水空两栖航行器的仿生变形机翼及其入水控制方法技术

本发明专利技术公开了一种水空两栖航行器的仿生变形机翼及其入水控制方法，其包括初级机翼、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、机身及其内的控制和驱动系统，初级机翼前缘一端通过铰链连接可控旋转机构，另一端通过铰链连接次级机翼，初级可控伸缩机构一端固定在初级机翼内另一端通过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另一端通过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。本发明专利技术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、减少入水阻力及冲击力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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：当水空两栖航行器在空中正常飞行时，通过控制和驱动系统控制初级可控伸缩机构和次级可控伸缩机构伸长至初级机翼前缘和次级机翼前缘平齐及前缘后掠角接近0°，增大水空两栖航行器翼展以提升升力，并通过控制可控转动机构改变机翼攻角以调节空中飞行状态；当水空两栖航行器俯冲入水时，通过控制和驱动系统控制初级可控伸缩机构及次级可控伸缩机构先后收缩，
减小初级机翼前缘与机身轴线夹角E及次级机翼端面与初级机翼端面夹角D，从而缩小水空两栖航行器翼展，改变航行器气动外形，并通过控制可控转动机构改变机翼攻角以增加或减小水空两栖航行器入水角度及保持飞行稳定性；当水空两栖航行器接触水面时，初级机翼前缘与机身轴线夹角E及次级机翼端面与初级机翼端面夹角D基本收缩为0°，此时水空两栖航行器机翼已基本收缩至设定的最小值，水对水空两栖航行器的阻力及冲击力相对达到最小值；当水空两栖航行器完全进入水下后，通过控制可控旋转机构控制水空两栖航行器机翼在水下的攻角以调整水下航行姿态及保持水下航行稳定性；所述水空两栖航行器入水角度是指航行器机身轴线与水面的夹角。本专利技术的有益效果：该专利技术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。附图说明图1为本专利技术在常规飞行时的结构示意图。图2为本专利技术的伸展驱动原理示意图。图3为本专利技术的可控旋转机构结构示意图。图4为本专利技术在俯冲入水时的结构示意图具体实施方式如图1至图4所示，本专利技术之水空两栖航行器的仿生变形机翼包括初级机翼2、次级机翼3、初级可控伸缩机构5、次级可控伸缩机构6、可控旋转机构7、折叠蒙皮4、机身1及机身内的控制和驱动系统，初级机翼2前缘一端通过第二铰链11连接可控旋转机构7，初级机翼2前缘另一端通过第一铰
链10连接次级机翼3，初级可控伸缩机构5一端固定在初级机翼2内，初级可控伸缩机构5另一端通过第二销钉15安装在可控旋转机构7表面滑道13内，次级可控伸缩机构6一端固定在初级机翼2内，次级可控伸缩机构6另一端通过第一销钉14安装在次级机翼3端面滑道12内，折叠蒙皮4分别将初级机翼2翼面和次级机翼3翼面以及初级机翼2翼面和机身1缝合，其折叠蒙皮4能随着初级机翼2和次级机翼3的相对伸展和收缩而伸展和折叠，可控旋转机构7安装在机身1内并通过第二铰链11和初级可控伸缩机构5与初级机翼2连接，如图3所示，可控旋转机构7为齿轮驱动的定轴16转动机构或其他可实现此功能的机构，通过定轴16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5、次级可控伸缩机构6和可控旋转机构7工作。初级机翼2及次级机翼3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3翼展长度大于或等于初级机翼2翼展长度，初级机翼2根部端面与机翼前缘夹角A为45°～60°，初级机翼2另一端面与机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：包括初级机翼(2)、次级机翼(3)、初级可控伸缩机构(5)、次级可控伸缩机构(6)、可控旋转机构(7)、折叠蒙皮(4)、机身(1)及机身内的控制和驱动系统，初级机翼(2)前缘一端通过第二铰链(11)连接可控旋转机构(7)，初级机翼(2)前缘另一端通过第一铰链(10)连接次级机翼(3)，初级可控伸缩机构(5)一端固定在初级机翼(2)内，初级可控伸缩机构(5)另一端通过第二销钉(15)安装在可控旋转机构(7)表面滑道(13)内，次级可控伸缩机构(6)一端固定在初级机翼(2)内，次级可控伸缩机构(6)另一端通过第一销钉(14)安装在次级机翼(3)端面滑道(12)内，折叠蒙皮(4)分别将初级机翼(2)翼面和次级机翼(3)翼面以及初级机翼(2)翼面和机身(1)缝合，其折叠蒙皮(4)能随着初级机翼(2)和次级机翼(3)的相对伸展和收缩而伸展和折叠，可控旋转机构(7)安装在机身(1)内并通过第二铰链(11)和初级可控伸缩机构(5)与初级机翼(2)连接，可控旋转机构(7)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(5)、次级可控伸缩机构(6)和可控旋转机构(7)工作；机身(1)的两侧均布置初级机翼(2)与次级机翼(3)，两侧的初级机翼(2)与次级机翼(3)对称设置。...

【技术特征摘要】
1.一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：包括初级机翼(2)、次级机翼(3)、初级可控伸缩机构(5)、次级可控伸缩机构(6)、可控旋转机构(7)、折叠蒙皮(4)、机身(1)及机身内的控制和驱动系统，初级机翼(2)前缘一端通过第二铰链(11)连接可控旋转机构(7)，初级机翼(2)前缘另一端通过第一铰链(10)连接次级机翼(3)，初级可控伸缩机构(5)一端固定在初级机翼(2)内，初级可控伸缩机构(5)另一端通过第二销钉(15)安装在可控旋转机构(7)表面滑道(13)内，次级可控伸缩机构(6)一端固定在初级机翼(2)内，次级可控伸缩机构(6)另一端通过第一销钉(14)安装在次级机翼(3)端面滑道(12)内，折叠蒙皮(4)分别将初级机翼(2)翼面和次级机翼(3)翼面以及初级机翼(2)翼面和机身(1)缝合，其折叠蒙皮(4)能随着初级机翼(2)和次级机翼(3)的相对伸展和收缩而伸展和折叠，可控旋转机构(7)安装在机身(1)内并通过第二铰链(11)和初级可控伸缩机构(5)与初级机翼(2)连接，可控旋转机构(7)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(5)、次级可控伸缩机构(6)和可控旋转机构(7)工作；机身(1)的两侧均布置初级机翼(2)与次级机翼(3)，两侧的初级机翼(2)与次级机翼(3)对称设置。2.根据权利要求1所述的一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：所述的可控旋转机构(7)为齿轮驱动的定轴(16)转动机构，通过定轴(16)旋转实现整体机翼攻角的改变。3.根据权利要求1所述的一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：所述的初级机翼(2)及次级机翼(3)选用小展弦比翼型。4.根据权利要求1所述的一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：所述的初级机翼(2)及次级机翼(3)的材质为碳纤维增强复合材料或玻璃钢。5.根据权利要求1所述的一种水空两栖航行器的仿生变形机翼，其特征在于：所述次级机翼(3)翼展长度大于或等于初级机翼(2)翼展长度。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成春，吴正阳，张秀梅，岳永丽，刘燕，韩志武，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22