一种可变结构的跨介质飞行器

1.本公开涉及水空跨介质飞行器技术领域，尤其涉及一种可变结构的跨介质飞行器。


背景技术：

2.为了拓展现有飞行器的作业环境和应用范围，充分利用水下航行的高度隐蔽性和空中飞行的高机动性的优势，各国的航空科技人员开始把目光转移到具有水空两栖生存能力的水空跨介质飞行器上。
3.水空跨介质飞行器是综合飞机、潜艇优点的新型两栖多功能装备，能在空中和水下循环航行，并执行侦查、警戒、突防等军事任务和海洋资源探测、搜救、水质检测等民事任务，具有较高的机动性、隐蔽性和攻击性，有重要的军事和民用价值。
4.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。
5.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、高动力的可变结构的跨介质飞行器是十分必要的。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种可变结构的跨介质飞行器。
8.(二)技术方案
9.为了达到上述目的，本公开采用的技术解决方案如下：
10.一种可变结构的跨介质飞行器，该跨介质飞行器包括机身1、可折叠机翼2、可调节垂直尾翼3、可调节水平尾翼4、喷水推进装置5和可折叠螺旋桨6，其中：所述可折叠机翼2包括左右两个机翼，对称安装在所述机身1的前部两侧，通过与所述机身1连接的多自由度调节机构实现折叠与展开；所述可调节垂直尾翼3安装在所述机身1的尾部上侧，用于调整该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向；所述可调节水平尾翼4包括左右两个尾翼，对称安装在所述机身1的尾部两侧，用于实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜；所述喷水推进装置5安装在所述机身1的尾部，用于为该跨介质飞行器提供水下行进的动力；所述可折叠螺旋桨6安装在所述机身1的头部。
11.上述方案中，所述可折叠机翼2通过与所述机身1连接的多自由度调节机构实现折叠与展开，包括：所述可折叠机翼2绕与所述机身1连接的多自由度调节机构转动来改变机翼的形态，在水下潜行时机翼折叠于机身两侧，减小阻力；在空中飞行时机翼正常展开，提供升力。所述可折叠机翼2采用中空结构，用于实现快速注水及排水。
12.上述方案中，所述可调节垂直尾翼3通过绕与所述机身1连接的旋转轴转动来改变角度，实现该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向。
13.上述方案中，所述可调节水平尾翼4通过调节水平尾翼角度实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜，包括：所述可调节水平尾翼4通过绕与所述机身1连接的旋转轴转动来改变攻角角度，进而控制该跨介质飞行器在水中和空中的上升或下降。所述可调节水平尾翼4还通过调节自身的差动运动起到增加该跨介质飞行器横向稳定性的作用。
14.上述方案中，所述喷水推进装置5采用喷泵进行推进。
15.上述方案中，所述可折叠螺旋桨6采用双叶螺旋桨，在该跨介质飞行器入水时螺旋桨折叠收起，减小水下行驶阻力。
16.上述方案中，在该跨介质飞行器由空中进入水中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼4使所述机身1处于向下垂直于水面方向，此时所述可折叠螺旋桨6向所述机身1折叠以减少入水阻力和冲击，所述可折叠机翼2由展开状态折叠向所述机身1两侧以减少入水阻力和冲击，同时，由于所述可折叠机翼2采用中空结构，入水过程中机翼可快速注水，使该跨介质飞行器实现快速、稳定入水。
17.上述方案中，在该跨介质飞行器由水中到空中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼4使所述机身1处于向上垂直于水面方向，由所述喷水推进装置5提供动力使该跨介质飞行器完成出水，之后所述可折叠螺旋桨6完成展开，提供升力，所述可折叠机翼2快速排水，同时完成机翼展开。
18.(三)有益效果
19.本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，具有以下有益效果：
20.1、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，针对水下和空中不同的工况条件下的不同航行需求，基于折展机构理论设计了可折叠机翼和可折叠螺旋桨，其中可折叠机翼2对称安装在所述机身1的前部两侧，可折叠螺旋桨6安装在所述机身1的头部，通过可折叠机翼和可折叠螺旋桨实现了跨介质飞行器的变结构设计，有效降低了水下阻力，具有水下高速、高机动性以及空中高速飞行的两栖跨介质航行能力。
21.2、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，机翼和螺旋桨可自由折叠，减小水中航行阻力，提升续航能力，同时水下采用喷水推进装置，能够实现水下高速航行。
22.3、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器可折叠机翼采用中空结构，能够实现快速的注水和排水，更利于跨介质飞行器的入水和出水。
23.4、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，通过采用安装在机身尾部具有稳定性高、操作性好、噪声低且推进效率高的喷水推进装置，使得该跨介质飞行器在水下可高速航行。
24.5、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，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。
25.6、本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，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，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
26.本公开的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：
27.图1是依照本公开实施例的可变结构的跨介质飞行器在空中飞行时的结构示意图；
28.图2是依照本公开实施例的可变结构的跨介质飞行器在水下航行时的结构示意图。
29.附图标记：1-机身、2-可折叠机翼、3-可调节垂直尾翼、4-可调节水平尾翼、5-喷水推进装置、6-可折叠螺旋桨。
具体实施方式
30.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
31.下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
32.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本公开的描述中，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。
34.在本公开的描述中，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。
35.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
36.针对开发高性能的跨介质飞行器的迫切需求，本公开实施例提供一种可变结构的跨介质飞行器，如图1和图2所示，图1是依照本公开实施例的可变结构的跨介质飞行器在空中飞行时的结构示意图，图2是依照本公开实施例的可变结构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、可折叠机翼2、可调节垂直尾翼3、可调节水平
尾翼4、喷水推进装置5和可折叠螺旋桨6。
37.其中，所述可折叠机翼2包括左右两个机翼，对称安装在所述机身1的前部两侧，通过与所述机身1连接的多自由度调节机构实现折叠与展开。所述可调节垂直尾翼3安装在所述机身1的尾部上侧，用于调整该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向。所述可调节水平尾翼4包括左右两个尾翼，对称安装在所述机身1的尾部两侧，用于实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜。所述喷水推进装置5安装在所述机身1的尾部，用于为该跨介质飞行器提供水下行进的动力。所述可折叠螺旋桨6安装在所述机身1的头部。
38.在本公开的实施例中，本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，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，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。
39.在本公开的实施例中，所述可折叠机翼2通过与所述机身1连接的多自由度调节机构实现折叠与展开，包括：所述可折叠机翼2绕与所述机身1连接的多自由度调节机构转动来改变机翼的形态，在水下潜行时机翼折叠于机身两侧，减小阻力；在空中飞行时机翼正常展开，提供升力。可选地，所述可折叠机翼2采用中空结构，用于实现快速注水及排水，更利于跨介质飞行器的入水和出水。
40.在本公开的实施例中，所述可调节垂直尾翼3通过绕与所述机身1连接的旋转轴转动来改变角度，实现该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向。
41.在本公开的实施例中，所述可调节水平尾翼4通过调节水平尾翼角度实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜，包括：所述可调节水平尾翼4通过绕与所述机身1连接的旋转轴转动来改变攻角角度，进而控制该跨介质飞行器在水中和空中的上升或下降。同时，所述可调节水平尾翼4还通过调节自身的差动运动起到增加该跨介质飞行器横向稳定性的作用。
42.在本公开的实施例中，所述喷水推进装置5采用喷泵进行推进，通过采用安装在机身尾部具有稳定性高、操作性好、噪声低且推进效率高的喷水推进装置，使得该跨介质飞行器在水下可高速航行。
43.在本公开的实施例中，所述可折叠螺旋桨6采用双叶螺旋桨，在该跨介质飞行器入水时螺旋桨折叠收起，减小水下行驶阻力，提升续航能力。
44.在本公开的实施例中，通过采用可折叠机翼2和可折叠螺旋桨6实现了跨介质飞行器的变结构设计，有效降低了水下阻力，具有水下高速、高机动性以及空中高速飞行的两栖跨介质航行能力。
45.在本公开的实施例中，在该跨介质飞行器由空中进入水中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼4使所述机身1处于向下垂直于水面方向，此时所述可折叠螺旋桨6向所述机身1折叠以减少入水阻力和冲击，所述可折叠机翼2由展开状态折叠向所述机身1两侧以减少入水阻力和冲击，同时，由于所述可折叠机翼2采用中空结构，入水过程中机翼可快速注水，使该跨介质飞行器实现快速、稳定入水。
46.在本公开的实施例中，在该跨介质飞行器由水中到空中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼4使所述机身1处于向上垂直于水面方向，由所述喷水推进装置5提供动力使该跨介质飞行器完成出水，之后所述可折叠螺旋桨6完成展开，提供升力，所述可折叠机
翼2快速排水，同时完成机翼展开。
47.本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，针对水下和空中不同的工况条件下的不同航行需求，基于折展机构理论设计了可折叠机翼和可折叠螺旋桨，其中可折叠机翼2对称安装在所述机身1的前部两侧，可折叠螺旋桨6安装在所述机身1的头部，通过可折叠机翼和可折叠螺旋桨实现了跨介质飞行器的变结构设计，有效降低了水下阻力，具有水下高速、高机动性以及空中高速飞行的两栖跨介质航行能力。
48.本公开提供的可变结构的跨介质飞行器，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，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，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。
49.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
50.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，该跨介质飞行器包括机身(1)、可折叠机翼(2)、可调节垂直尾翼(3)、可调节水平尾翼(4)、喷水推进装置(5)和可折叠螺旋桨(6)，其中：所述可折叠机翼(2)包括左右两个机翼，对称安装在所述机身(1)的前部两侧，通过与所述机身(1)连接的多自由度调节机构实现折叠与展开；所述可调节垂直尾翼(3)安装在所述机身(1)的尾部上侧，用于调整该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向；所述可调节水平尾翼(4)包括左右两个尾翼，对称安装在所述机身(1)的尾部两侧，用于实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜；所述喷水推进装置(5)安装在所述机身(1)的尾部，用于为该跨介质飞行器提供水下行进的动力；所述可折叠螺旋桨(6)安装在所述机身(1)的头部。2.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可折叠机翼(2)通过与所述机身(1)连接的多自由度调节机构实现折叠与展开，包括：所述可折叠机翼(2)绕与所述机身(1)连接的多自由度调节机构转动来改变机翼的形态，在水下潜行时机翼折叠于机身两侧，减小阻力；在空中飞行时机翼正常展开，提供升力。3.根据权利要求2所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可折叠机翼(2)采用中空结构，用于实现快速注水及排水。4.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可调节垂直尾翼(3)通过绕与所述机身(1)连接的旋转轴转动来改变角度，实现该跨介质飞行器在空中或水下的行进方向。5.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可调节水平尾翼(4)通过调节水平尾翼角度实现该跨介质飞行器在水中上浮或下潜，包括：所述可调节水平尾翼(4)通过绕与所述机身(1)连接的旋转轴转动来改变攻角角度，进而控制该跨介质飞行器在水中和空中的上升或下降。6.根据权利要求5所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可调节水平尾翼(4)还通过调节自身的差动运动起到增加该跨介质飞行器横向稳定性的作用。7.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述喷水推进装置(5)采用喷泵进行推进。8.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，所述可折叠螺旋桨(6)采用双叶螺旋桨，在该跨介质飞行器入水时螺旋桨折叠收起，减小水下行驶阻力。9.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，在该跨介质飞行器由空中进入水中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼(4)使所述机身(1)处于向下垂直于水面方向，此时所述可折叠螺旋桨(6)向所述机身(1)折叠以减少入水阻力和冲击，所述可折叠机翼(2)由展开状态折叠向所述机身(1)两侧以减少入水阻力和冲击，同时，由于所述可折叠机翼(2)采用中空结构，入水过程中机翼可快速注水，使该跨介质飞行器实现快速、稳定入水。10.根据权利要求1所述的可变结构的跨介质飞行器，其特征在于，在该跨介质飞行器由水中到空中的过程中，通过调节所述可调节水平尾翼(4)使所述机身(1)处于向上垂直于
水面方向，由所述喷水推进装置(5)提供动力使该跨介质飞行器完成出水，之后所述可折叠螺旋桨(6)完成展开，提供升力，所述可折叠机翼(2)快速排水，同时完成机翼展开。

技术总结
本公开涉及一种可变结构的跨介质飞行器，包括机身、可折叠机翼、可调节垂直尾翼、可调节水平尾翼、喷水推进装置和可折叠螺旋桨。可折叠机翼包括左右两个机翼，对称安装在机身的前部两侧，通过多自由度调节机构实现折叠与展开。可调节垂直尾翼安装在机身的尾部上侧，用于调整跨介质飞行器在空中或水下的行进方向。可调节水平尾翼包括左右两个尾翼，对称安装在机身的尾部两侧，用于实现跨介质飞行器在水中上浮或下潜。喷水推进装置安装在所述机身的尾部，用于为跨介质飞行器提供水下行进的动力。可折叠螺旋桨安装在机身的头部。该跨介质飞行器通过变结构设计，有效降低了水下阻力，具有水下高速、高机动性以及空中高速飞行的两栖跨介质航行能力。介质航行能力。介质航行能力。


技术研发人员：李宏源 李超辉 段慧玲 吕鹏宇 李秉臻 廖明科
受保护的技术使用者：北京大学南昌创新研究院
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2022/5/25