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CN114435045A - 一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构 - Google Patents

一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构 Download PDF

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CN114435045A
CN114435045A CN202210109642.XA CN202210109642A CN114435045A CN 114435045 A CN114435045 A CN 114435045A CN 202210109642 A CN202210109642 A CN 202210109642A CN 114435045 A CN114435045 A CN 114435045A
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CN
China
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wing
air
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water
main wing
Prior art date
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Application number
CN202210109642.XA
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段慧玲
李宏源
司博文
吕鹏宇
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Peking University
Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Original Assignee
Peking University
Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
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Abstract

本公开涉及水空跨介质航行器技术领域，提供了一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，包括：桶形支撑骨架；主翼片伸缩机构，连接于所述桶形支撑骨架，具有关于所述桶形支撑骨架的轴线左右对称的两个可展开或收缩的主翼片；副翼片伸缩机构，连接于所述主翼片伸缩机构，具有关于所述桶形支撑骨架的轴线左右对称的两个可展开或收缩的副翼片。与现有技术相比较，本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，具有高度自动化的优点，除可以单独使用外，还可以作为一个功能模块，整合在相关的自动化设备当中，尤其是在水空跨介质航行器中，使得水空跨介质航行器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。

Description

一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构
技术领域
本公开涉及水空跨介质航行器技术领域，尤其涉及一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构。
背景技术
我国海洋安全面临水下国门洞开威胁，建立完备的海陆空天一体化立体观测体系迫在眉睫。传统的海洋立体观测体系很大程度上需要依赖于 AUV、UUV、水下滑翔机、潜标等水下观测设备，或者无人船、波浪能滑翔器、浮标等水面观测设备，以及无人机、卫星等空中观测设备，然而，传统的海洋立体观测体系存在成本高、观测范围有限、布放过程复杂和布放不及时缺点。
水空跨介质航行器兼具AUV、无人船和无人机的优点，可以通过跨越不同介质的形式，实现水下、水面、空中的三维立体化的动态探测，对于维护国家海洋安全具有重要的意义。建造水空跨介质航行器是培育壮大航空及海洋新兴产业，实现绿色低碳发展，服务航空强国、海洋强国建设的有力支撑，研究适应多介质环境的跨介质航行器已成为海洋强国和军事强国的重要发展方向。
但是，对于水空跨介质航行器设计来说，其水动力设计和空气动力学设计存在矛盾，这是因为在空中航行时，必须有空翼来提供升力，而在水中潜行时，为了追求更低的阻力与更快的航行速度，是不需要空翼的。
因此，发明一种可以收缩的可变体空翼机构来应用于水空跨介质航行器是十分必要的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种能够在工作时完全展开，在不工作时完全收缩的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本公开采用的技术解决方案如下：
一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，包括：桶形支撑骨架 1；主翼片伸缩机构2，连接于所述桶形支撑骨架1，具有关于所述桶形支撑骨架1的轴线左右对称的两个可展开或收缩的主翼片7；副翼片伸缩机构3，连接于所述主翼片伸缩机构2，具有关于所述桶形支撑骨架1的轴线左右对称的两个可展开或收缩的副翼片12。
上述方案中，所述主翼片伸缩机构2还包括一个上骨架连接夹4、一个下骨架连接夹5、两个主翼片拉杆6、两个支撑翼片8和两个第一同步带轮9，其中：所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5设置于所述桶形支撑骨架1内部且可沿平行于所述桶形支撑骨架1轴线的方向运动；所述两个主翼片7的第一端分别通过一个主翼片拉杆6可旋转地连接于所述上骨架连接夹4，所述两个主翼片7的第二端分别连接于一个副翼片12；所述两个支撑翼片8的第一端分别连接于所述下骨架连接夹5，所述两个支撑翼片8的第二端分别通过一个第一同步带轮9连接于一个主翼片7；所述两个第一同步带轮9分别设置于所述两个主翼片7且靠近所述两个主翼片7的第一端。
上述方案中，所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度运动时，所述上骨架连接夹4将使所述主翼片拉杆6绕其进行旋转，所述下骨架连接夹5将使所述支撑翼片8绕其进行旋转，进而使得固定在所述主翼片拉杆6上的所述主翼片7收缩或展开。所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度相向运动时，所述主翼片7展开。所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度反向运动时，所述主翼片7收缩。
上述方案中，所述副翼片伸缩机构3还包括两个第二同步带轮10和两个副翼片轴端11，其中：所述第二同步带轮10固定于所述主翼片7的第二端；所述副翼片12通过所述副翼片轴端11连接于所述第二同步带轮 10，进而实现所述副翼片12与所述主翼片7的连接。
上述方案中，所述副翼片伸缩机构3工作时，当所述支撑翼片8相对所述主翼片7旋转一定角度，所述支撑翼片8将驱动与其相连接的所述第一同步带轮9旋转相同的角度，进而带动所述第二同步带轮10旋转相同的角度，使得与所述第二同步带轮10通过所述副翼片轴端11相连接的所述副翼片12也旋转相同的角度。在旋转过程中，所述副翼片12与所述支撑翼片8始终保持平行状态。
上述方案中，该可变体空翼机构具有空翼展开与空翼收缩两种工作状态，且可在这两种工作状态中自由切换，其中：所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度相向运动时，触发所述主翼片伸缩机构2工作，使主翼片7展开，同时也触发副翼片伸缩机构3工作，使副翼片12 展开，完成整个空翼展开的工作流程；所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度反向运动时，触发所述主翼片伸缩机构2工作，使主翼片7收缩，同时也触发副翼片伸缩机构3工作，使副翼片12收缩，完成整个空翼收缩的工作流程。
(三)有益效果
本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，具有以下有益效果：
1、本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，是针对水下、水面和空中三种不同的工况条件下的不同航行需求，基于折展机构理论进行设计的，具有空翼展开与空翼收缩两种工作状态，且可在这两种工作状态中自由切换，使得水空跨介质航行器能够满足不同工况条件下在水下、水面和空中不同介质中高速行驶的需求。
2、本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，上骨架连接夹4和下骨架连接夹5以相同速度相向运动时，触发主翼片伸缩机构 2工作，使主翼片7展开，同时也触发副翼片伸缩机构3工作，使副翼片 12展开，完成整个空翼展开的工作流程；上骨架连接夹4和下骨架连接夹 5以相同速度反向运动时，触发主翼片伸缩机构2工作，使主翼片7收缩，同时也触发副翼片伸缩机构3工作，使副翼片12收缩，完成整个空翼收缩的工作流程，进而使得可变体空翼机构能够在展开与收缩两种工作状态中自由切换，并能够有效地实现水空跨介质航行器在空中快速飞行和水下安全隐身。
3、本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，上骨架连接夹4和下骨架连接夹5以相同速度运动时，上骨架连接夹4将使主翼片拉杆6绕其进行旋转，下骨架连接夹5将使支撑翼片8绕其进行旋转，进而使得固定在主翼片拉杆6上的主翼片7收缩或展开，进而使得可变体空翼机构能够在展开与收缩两种工作状态中自由切换，并能够有效地实现水空跨介质航行器在空中快速飞行和水下安全隐身。
4、本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，副翼片伸缩机构3工作时，当支撑翼片8相对主翼片7旋转一定角度，支撑翼片 8将驱动与其相连接的第一同步带轮9旋转相同的角度，进而带动第二同步带轮10旋转相同的角度，使得与第二同步带轮10通过副翼片轴端11 相连接的副翼片12也旋转相同的角度，进而使得可变体空翼机构能够在两种工作状态中自由切换，并能够有效地实现水空跨介质航行器在空中快速飞行和水下安全隐身。
5、本公开提供的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，与现有技术相比较，具有高度自动化的优点，除可以单独使用外，还可以作为一个功能模块，整合在相关的自动化设备当中，尤其是在水空跨介质航行器中，使得水空跨介质航行器在保证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，同时进行水下、水面和空中的环境探测，提升我国海洋环境立体监测和探测水平，也可应用于海上或空中的紧急搜救。
附图说明
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：
图1是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构展开后的结构示意图；
图2是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构工作时的结构示意图；
图3是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构收缩后的结构示意图；
图4是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构工作时的结构示意图；
图5是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构展开后的仰视图；
图6是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构工作时的仰视图；
图7是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构收缩后的仰视图；
图8是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构在副翼片伸缩机构工作时主翼片的剖视图；
图9是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构在副翼片伸缩机构展开后主翼片的剖视图；
图10是依照本公开实施例的装备了可变体空翼机构的水空跨介质航行器在空翼展开后的示意图；
图11是依照本公开实施例的装备了可变体空翼机构的水空跨介质航行器在空翼工作时的示意图；
图12是依照本公开实施例的装备了可变体空翼机构的水空跨介质航行器在空翼收缩后的示意图。
附图标记：1-桶形支撑骨架、2-主翼片收缩机构、3-副翼片收缩机构、 4-上骨架连接夹、5-下骨架连接夹、6-主翼片拉杆、7-主翼片、8-支撑翼片、 9-第一同步带轮、10-第二同步带轮、11-副翼片轴端、12-副翼片。
具体实施方式
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。
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。
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。
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。
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。
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。
针对水下、水面和空中三种不同的工况条件下的不同航行需求，并基于折展机构理论，本公开实施例提供了一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，如图1、图2和图3所示，图1是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构展开后的结构示意图，图2是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构工作时的结构示意图，图3是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构收缩后的结构示意图。
本公开实施例提供的这种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构包括：桶形支撑骨架1，该桶形支撑骨架1可完美适配水空跨介质航行器的设计；主翼片伸缩机构2，连接于所述桶形支撑骨架1，具有关于所述桶形支撑骨架1的轴线左右对称的两个可展开或收缩的主翼片7；副翼片伸缩机构3，连接于所述主翼片伸缩机构2，具有关于所述桶形支撑骨架1的轴线左右对称的两个可展开或收缩的副翼片12。
如图4、图5、图6和图7所示，图4是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构工作时的结构示意图，图5是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构展开后的仰视图，图6是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构工作时的仰视图，图7 是依照本公开实施例的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中主翼片伸缩机构收缩后的仰视图。在本公开实施例提供的这种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构中，所述主翼片伸缩机构2除了包括两个可展开或收缩的主翼片7以外，还包括一个上骨架连接夹4、一个下骨架连接夹 5、两个主翼片拉杆6、两个支撑翼片8和两个第一同步带轮9。
如图4和图6所示，所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5设置于所述桶形支撑骨架1内部且可沿平行于所述桶形支撑骨架1轴线的方向运动。所述两个主翼片7的第一端分别通过一个主翼片拉杆6可旋转地连接于所述上骨架连接夹4，所述两个主翼片7的第二端分别连接于一个副翼片12。所述两个支撑翼片8的第一端分别连接于所述下骨架连接夹5，所述两个支撑翼片8的第二端分别通过一个第一同步带轮9连接于一个主翼片7，其中第一同步带轮9显示于图8中，两个第一同步带轮9分别设置于所述两个主翼片7且靠近所述两个主翼片7的第一端。
根据本公开的实施例，所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度运动时，所述上骨架连接夹4将使所述主翼片拉杆6绕其进行旋转，所述下骨架连接夹5将使所述支撑翼片8绕其进行旋转，进而使得固定在所述主翼片拉杆6上的所述主翼片7收缩或展开。
根据本公开的实施例，所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度相向运动时，所述主翼片7展开，如图5所示。所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度反向运动时，所述主翼片7收缩，如图7所示。
如图8和图9所示，所述副翼片伸缩机构3除了包括两个可展开或收缩的副翼片12以外，还包括两个第二同步带轮10和两个副翼片轴端11，其中：所述第二同步带轮10固定于所述主翼片7的第二端；所述副翼片 12通过所述副翼片轴端11连接于所述第二同步带轮10，进而实现所述副翼片12与所述主翼片7的连接。
根据本公开的实施例，所述副翼片伸缩机构3工作时，当所述支撑翼片8相对所述主翼片7旋转一定角度，所述支撑翼片8将驱动与其相连接的所述第一同步带轮9旋转相同的角度，进而带动所述第二同步带轮10 旋转相同的角度，使得与所述第二同步带轮10通过所述副翼片轴端11相连接的所述副翼片12也旋转相同的角度。在旋转过程中，所述副翼片12 与所述支撑翼片8始终保持平行状态。
根据本公开的实施例，该可变体空翼机构具有空翼展开与空翼收缩两种工作状态，且可在这两种工作状态中自由切换，如图10至图12所示，图10至图12分别示出了依照本公开实施例的装备了可变体空翼机构的水空跨介质航行器在空翼展开后、空翼工作时及空翼收缩后的示意图。所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度相向运动时，触发所述主翼片伸缩机构2工作，使主翼片7展开，同时也触发副翼片伸缩机构3 工作，使副翼片12展开，完成整个空翼展开的工作流程，如图10所示。所述上骨架连接夹4和所述下骨架连接夹5以相同速度反向运动时，触发所述主翼片伸缩机构2工作，使主翼片7收缩，同时也触发副翼片伸缩机构3工作，使副翼片12收缩，完成整个空翼收缩的工作流程，如图11和图12所示。
本公开实施例提供的这种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，与现有技术相比较，具有高度自动化的优点，除可以单独使用外，还可以作为一个功能模块，整合在相关的自动化设备当中，尤其是在水空跨介质航行器中，使得水空跨介质航行器在保证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，同时进行水下、水面和空中的环境探测，提升我国海洋环境立体监测和探测水平，也可应用于海上或空中的紧急搜救。
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。
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。

Claims (9)

1.一种用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，包括：
桶形支撑骨架(1)；
主翼片伸缩机构(2)，连接于所述桶形支撑骨架(1)，具有关于所述桶形支撑骨架(1)的轴线左右对称的两个可展开或收缩的主翼片(7)；
副翼片伸缩机构(3)，连接于所述主翼片伸缩机构(2)，具有关于所述桶形支撑骨架(1)的轴线左右对称的两个可展开或收缩的副翼片(12)。
2.根据权利要求1所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述主翼片伸缩机构(2)还包括一个上骨架连接夹(4)、一个下骨架连接夹(5)、两个主翼片拉杆(6)、两个支撑翼片(8)和两个第一同步带轮(9)，其中：
所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)设置于所述桶形支撑骨架(1)内部且可沿平行于所述桶形支撑骨架(1)轴线的方向运动；
所述两个主翼片(7)的第一端分别通过一个主翼片拉杆(6)可旋转地连接于所述上骨架连接夹(4)，所述两个主翼片(7)的第二端分别连接于一个副翼片(12)；
所述两个支撑翼片(8)的第一端分别连接于所述下骨架连接夹(5)，所述两个支撑翼片(8)的第二端分别通过一个第一同步带轮(9)连接于一个主翼片(7)；
所述两个第一同步带轮(9)分别设置于所述两个主翼片(7)且靠近所述两个主翼片(7)的第一端。
3.根据权利要求2所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)以相同速度运动时，所述上骨架连接夹(4)将使所述主翼片拉杆(6)绕其进行旋转，所述下骨架连接夹(5)将使所述支撑翼片(8)绕其进行旋转，进而使得固定在所述主翼片拉杆(6)上的所述主翼片(7)收缩或展开。
4.根据权利要求3所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)以相同速度相向运动时，所述主翼片(7)展开。
5.根据权利要求3所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)以相同速度反向运动时，所述主翼片(7)收缩。
6.根据权利要求3所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述副翼片伸缩机构(3)还包括两个第二同步带轮(10)和两个副翼片轴端(11)，其中：
所述第二同步带轮(10)固定于所述主翼片(7)的第二端；
所述副翼片(12)通过所述副翼片轴端(11)连接于所述第二同步带轮(10)，进而实现所述副翼片(12)与所述主翼片(7)的连接。
7.根据权利要求6所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，所述副翼片伸缩机构(3)工作时，当所述支撑翼片(8)相对所述主翼片(7)旋转一定角度，所述支撑翼片(8)将驱动与其相连接的所述第一同步带轮(9)旋转相同的角度，进而带动所述第二同步带轮(10)旋转相同的角度，使得与所述第二同步带轮(10)通过所述副翼片轴端(11)相连接的所述副翼片(12)也旋转相同的角度。
8.根据权利要求7所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，在旋转过程中，所述副翼片(12)与所述支撑翼片(8)始终保持平行状态。
9.根据权利要求2或3所述的用于水空跨介质航行器的可变体空翼机构，其特征在于，该可变体空翼机构具有空翼展开与空翼收缩两种工作状态，且可在这两种工作状态中自由切换，其中：
所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)以相同速度相向运动时，触发所述主翼片伸缩机构(2)工作，使主翼片(7)展开，同时也触发副翼片伸缩机构(3)工作，使副翼片(12)展开，完成整个空翼展开的工作流程；
所述上骨架连接夹(4)和所述下骨架连接夹(5)以相同速度反向运动时，触发所述主翼片伸缩机构(2)工作，使主翼片(7)收缩，同时也触发副翼片伸缩机构(3)工作，使副翼片(12)收缩，完成整个空翼收缩的工作流程。
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