)号 | CN117246503A | 公开(公告)日 | 2023-12-19 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 耿玺; 门小凡; 童晟翔; | 第一发明人 | 耿玺 |
| 权利人 | 南京航空航天大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 南京航空航天大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省南京市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省南京市秦淮区御道街29号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：210016 |
| 主IPC国际分类 | B64C3/56 | 所有IPC国际分类 | B64C3/56 ; B60F5/02 ; B64C5/06 ; B64C5/00 ; B63G8/22 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 南京苏高专利商标事务所 | 专利代理人 | 李淑静; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可变展长伸缩机翼的跨介质 飞行器 ，包括 机身 、鸭式前翼、可伸缩机翼、垂直 尾翼 、倒置V形尾翼、尾推螺旋桨和吸排 水 沉浮系统，鸭式前翼包括左右两个，对称安装在机身的前部两侧；可伸缩机翼包括左右两个，对称安装在机身的前部两侧，鸭式前翼之后；垂直尾翼安装在机身尾部上侧；倒置V形尾翼安装在机身尾部下侧；尾推螺旋桨安装在机身尾部，为跨介质飞行器提供空中和水下行进的动 力 ；吸排水沉浮系统安装在机身内部，用于实现跨介质飞行器在水下上浮或下潜。本发明通过变构型设计有效降低了水面 滑行 和水下潜航阻力，具有空中机动飞行、水面平稳过渡、水下稳定潜航的两栖跨介质航行能力。 | ||
| 权利要求 | 1.一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器，其特征在于，包括：机身(1)、鸭式前翼(2)、可伸缩机翼(3)、垂直尾翼(4)、倒置V形尾翼(5)、尾推螺旋桨(6)和吸排水沉浮系统(7)，其中： |
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| 说明书全文 | 一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器技术领域[0001] 本发明涉及跨介质飞行器领域，具体涉及一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器。 背景技术[0002] 现代战争中，空中飞行器，航速快，机动性能优；而水下潜航，隐蔽性高、突防性强。因此，结合二者优点的跨介质飞行器在现代战争中独具战略意义。 [0003] 但是，由于水空跨介质飞行器核心技术覆盖的专业领域广、技术难点大，涉及到水下、空中两种介质，在总体布局、结构形式、控制系统等方面与传统飞行器和航行器均有不同。 [0004] 现有的跨介质飞行器多为常规布局飞行器(机翼+尾翼)或者折叠机翼式飞行器，常规布局飞行器其俯仰操纵能力偏弱，尤其在速度较低的跨介质阶段，因此对载荷质量分布的配置有更为精确的要求，灵活性偏弱。折叠机翼式飞行器，在跨介质阶段，机翼将向后向内折叠，此过程中全机重心的纵向位置将发生明显变化，不利于跨介质阶段的平稳进行。 [0005] 为实现空中高速飞行，同时兼顾水下高速航行，因此设计一款水下低阻力、高动力的可变构型的跨介质飞行器是十分必要的。 发明内容[0006] 发明目的：针对现有技术的问题，本发明提供一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器，是一种可伸缩机翼式鸭式布局跨介质飞行器，在兼顾空中飞行和水下航行效率的同时，具有更高的纵向操纵能力和更稳定的跨介质过渡过程。 [0007] 技术方案：一种可变展长伸缩机翼的跨介质飞行器，包括：机身、鸭式前翼、可伸缩机翼、垂直尾翼、倒置V形尾翼、尾推螺旋桨和吸排水沉浮系统，其中： [0009] 所述可伸缩机翼包括左右两个机翼，对称安装在所述机身的前部两侧，并位于所述鸭式前翼的后侧，所述可伸缩机翼在水下潜航时伸缩，在空中飞行时展开； [0010] 所述垂直尾翼安装在所述机身尾部上侧； [0011] 所述倒置V形尾翼安装在所述机身尾部下侧； [0012] 所述尾推螺旋桨安装在所述机身尾部，为跨介质飞行器提供空中和水下行进的动力； [0013] 所述吸排水沉浮系统安装在所述机身内部，用于实现跨介质飞行器在水下上浮或下潜。 [0014] 进一步地，每个所述可伸缩机翼分为三段，分别为根部翼段、中部翼段、梢部翼段，梢部翼段可收缩至中部翼段内，中部翼段可收缩至根部翼段内。 [0016] 进一步地，所述可伸缩机翼沿与所述机身内部的调节机构平动来改变机翼的形态，在水下潜航时机翼收缩进根部翼段，减小阻力；在空中飞行时机翼展开至稍部翼段，提供升力。 [0017] 进一步地，所述跨介质飞行器在水中上浮或下潜的操纵方式包括： [0018] 通过所述鸭式前翼和倒置V形尾翼改变舵偏进而实现该跨介质飞行器在空中的纵向操纵； [0019] 通过所述鸭式前翼改变舵偏，所述吸排水沉浮系统吸水排水进而实现该跨介质飞行器在水中的纵向操纵； [0020] 通过所述垂直尾翼和倒置V形尾翼改变舵偏进而实现该跨介质飞行器在空中的横航向操纵； [0021] 通过所述垂直尾翼和倒置V形尾翼改变舵偏进而实现该跨介质飞行器在水中的横航向操纵。 [0022] 进一步地，所述机身下侧外形仿照滑行艇经过改型，用于水面滑行。 [0023] 进一步地，所述尾推螺旋桨为水空两用螺旋桨，实现该跨介质飞行器在空中或水下的推进。 [0024] 进一步地，所述吸排水沉浮系统运用注射器的原理实现注水及排水，用于实现跨介质飞行器在水下上浮或下潜。 [0025] 进一步地，所述吸排水沉浮系统包括：抽水外壳、轴承固定件、轴承、小齿轮、轴、齿条、活塞、大齿轮，大齿轮和小齿轮连接于轴上，轴承位于轴与轴承固定件之间，当所述吸排水沉浮系统排水时，通过电机传动，大齿轮顺时针转动，同轴的小齿轮同样顺时针转动，带动齿条向一侧平动，将抽水外壳腔内的水通过侧边小孔挤压出去，实现排水，完成跨介质飞行器在水下上浮。 [0026] 进一步地，在该跨介质飞行器由空中进入水中的过程中，通过调节所述鸭式前翼和所述垂直尾翼使所述机身接近水面，然后依靠所述机身下侧仿照滑行艇的改型，进行水面低速滑行，入水前，所述可伸缩机翼向内收缩，所述尾推螺旋桨改变转速，所述鸭式前翼和所述垂直尾翼改变舵偏使该跨介质飞行器低头，所述吸排水沉浮系统快速注水，使该跨介质飞行器实现安全、稳定入水。 [0028] 有益效果： [0029] (1)本发明的可变构型跨介质飞行器，针对水下和空中不同的工况条件下的不同航行需求，将左右两个机翼设置为可变展长的伸缩机翼，兼顾空中飞行和水中航行效率的作用，入水时机翼收缩，降低阻力，配合前翼和垂直尾翼改变偏舵，实现安全稳定入水。 [0030] (2)本发明的可变构型跨介质飞行器，尾推螺旋桨安装在机身的尾部，大幅减重，有利于跨介质续航和机动性能。机身下侧仿照滑行艇的改型，有利于水面滑行，从而有利于强度刚度设计。 [0031] (3)本发明的可变构型跨介质飞行器，跨介质入水和出水过程采用水面滑行过渡的方式，有利于强度刚度设计，有利于多次执行任务时频繁的入水出水需求。 [0032] (4)本发明的可变构型跨介质飞行器，采用紧凑且精巧的结构设计和系统布置，结合轻量化复合材料，能够有效实现水下和空中的跨介质运动，在保证跨介质飞行器整体轻量化的基础之上，还具有良好的环境适应性和隐蔽性，可广泛应用于多种军用和民用作业场景。附图说明 [0033] 图1是本发明实施例提供的跨介质飞行器在空中飞行时的结构示意图； [0034] 图2是本发明实施例提供的跨介质飞行器在水下航行时的结构示意图； [0035] 图3是本发明实施例提供的跨介质飞行器的伸缩机翼外部结构示意图； [0036] 图4是本发明实施例提供的跨介质飞行器的伸缩机翼内部结构示意图； [0037] 图5是本发明实施例提供的跨介质飞行器吸排水沉浮系统外部结构示意图； [0038] 图6是本发明实施例提供的跨介质飞行器吸排水沉浮系统内部结构示意图； [0039] 附图标记说明： [0040] 1‑机身、2‑鸭式前翼、3‑可伸缩机翼、4‑垂直尾翼、5‑倒置V形尾翼、6‑尾推螺旋桨、7‑吸排水沉浮系统、31‑根部翼段、32‑中部翼段、33‑稍部翼段、34‑绞盘、35‑弹簧、36‑限位片、37‑绳索、38‑动滑轮、71‑抽水外壳、72‑轴承固定件、73‑轴承、74‑小齿轮、75‑轴、76‑齿条、77‑活塞、78‑大齿轮。 具体实施方式[0041] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。 [0042] 在本文描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。 [0043] 在本文描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0044] 在本文描述中，需要理解的是，术语“中央”、“前部”、“内部”、“水平”、“竖直”、“顺时针”、“两边”等指示的方位或位置关系均基于附图所示的方位或位置关系，各个“轴向”是基于当前阐述的零部件定义的，而不是暗示或指示零部件必须具有的方位或位置，因此不应理解为对本发明范围的限制。 [0045] 针对开发高性能的跨介质飞行器的迫切需求，本发明实施例提供一种可变构型的跨介质飞行器，如图1和图2所示，图1是依照本发明实施例的可变构型的跨介质飞行器在空中飞行时的结构示意图，图2是依照本发明实施例的可变构型的跨介质飞行器在水下航行时的结构示意图，该跨介质飞行器包括机身1、鸭式前翼2、可伸缩机翼3、垂直尾翼4、倒置V形尾翼5、尾推螺旋桨6和吸排水沉浮系统7。 [0046] 其中，所述鸭式前翼2包括左右两个，对称安装在所述机身1的前部两侧。所述可伸缩机翼3包括左右两个机翼，对称安装在所述机身1的前部两侧，鸭式前翼之后，每个可伸缩机翼3分为三段，通过两个调节机构实现伸缩与展开。所述垂直尾翼4安装在所述机身1尾部上侧。所述倒置V形尾翼5安装在所述机身1尾部下侧。所述尾推螺旋桨6安装在机身尾部，为跨介质飞行器提供空中和水下行进的动力。所述吸排水沉浮系统7安装在所述机身1内部，用于实现跨介质飞行器在水下上浮或下潜。 [0047] 在本发明实施例中，跨介质飞行器主体部分和螺旋桨均采用轻量化复合材料，并采用紧凑且精巧的结构设计和系统布置，有效的实现了水下和空中的跨介质运动。同时具有良好隐蔽性，可广泛应用于多种军/民用领域。 [0048] 在本发明实施例中，如图3和图4所示，所述可伸缩机翼3包括三个翼段，即根部翼段31、中部翼段32、梢部翼段33，通过两两之间的调节机构实现伸缩与展开，梢部翼段33可收缩至中部翼段32内，中部翼段32可收缩至根部翼段31内。所述可伸缩机翼3沿调节机构平动来改变机翼的形态，在水下潜航时机翼伸缩至根部翼段31，减小阻力；在空中飞行时机翼正常展开至稍部翼段33，提供升力。根据本发明的实施方式，机翼伸缩通过绳索牵引实现，绞盘34安装于根部翼段31内，动滑轮38安装于梢部翼段33内。机翼收缩时，驱动电机带动绞盘34逆时针转动，收紧绳索37，通过动滑轮38带动梢部翼段33向内收缩，同时压紧弹簧35,当梢部翼段33根部接触限位片36后，将带动中部翼段32一起继续向内收缩，直至中部翼段和梢部翼段均收缩进根部翼段31内。机翼伸长时，驱动电机带动绞盘34顺时针转动，释放绳索37，弹簧35将推动梢部翼段33向外伸出，当梢部翼段33的翼根接触中部翼段32的翼梢时，将带动中部翼段32一起继续向外伸出，直到中部翼段32和梢部翼段33完全展开。 [0049] 在发明实施例中，通过所述鸭式前翼2和倒置V形尾翼5改变舵偏进而实现该跨介质飞行器在空中的纵向操纵，鸭式前翼舵面上偏，V形尾翼舵面下偏，产生抬头力矩，反之产生低头力矩，从而实现纵向控制；通过所述鸭式前翼2改变舵偏，所述吸排水沉浮系统7吸水排水进而实现该跨介质飞行器在水中的纵向操纵，鸭式前翼舵面上偏，沉浮系统略微排水，产生净抬头力矩，反之产生净低头力矩，从而实现纵向控制；通过所述垂直尾翼4和倒置V形尾翼5改变舵偏进而实现该跨介质飞行器在空中和水中的横航向操纵，垂直尾翼舵面右偏，产生右偏航力矩，反之产生左偏航力矩，从而进行航向控制，V形尾翼舵面左侧下偏，右侧上偏，产生正滚转力矩，反正产生负滚转力矩，从而进行横向控制。 [0051] 在本发明实施例中，如图5和图6所示，所述吸排水沉浮系统7运用注射器的原理实现注水及排水。更进一步地，大齿轮78和小齿轮74连接于轴75上，轴承73位于轴75与轴承固定件72之间。当所述吸排水沉浮系统7排水时，通过电机传动，大齿轮78顺时针转动，同轴的小齿轮74同样顺时针转动，带动齿条76和活塞77向左平动，将抽水外壳71腔内的水通过左边小孔挤压出去，实现排水，完成跨介质飞行器在水下上浮；反之，当所述吸排水沉浮系统7吸水时，通过电机传动，大齿轮78逆时针转动，同轴的小齿轮74同样逆时针转动，带动齿条76和活塞77向右平动，将外部的水通过左边小孔吸入外壳71腔体内，实现吸水，完成跨介质飞行器在水下下沉。 [0052] 在该跨介质飞行器由空中进入水中的过程中，通过调节鸭式前翼2和垂直尾翼4使机身1接近水面，然后依靠机身下侧仿照滑行艇的改型，进行水面低速滑行，入水前，可伸缩机翼3向内收缩，尾推螺旋桨6改变转速，鸭式前翼2和垂直尾翼4改变舵偏使该跨介质飞行器低头，吸排水沉浮系统7快速注水，使该跨介质飞行器实现安全、稳定入水。 [0053] 本发明通过变构型设计有效降低了水面滑行和水下潜航阻力，具有空中机动飞行、水面平稳过渡、水下稳定潜航的两栖跨介质航行能力。且跨介质入水和出水过程采用水面滑行过渡的方式，有利于强度刚度设计，有利于多次执行任务时频繁的入水出水需求。能够进行水中和空中的环境探测，提升我国海洋环境立体监测和探测水平，也可应用于海上紧急搜救。 |
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