CN108583875B - 一种潜空通用飞行器布局 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜空通用飞行器布局，包括机身,所述机身包括机身前段和机身后段，所述机身前端的两侧面上各自对称设置有一个折叠固定翼，所述折叠固定翼上设置有垂直升降装置，所述机身前段的正前方设置有用于平行推进的旋翼，所述机身后端设置有平尾和垂尾，所述机身上设置有用于在水中上浮和下潜的水密隔舱。本发明机舱下部的水密隔舱，有利于实现可重复下潜与上浮功能；机翼较大的上反角可以使得垂直起降装置的螺旋桨在启动前脱离水面，同时提供滚转稳定性，既能兼顾空中高低速飞行，减小入水冲击载荷和水下航行阻力，又能增大出水速度，完成多种运动状态的转换。

Description

一种潜空通用飞行器布局

技术领域

本发明涉及跨介质飞行器领域，具体来说涉及一种潜空通用飞行器布局。

背景技术

潜空通用飞行器（飞潜器）是指一种能够同时满足空中、水下和水面飞行或航行需求的新型装备，兼有飞机快速机动和潜艇隐蔽性高的特点，对国民经济、国防科技与军事应用具有重要意义。潜空通用飞行器的布局设计至关重要，要求同时具备较好的水下性能和空中性能，这种需求是流体力学需要解决的新问题。水和空气的密度相差800倍，粘性系数相差约100倍，雷诺数相差一个量级，浮力相差800倍，密度、速度、雷诺数和粘性的差别使得潜空通用飞行器的布局需要综合考虑水下航行和空中飞行的需要。然而飞行性能好的布局，可能水下航行阻力太大；水下航行性能好的布局，可能空中性能较差，因此布局方案需要解决好这个矛盾，主要在于机翼、机身构型与布局方式的设计问题。

此外，从水下进入空中或者从空中进入水下，潜空通用飞行器在起飞和降落过程中会遇到较为复杂的两相流、自由表面等问题，从而影响飞机姿态。当潜空通用飞行器部分在水下、部分进入空中时，作用在潜空通用飞行器上的力和力矩十分复杂而且多变，要控制好飞机姿态，不仅要精巧的设计布局和控制舵面，更需要强大而巧妙的控制系统。需要对这个过程中潜空通用飞行器的受力和力矩进行全面和准确的评估，这一直是计算流体力学处理跨介质飞行器的难题，通过试验来研究同样十分复杂。

目前国内外公开的关于潜空通用飞行器布局的文献较少，提出了潜射无人机概念，但潜射无人机只能算是一种低融合的潜空通用飞行器，潜射无人机本身不具备水下航行的能力，通常只能从水下发射离水，依靠浮筒发射，本身基本不与水发生接触。如美国发展的鸬鹚潜射无人机是目前报道最多的类似技术方案，该机采用弹射式发射、垂直起飞，机翼可折叠，只能单次出水，采用降落伞回收，不具备重复入水功能，也不具备水下或者水面航行功能。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种新型潜空通用无人机布局方案，发展运动可控、布局可行的可重复入水潜空通用飞行器，使得飞行器具有更灵活的跨介质飞行/航行方式；

本发明的另一个目的是提出一种可以使机身在入水、出水过程中保持姿态稳定的潜空通用飞行器布局；

本发明的再一个目的是提出一种兼有垂直起降、空中飞行和水下航行功能的潜空通用飞行器布局。采用混合动力系统，即油、电一体式混合动力系统，由一台航空发动机（涡轮喷气发动机或活塞式航空发动机）、发电机、电池、电机及螺旋桨构成。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种潜空通用飞行器布局，包括机身,所述机身包括机身前段和机身后段，所述机身前端的两侧面上各自对称设置有一个折叠固定翼，所述折叠固定翼上设置有垂直升降装置，所述机身前段的正前方设置有用于平行推进的旋翼，所述机身后端设置有平尾和垂尾，所述机身上设置有用于在水中上浮和下潜的水密隔舱。

在上述技术方案中，所述水密隔舱设置在机身前段。

在上述技术方案中，所述机身前段包括相互独立的两个舱体，设置在机身前段上部的仪器舱和设置在机身前端下部的水密隔舱。

在上述技术方案中，所述机身后段为管状结构，起连接与支撑作用。

在上述技术方案中，所述机身后段设置有用于水下推进的螺旋桨装置。

在上述技术方案中，所述折叠固定翼为具有上反角的上单翼。

在上述技术方案中，所述折叠固定翼包括翼梢小翼、主翼和翼根，所述翼梢小翼和主翼通过翼根与机身前段连接。

在上述技术方案中，所述翼梢小翼沿着主翼的伸展方向向主翼的内侧进行折叠。

在上述技术方案中，所述主翼的后缘上设置有襟翼。

在上述技术方案中，垂直升降装置设置在翼梢小翼于襟翼之间，垂直升降装置包括水平的安装件和设置在安装件两端对称布置的旋翼。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的潜空通用飞行器布局，机身采用适合水流与气流的流线型设计，可以降低空中飞行和水下航行的阻力。机舱上部与水隔绝，较好地保证了零部件和传感器等工作的可靠性，而机舱下部的水密隔舱，则有利于实现可重复下潜与上浮功能；

本发明提供的潜空通用飞行器布局，机翼较大的上反角可以使得垂直起降装置的螺旋桨在启动前脱离水面，同时提供滚转稳定性。既能兼顾空中高低速飞行，减小入水冲击载荷和水下航行阻力，又能增大出水速度，完成多种运动状态的转换；

本发明提供的潜空通用飞行器布局，机翼上安装的旋翼式垂直起降装置产生拉力，可以将机身和机翼抬离水面，使得潜空通用飞行器迅速达到起飞速度。还可与襟翼、平尾、垂尾配合提供控制力，尤其是在入水、出水过程中，保持姿态稳定性；

本发明提供的潜空通用飞行器布局，在垂直起降、空中飞行和水下航行功能的条件下，混合动力系统都可以提供很好的动力与能量保证，因而具有更灵活的飞行方式，并能够进一步提高其飞行效率和能源利用率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明潜空通用飞行器布局示意图；

图2为本发明潜空通用飞行器布局的中心剖视图；

图中，1、机身，11为机身前段，12为机身后段，111是仪器舱，112是水密隔舱；2、机翼，21是翼梢小翼，22是主翼，23是襟翼，24是翼根；3、平尾；4、垂尾；5、水下推进器；6、垂直升降装置，61是旋翼，62是安装件；7、前端旋翼。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例一

如图1和图2所示，飞行器的整体布局为具有整体呈流线型的近圆柱形机身1、外侧向后向内折叠的机翼2、起控制作用的平尾3和垂尾4、水下推进器5、垂直起降装置6以及前端旋翼7。

整个机身分为机身前段和机身后段，整个机身呈直线型，机身前段为适合水流与气流的流线型设计，包含仪器舱和水密隔舱，与水隔绝的仪器舱用来安装电源、通信、传感器等机载电子设备，水密隔舱则可以吸水或者排水，完成整机的下潜与上浮的操作。机身后段为长管状的连接与支撑件，内部可铺设导线与信号线，并在尾部安装平尾、垂尾与水下推进器；机身还配有辅助水平推进的前端旋翼。

本例中突破性的采用了水密隔舱的设计，使得飞行器通过水密隔舱的工作实现了整个飞行器在水中的上浮和下潜，一改传统的飞行器不能在水下自由升降的模式；并且通过在机身尾部设置的水下推进器，使得整个飞行器可以在水下前行，使得飞行器能更加隐蔽的工作在水下环境，增加了现有飞行器不能隐蔽的缺点。

本实施例中，所述机翼为外侧向后向内折叠的薄壁机翼，对称布置在机身的前段靠后部分的两侧，为带有较大上反角的上单翼，由向内折叠的翼梢小翼、主翼与翼根组成，设有后缘襟翼，整个机翼通过翼根与机身相连。在襟翼与翼梢小翼之间装有垂直起降装置，由对称布置的旋翼与水平的安装件构成。垂直起降装置与平尾、垂尾协同工作还可起到稳定姿态的作用，平尾与垂尾设计有控制舵面。

为了确保飞行器可重复入水、出水与水中潜伏，对于机身前段的两个舱体要采用密封设计，特别是仪器舱，要保证仪器舱的决定密封，不能因为进水从而导致整个控制系统失灵；水密隔舱的设计既需要满足下潜与上浮的需要，又能够应对水冲击力。

本例中因为要实现飞行器的垂直升级和潜水的操作，垂直升降装置中的主翼和机身设置有较大的上反角，翼梢小翼采用向主翼水平位置内折叠的设置，从而确保旋翼启动前脱离水面，同时提供滚转稳定性，并兼顾空中高低速飞行，减小入水冲击载荷和水下航行阻力，从而实现空中飞行与水下航行运动状态的转换。

本例中的仪器舱能安装的控制系统，可以通过控制平尾与垂尾上的控制舵面，可以实现俯仰与偏航方向的稳定性，可以通过控制水下推进器、垂直起降装置与前端旋翼组成混合动力系统，使得整机具有更灵活的飞行方式，并能够进一步提高飞行效率和能源利用率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种潜空通用飞行器布局，其特征在于包括机身,所述机身包括机身前段和机身后段；

所述机身前段包括相互独立的两个舱体，设置在机身前段上部的仪器舱和设置在机身前端下部的用于在水中上浮和下潜的水密隔舱，所述机身前端的两侧面上各自对称设置有一个具有上反角的折叠固定翼，所述机身前段的正前方设置有用于平行推进的旋翼；

所述折叠固定翼包括翼梢小翼、主翼和翼根，所述翼梢小翼和主翼通过翼根与机身前段连接，翼梢小翼与襟翼之间设置有垂直升降装置，所述垂直升降装置包括水平的安装件和设置在安装件两端对称布置的旋翼；

所述机身后段为管状结构，起连接与支撑作用，所述机身后端设置有平尾、垂尾和用于水下推进的螺旋桨装置。

2.根据权利要求1所述的一种潜空通用飞行器布局，其特征在于所述翼梢小翼沿着主翼的伸展方向向主翼的内侧进行折叠。

3.根据权利要求2所述的一种潜空通用飞行器布局，其特征在于所述主翼的后缘上设置有襟翼。

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