一种水空两用航行器的制作方法

专利2022-05-09  1


本发明涉及新型两栖航行器技术领域,特别是涉及一种水空两用航行器。



背景技术:

随着航行器与飞行器技术的不断发展,单一功能的航行器越来越难以满足军、民用领域的各种需求。能够实现空中飞行与水下潜行的两栖航行器可以借助水体实现红外与雷达隐身,即具有水遮蔽性,由此更易实现战术突然性,使其作战方式灵活多变,能在一定程度上适应日益趋向于“多维化”、“一体化”的复杂战场环境。

三角翼布局具有升力系数大,三角翼内部可利用空间大的优点,在保证升力的同时具有较大的载重能力。当下的三角翼航行器与水下航行器多依靠舵面来控制姿态,但研究表明,航行器所受到阻力有70%来自舵面,因此取消舵面成提高航行器航速的一个有效方法。舵面的存在使得航行器在水中有较大的声呐反射面积,同时还会产生较大的噪声;又使得航行器在空中有着较大的雷达反射面积,因此取消舵面对提升航行器的隐匿能力具有重要意义。

使用推力矢量技术是实现无舵面的重要方式。矢量喷管作为推力矢量技术的关键部件主要包括机械式与气动式。其中,机械式矢量喷管研究相对成熟,但存在机械结构复杂、自重较大、可靠性低的问题;近年来,流体推力矢量喷管逐渐以结构简单、工作可靠等优势受到各国的重视,其中双喉道流体推力矢量喷管(dtn)具有可产生较大矢量角,流量可调等优势。

因此,采用三角翼布局、通过推力矢量技术实现两栖航行的无舵面航行器有着一体化程度高,机动性强的优点,很有设计的必要。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种水空两用航行器,使其使用一种构型即可实现水中航行与空中飞行。本发明采用三角翼布局,适应空中飞行的同时适应水下航行,采用推力矢量技术实现姿态控制,取消舵面,减小阻力。本发明结构简单,外形简洁,无舵面,一体化程度高并且可实现水空两栖。

为实现以上技术目的,本发明将采用以下技术方案:

一种水空两用航行器,包括呈三角翼布局的机身,所述机身的前端顶点处开设有至少一个进气/进水口,所述进气/进水口往所述机身内部延伸形成相应的进气/进水道,所述进气/进水道的内部设有增压装置,所述进气/进水道的工质出口端连接有至少一个发动机,所述发动机的工质进口端连接所述进气/进水道的工质出口端;

所述发动机的工质出口端通过转接段连接有至少一个二元推力矢量喷管;

所述发动机,所述转接段以及所述二元推力矢量喷管均设置在所述机身内部。

进一步的,所述机身的前端顶点处开设有一个进气/进水口,该进气/进水口往所述机身内部延伸形成一个进气/进水道,该进气/进水道的工质出口端连接有一个发动机,该发动机的轴线与所述进气/进水道的轴线重合,并且该发动机的工质出口端通过转接段连接有三个出口截面几何中心共线的二元推力矢量喷管,其中,

一个所述二元推力矢量喷管为主喷管,另外两个所述二元推力矢量喷管为副喷管,所述副喷管对称设置在所述主喷管的两侧,所述主喷管的轴线与所述两个副喷管的轴线共面,并且所述主喷管的轴线与所述发动机的轴线共线。

进一步的,所述机身的前端顶点处开设有一个进气/进水口,该进气/进水口往所述机身内部延伸形成一个进气/进水道,该进气/进水道的工质出口端连接有三个发动机,其中,

一个发动机为主发动机,所述主发动机设置在中间,并且所述主发动机的轴线与所述进气/进水道的轴线共线,另外两个发动机为副发动机,所述副发动机对称设置所述主发动机两侧;

所述发动机的工质出口端通过所述转接段均连接有一个二元推力矢量喷管,并且该二元推力矢量喷管的轴线与相连接的发动机轴线共线,其中,所述主发动机连接的二元推力矢量喷管为主喷管,所述副发动机连接的二元推力矢量喷管为副喷管。

进一步的,所述机身的前端顶点处开设有三个进气/进水口,该三个进气/进水口往所述机身内部延伸形成三个进气/进水道,每一个进气/进水道的工质出口端均连接有一个发动机,每一个发动机的工质出口端均通过所述转接段连接有一个二元推力矢量喷管,所述的三个二元推力矢量喷管的出口截面几何中心共线,并且其中,一个二元推力矢量喷管设置在中间,为主喷管,另外两个二元推力矢量喷管对称设置主喷管的两侧,为副喷管。

进一步的,所述机身的截面为流线型,所述机身的翼展w与所述机身的长度l满足:1.6≤w/l≤2.3;

所述机身的前缘后掠角α与所述机身的后缘后掠角β满足:32°≤α≤45°,0°≤β≤12°;

所述主喷管的出口高度h与所述副喷管的出口高度h满足0.38≤h/h≤0.43。

进一步的,所述主喷管的轴线与所述副喷管的轴线之间的距离为d,所述距离d与所述机身的翼展w满足:0.21≤d/w≤0.32。

进一步的,所述主喷管产生的推力占总推力的72%~78%;所述两个副喷管产生的推力总和占总推力的22%~28%;

所述主喷管的流量占总流量的72%~78%,所述两个副喷管的流量总和占总流量的22%~28%,且两个副喷管的流量相等。

本发明的有益效果是:

1、本发明能够通过一种构型实现水空两栖,具有更广的适用范围与应用场景。

2、本发明采用三角翼布局,具有一体化程度高、升阻比大的特点,同时又能保证在水中具有较小的阻力。

3、本发明采用多喷管布局,单个喷管工作模态单一,控制简单,操作性强。

4、本发明取消舵面的设计使得航行器一体化程度进一步提高,同时减小了在介质中的阻力。

5、本发明具有一定隐身性能,在军事应用上,可借助水体实现红外隐身。

附图说明

图1为实施例1中水空两用航行器的结构示意图,其中,w为翼展;l为机身长度;d为主喷管与副喷管轴线之间的距离;α为前缘后掠角;β为后缘后掠角。

图2为实施例1中水空两用航行器的后视图,其中h为主喷管出口高度;h为副喷管出口高度。

图3为实施例2中水空两用航行器的结构示意图。

图4为本发明提供的水空两用航行器的竖直剖面图,其中θ为副喷管轴线与航行器水平截面夹角。

图5为本发明提供的水空两用航行器的竖直剖面图,其中λ为主喷管轴线与航行器水平截面夹角。

附图中:

1-机身、2-进气/进水道、3-增压装置、4-发动机、401-主发动机、402-副发动机、5-转接段、601-主喷管、602-副喷管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1和图2,本实施例1提供一种水空两用航行器,该航行器的机身1为一个具有流线型截面的三角翼,其翼展w与机身长度l满足1.6≤w/l≤2.3,前缘后掠角为α,后缘后掠角为β,且满足32°≤α≤45°,0°≤β≤12°,包括:

一个进气/进水口,该进气/进水口往所述机身内部延伸形成一个进气/进水道2,进气/进水道2内部设有增压装置3,进气/进水道2的后方连接有发动机4,发动机4具体是连接进气/进水道2的工质出口端,发动机4位于机身1内部,其轴线与进气/进水道2轴线重合。发动机4在航行器处于空中飞行状态时以空气为工质工作;在航行器处于水下航行状态时以水为工质工作。

发动机4通过其工质出口端将工质排入转接段,再通过转接段排入相应的二元推力矢量喷管中,并且通过航行器中飞行控制系统的调节,使二元推力矢量喷管分别处于对应的工作状态,实现对航行器姿态的控制。

具体的说,在本实施例中,发动机4的工质出口端通过转接段固定连接有三个出口截面几何中心共线的二元推力矢量喷管,其中,一个二元推力矢量喷管为主喷管601,为航行器提供动力,同时控制航行器的偏航姿态;另外两个二元推力矢量喷管为副喷管602,副喷管602对称设置在主喷管601的两侧,控制航行器的俯仰与滚转姿态。主喷管601的轴线与两个副喷管602的轴线共面,并且主喷管601的轴线与发动机4的轴线共线。转接段5的进口形状与发动机4的工质出口端形状相适应,转接段5的出口形状与二元推力矢量喷管进口形状相匹配。

具体的说,在本实施例中,三个二元推力矢量喷管组成推力矢量喷管阵列,推力矢量喷管阵列和转接段5构成尾部推力矢量系统,尾部推力矢量系统中各喷管中主流与产生矢量的次流均来自于喷管进口,喷管进口连接发动机的涡轮。推力矢量喷管阵列在航行器姿态调整时,对应喷管处于矢量或非矢量状态。在航行器处于定速巡航状态时,主喷管601与副喷管602均处于非矢量状态,产生向后的推力;航行器调整偏航姿态时,副喷管602处于非矢量状态,主喷管601在水平面内对应方向的推力矢量;航行器调整俯仰姿态时,主喷管601处于非矢量状态,副喷管602在竖直面内产生对应的推力矢量;航行器进行滚转时,主喷管601处于非矢量状态,副喷管602在竖直面内产生方向相反的推力矢量,即顺时针滚转,左侧的副喷管602推力矢量向下,右侧的副喷管602推力矢量向上;逆时针滚转刚好相反。

为确保航行器的机动性能,推力矢量喷管阵列中各喷管的流量与距离应满足:主喷管601产生的流量占总流量的72%~78%;两个副喷管602产生的流量总和占总流量的22%~28%;如图2所示,副喷管602轴线与主喷管轴线601平行共面,主喷管601轴线与副喷管602轴线距离为d,d与翼展w满足0.21≤d/w≤0.32,且d/w随着主喷管601流量的增大而增大。

更具体的说,在本实施例中,因为主喷管601产生的流量占总流量的72%~78%;两个副喷管602产生的流量总和占总流量的22%~28%,因此,主喷管601产生的推力占总推力的72%~78%,两个副喷管602产生的推力总和占总推力的22%~28%。

更具体的说,在本实施例中,选用二元双喉道流体推力矢量喷管(dtn),为确保各喷管的流量与所产生的推力满足上述关系,主喷管的1喉道面积s1与副喷管的1喉道面积s2满足0.15≤s1/s2≤0.18;其出口布置方向如图2所示,主喷管601的2喉道高度h与副喷管602的2喉道高度h满足0.38≤h/h≤0.43。

实施例2

参见图3,本实施例提供一种水空两用航行器,本实施例是在实施例1基础之上的改进方案,具体改进点为:本实施例的进气/进水道2的工质出口端连接有三个发动机,其中,

一个发动机为主发动机401,主发动机401设置在中间,并且主发动机401的轴线与进气/进水道2的轴线共线,另外两个发动机为副发动机402,副发动机402对称设置主发动机401两侧;

发动机的工质出口端通过转接段均连接有一个二元推力矢量喷管,并且该二元推力矢量喷管的轴线与相连接的发动机轴线共线,其中,主发动机401连接的二元推力矢量喷管为主喷管601,副发动机402连接的二元推力矢量喷管为副喷管602。

本实施例相对于实施例1,由一个发动机驱动改进为由三个发动机同时驱动,可通过改变发动机的工作状态调节各喷管推力占比。当航行器需要更大的滚转或俯仰力矩时,副发动机402进入加力工作状态,副喷管602推力增大;当航行器需要更大的偏航力矩时,主发动机401进入加力工作状态,主喷管601的推力增大。

实施例3

本实施例提供一种水空两用航行器,本实施例是在实施例2基础之上的改进方案,具体改进点为:本实施例机身的前端顶点处开设有三个进气/进水口,该三个进气/进水口往机身内部延伸形成三个进气/进水道,每一个进气/进水道的工质出口端均连接有一个发动机,每一个发动机的工质出口端均通过转接段连接有一个二元推力矢量喷管,这三个二元推力矢量喷管的出口截面几何中心共线,并且其中,一个二元推力矢量喷管设置在中间,为主喷管,另外两个二元推力矢量喷管对称设置主喷管的两侧,为副喷管。

参见图4,当本发明提供的航行器想要获得更好的空中短距离起降性能时,所述尾部推力矢量系统中,副喷管602轴线可向下倾斜,与航行器水平面呈一定角度,副喷管602轴线与航行器水平截面夹角θ的范围为6°~13°;参见图5,主喷管601轴线可向下倾斜,与航行器水平截面呈一定角度,主喷管601轴线与航行器水平截面夹角λ的范围为3°~8°,在提升航行器的短距离起降性能的同时,提高航行器在水中与空中航行时的抗失速性能。

本发明未详述之处,均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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