仿生系列跨介质新概念飞行器气水动布局设计

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1、第六届中国航空学会青年科技论坛’：仿生系列跨介质新概念飞行器气水动布局设计姜碗贾重任卢芳春中国特种飞行器研究所，湖北荆门摘要：跨介质新概念飞行器的布局设计需要同时满足气动力学和水动力学的要求，由于空气和水的密度相差了倍，如何能使布局方案同时适应在这两种差异极大的介质中运行就成为了该类飞行器的设计难点。为了解决上述问题，通过分析常规飞行器和水下航行器的共同点和差异，同时引人仿生学的设计理念，完成了仿旗鱼外形可倾转旋翼跨介质飞行器和仿飞鱼外形可旋转组合式机翼跨介质飞行器的气、水动布局设计，分析了两种布局方案在跨介质使用时的优缺

2、点，并对其技术可行性进行了综合评估。研究发现提出的仿生系列跨介质新概念飞行器气、水，动布局基本合理一定的技术可行性但由于所采用的变体方式具有、结构强度等因素的限制主要适用于中小型，，，跨介质飞行器的设计。关键词：跨介质新概念飞行器；气动布局；水动布局；仿生学中图分类号：文献标识码：，：，，—，—，；；；送等任务。跨介质无人飞行器可与潜艇、水面目舰艇等装备配套’用于执行跨海空的情报收集、跨介质新概念飞行器是由飞行器、水下航侦察监视、通信中继、电子对抗等任务从而，行器等多专业集成设计的既可在空中飞行使海军的网络信息化作战能力得

3、到进一，步的提，又可在近水面飞行，还能在水下潜行的多功能升。，—体化新型装备。跨介质有人飞行器能利鉴于跨介质飞行器具有重要的军事价值和用各种探测设备的盲区一，切换海空运行模式来广阔的应用前景，国内外各主要军事强国直躲避敌方的监视，以非常规的方式实现隐身作在从事跨介质新概念飞行器研究，重点围绕跨战，，可用于执行海上侦察、打击、特种兵力投介质有人飞行器和跨介质无人飞行器两仿生系列跨介质新概念飞行器气水动布局设计大研究方向进行了展开取得了一系列的研究介质飞行器设计的难点。，…成果。但由于跨介质飞行器核心技术专（跨介质使用动力能源

4、和推进系统适配业覆盖面广、技术难度大，国内外在该领域的方案研究基本上都还处于总体概念设计、关键技跨介质飞行器的使用环境复杂，对动力能术攻关和样机验证阶段，尚未有国家成功研源和推进系统也提出了较高的要求。飞行器、制出具有工程实用价值的产品。本项研究旨船舶、潜艇等常见的空中、水面和水下航行器在通过分析常规飞行器和水下航行器的共同一般采用单一的动力推进系统且不同类型运，点同时引入仿生学的设计理念一，提出种载器的动力推进系统差别较大，无法满足跨介，或多种在空中和水下这两种不同流体中都具质使用的需要。例如飞机、舰船的发动机的介备良好

5、运行能力的跨介质新概念飞行器气而潜艇水下运行时一般采用电池或、质为空气，水动布局方案并使其可通过一定形式的结核动力采用单一的动力系统无法实现在不同，，构变体和控制切换来实现跨介质运动模式的介质中迅速切换并提供持续和稳定的动力。在自由转换推进装置方面，由于航空推进和水下推进装置。的设计机理差别较大，较为明显的是空中和水跨介质飞仃器的技术难点和设计原贝〗下螺旋桨翼型和尺寸有很大的区别，因此不宜统是飞行器的心脏，要研制跨介质飞行器就必跨介质新概念飞行器涉及的关键技术主要须解决其动力和推进问题。有以下几个方面。（跨介质飞行器控制策

6、略跨介质使用的气、水动布局综合设计首先，在跨介质飞行器的任务包线中，流跨介质飞行器需要在空气和水这两种不同体的密度和流动状态是变化的，因此涉及到如介质中运行，空气和水的密度又差别很大，约何解决多流体动力学稳定航行控制的问题。其相差倍以上，因此，该飞行器需要同时兼次，由于空气和水的密度差异较大，无线电波顾不同介质条件下的航行模式。而不同的工作从空气传输到水下时会衰减得很厉害，因此作模式对飞行器布局形式的要求不同，飞行器不用距离非常有限，需要集成水下无人航行器的同的气、动布局形式又直接决定了飞行器的控制技术。另外，由于跨介质飞

7、行器需要不时运行性能。为保证跨介质飞行器在空中飞行、地变换构型，增加了控制系统的设计复杂度。近水面飞行、出人水和水下潜行模式下均保持为了实现跨介质多栖飞行器在不同介质中的多较好的性能，就需要综合考虑飞行器和水下潜模式控制和安全运行，需要解决跨介质飞行器航器的布局特点，开展新的适宜跨介质飞行器的控制策略问题。的气、动布局设计。（跨介质小型缩比样机演示验证可变构型轻质耐压结构与水密封设计为了对跨介质飞行器的初步技术方案、技空中飞行时，飞行器重量要求很轻，而在术难点的解决途径和功能系统的可行性进行验水下潜行时，潜航器的重量又要求

8、较重，因此，证，有必要进行小型缩比样机演示验证试验，跨介质飞行器的结构设计既要满足飞机机体重主要包括小型缩比样机研制和综合试验验证两还要具备一定的耐压能力量轻的要求。同时，方面。小型缩比样机研制包括可变构型机构设，要想获得良好的空中飞行性能，往往需要设计计和加工、小型飞行器整体成形加工、可变构较大的升力