跨介质飞行器出入水装置静液驱动二次调节系统设计和分析

1

作者 刘念 王飞 孙德文 《机床与液压》 北大核心 2025年第3期135-141,共7页

为了研究跨介质飞行器出入水过渡过程,研制一套静液驱动出入水装置。针对跨介质飞行器出入水装置中多台液压马达高动态高速同步控制要求,以及高速运行中闭环转速控制与零转矩控制平稳切换等需求,分析比较马达一次侧调节和二次侧调节的... 为了研究跨介质飞行器出入水过渡过程,研制一套静液驱动出入水装置。针对跨介质飞行器出入水装置中多台液压马达高动态高速同步控制要求,以及高速运行中闭环转速控制与零转矩控制平稳切换等需求,分析比较马达一次侧调节和二次侧调节的控制特性,采用高动态、高性能的二次调节静液驱动方案,提出马达闭环转速控制与零转矩控制平稳切换的控制策略以及多台液压马达共轴同步控制算法,设计跨介质飞行器出入水装置二次调节液压系统和控制系统,并对整个系统进行仿真分析。结果表明:设计的出入水装置采用多台液压马达共轴同步驱动,能使跨介质飞行器模型以20 m/s的速度实现匀速出入水和自由出入水;马达二次调节液压和控制系统设计合理,满足跨介质飞行器出入水装置试验工况需求。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 出入水装置 液压马达 二次调节控制 控制模式切换

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仿生跨介质飞行器入水策略及降载方法综述

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作者 高福奎 周后村 +2 位作者 余雷 李鑫林 吴文华 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期198-218,共21页

跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕... 跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕跨介质飞行器入水方式、入水冲击载荷等问题,从跨介质飞行器入水方式、航行器入水传统降载方法、仿生降载方法3个方面总结了国内外研究发展历程,结合跨介质飞行器入水降载发展现状,总结了该领域的技术挑战,提出对未来的展望。跨介质飞行器入水降载方法及相关技术仍不成熟,进行材料和结构设计是降载问题研究的重点,开展数值模拟及模型试验是航行器入水降载研究的主要方法,仿生技术的发展将促进跨介质飞行器降载性能的提升和设计理念的创新。 展开更多

关键词 水空跨介质运动 跨介质飞行器 入水冲击 冲击降载 仿生学

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跨介质水空无人航行器关键技术研究综述 被引量：1

3

作者 李汶烨 张华 +1 位作者 缪泉明 吴加虎 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第10期1-7,共7页

水下无人航行器、水面无人船艇等成为海洋探测和开发的主要装备之一,但它们都存在各自的优势和不足。随着科技的发展,具有独特优势的水空两栖无人航行器将成为海洋领域不可或缺的重要装备之一。本文通过分别研究飞行器、水下航行器在外... 水下无人航行器、水面无人船艇等成为海洋探测和开发的主要装备之一,但它们都存在各自的优势和不足。随着科技的发展,具有独特优势的水空两栖无人航行器将成为海洋领域不可或缺的重要装备之一。本文通过分别研究飞行器、水下航行器在外形设计、材料以及动力推进方面的现状,总结各自的优势与不足,为跨介质航行器动力的发展研究提供了基础,并且针对跨介质水空无人航行器研制过程中的变体技术,介质跨越过程以及动力推进系统等关键技术进行论述,可为水空无人航行器研制提供参考。 展开更多

关键词 跨介质水空无人航行器 变体技术 介质跨越 动力推进

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旋翼跨介质飞行气动特性与机理仿真分析

4

作者 高世才 王潇 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第3期87-97,I0002,共12页

跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行,近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大,旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)着重研究了旋翼逐渐靠近水面过... 跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行,近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大,旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)着重研究了旋翼逐渐靠近水面过程中的气动特性和流动机理,CFD计算结果表明,在距离水面0.8倍旋翼半径的高度附近,旋翼处于类似地面效应的状态。随着旋翼逐渐靠近水面,其下洗气流显著作用于水面,诱导形成明显的液冠结构,并伴随强烈的涡环效应,导致旋翼下方的气压降低,进而造成旋翼拉力在这一时间段内持续下降,拉力特性出现拐点,不升反降,产生明显的气液两相流干扰现象。液冠结构破碎后,旋翼拉力趋于稳定,相较于空中工况,在H/R=0.2时,旋翼拉力增长了约26%;在H/R>0.4时,旋翼拉力的增长逐渐减缓,增长率以2%~5%的幅度缓慢下降,直至最终拉力趋近于空中工况的水平。本文初步揭示了旋翼在近水面工况下拉力特性的初步规律及影响机理,为后续理论研究与实际应用提供了参考。 展开更多

关键词 旋翼 LBM 跨介质飞行器 多相流 近水面效应 地面效应

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水空两栖多旋翼飞行器出水控制及参数整定 被引量：1

5

作者 李良博 杨宇 +3 位作者 梁爽 郭明明 李忠广 李泽斌 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第7期85-92,共8页

介质跨越是水空多旋翼飞行器的关键运动之一,针对水空多旋翼飞行器的出水问题开展相关研究。首先,建立水空多旋翼飞行器的运动学、动力学模型,重点探究其在水下运动过程中的受力,借助Fluent软件对水空多旋翼飞行器在水下受到的粘性水动... 介质跨越是水空多旋翼飞行器的关键运动之一,针对水空多旋翼飞行器的出水问题开展相关研究。首先,建立水空多旋翼飞行器的运动学、动力学模型,重点探究其在水下运动过程中的受力,借助Fluent软件对水空多旋翼飞行器在水下受到的粘性水动力进行分析,并进一步用多项式拟合粘性水动力与速度之间的关系。在此基础上,提出分段变参数PID跨介质控制方法,在Matlab中开展控制仿真实验。最后,引入遗传算法整定PID控制器,并将结果与前者进行对比。实验结果表明:水、空环境突变对PID控制算法影响巨大,分段变参数PID控制方法更加贴合实际跨介质过程;基于遗传算法的PID控制器参数整定方法能有效提高水空多旋翼飞行器跨介质性能。研究结果可为研究潜器跨介质、导弹出水、水空多旋翼飞行器的出入水控制等问题提供研究思路和理论参考。 展开更多

关键词 水空多旋翼跨介质飞行器 出水控制 PID 遗传算法

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水空跨介质航行器发展需求及其关键技术 被引量：30

6

作者 冯金富 胡俊华 齐铎 《空军工程大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2019年第3期8-13,共6页

针对未来军事竞争与对抗呈现多介质空间的体系对抗,而现有航行器平台仍大多局限于单一介质空间运行环境的现状,突破传统航行器定式,提出具有多介质航行能力的水空跨介质航行器概念,介绍了研究背景和发展此类航行器的必要性,分析了规划... 针对未来军事竞争与对抗呈现多介质空间的体系对抗,而现有航行器平台仍大多局限于单一介质空间运行环境的现状,突破传统航行器定式,提出具有多介质航行能力的水空跨介质航行器概念,介绍了研究背景和发展此类航行器的必要性,分析了规划和发展过程中的关键技术,并对今后的发展思路进行了展望。 展开更多

关键词 水空跨介质 航行器 变体技术

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仿翠鸟水空跨介质航行器设计与入水分析 被引量：15

7

作者 云忠 温猛 +1 位作者 罗自荣 陈龙 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期407-415,共9页

为了满足水空跨介质航行器的推进需求,精简其动力系统,仿翠鸟设计由单一动力源驱动的水空跨介质航行器.通过计算流体力学(CFD)软件仿真分析入水高度、入水角度和航行器密度等关键影响因素对航行器入水速度、深度和冲击加速度等动力学性... 为了满足水空跨介质航行器的推进需求,精简其动力系统,仿翠鸟设计由单一动力源驱动的水空跨介质航行器.通过计算流体力学(CFD)软件仿真分析入水高度、入水角度和航行器密度等关键影响因素对航行器入水速度、深度和冲击加速度等动力学性能的影响,并与自然界翠鸟的入水性能进行对比.结果表明:在入水角度一定时,增加入水高度将导致航行器所受的冲击加速度增量与入水深度增量的比值增大,从而提高相同条件下对结构强度的要求;在一定范围内航行器密度的增加有利于降低对结构强度的要求;当入水角度约为45°~60°时,所需结构强度最低.在入水深度满足要求的情况下,应适当增大航行器的密度、减小入水高度,且航行器的最佳入水角度为45°~60°. 展开更多

关键词 仿生翠鸟 水空跨介质航行器 动力系统 入水性能 数值仿真

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水空跨介质航行器斜出水过程数值仿真 被引量：7

8

作者 谭骏怡 胡俊华 +2 位作者 陈国明 杨健 葛阳 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期104-121,共18页

[目的]水空跨介质航行器(TMAUV)的斜出水过程是一个强非线性、非定常、流场变化剧烈的过程。基于一种可变体的TMAUV的水下构型,利用CFD流体仿真软件,对该构型在典型工况下的出水过程进行数值仿真。[方法]分析航行器在此过程中不同阶段... [目的]水空跨介质航行器(TMAUV)的斜出水过程是一个强非线性、非定常、流场变化剧烈的过程。基于一种可变体的TMAUV的水下构型,利用CFD流体仿真软件,对该构型在典型工况下的出水过程进行数值仿真。[方法]分析航行器在此过程中不同阶段的流场变化特性及其载荷的分布,比较航行器以不同的俯仰角和攻角出水时,在2个典型位置的流体速度场分布和航行器所受流体作用力的特性。[结果]结果表明,航行器倾斜跨越水空界面时两侧的流场和载荷会出现不对称的剧烈变化,俯仰角越大,在水下部分流场受动范围越小,跨越出水部分受影响越大;与零攻角出水相比,航行器带攻角倾斜出水会导致表面所受流体作用力出现高频率、大幅度的反向震荡,影响出水的稳定性。[结论]研究结果可为研究潜射导弹出水、船舶航行、潜艇跨介质等问题提供研究思路和理论参考。 展开更多

关键词 水空跨介质航行器 斜出水过程 流体仿真 流场分布 载荷特性

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仿生水-空跨介质航行器控制系统研究 被引量：2

9

作者 李宏源 邹勇 +2 位作者 邹宇城 吕鹏宇 段慧玲 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第20期79-82,共4页

随着海洋技术与装备的快速发展,对海上无人装备的作战能力提出更高要求。为了有效提高无人系统的跨域作战能力,亟需突破多模态跨域控制技术,实现多系统间的协同配合。基于上述背景,本文首先对国内外跨介质航行器的跨域控制技术进行梳理... 随着海洋技术与装备的快速发展,对海上无人装备的作战能力提出更高要求。为了有效提高无人系统的跨域作战能力,亟需突破多模态跨域控制技术,实现多系统间的协同配合。基于上述背景,本文首先对国内外跨介质航行器的跨域控制技术进行梳理,并提出适用于仿生水-空跨介质航行器的两栖多模态切换控制技术和复杂海洋环境下的自抗扰控制技术。研究表明,该技术能够有效提升航行器跨域控制的鲁棒性与自抗扰能力。其次,初步设计与跨域控制技术相匹配的仿生水-空跨介质航行器软硬件系统,并论证航行器跨域控制系统的可行性。最后,对本文提出的控制技术进行总结分析,为新型水-空跨介质航行器的跨域控制技术研究提供新的思路。 展开更多

关键词 仿生水-空跨介质航行器 两栖多模态跨域运动控制 自抗扰控制 软硬件系统

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面向跨水空介质通信的雷达水表面声波提取 被引量：1

10

作者 符晓磊 夏伟杰 董诗琦 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第4期452-461,共10页

由于水空介质的非连续性,空中电磁波和水下声波都无法跨越该介质边界,所以无中继器跨水空介质通信一直是研究中的难点。水下声波会引起水空边界的微小振动即水表面声波(Water Surface Acoustic Wave,WSAW),而毫米波雷达能够实现对微动... 由于水空介质的非连续性,空中电磁波和水下声波都无法跨越该介质边界,所以无中继器跨水空介质通信一直是研究中的难点。水下声波会引起水空边界的微小振动即水表面声波(Water Surface Acoustic Wave,WSAW),而毫米波雷达能够实现对微动信号的高精度探测,因此文章提出了基于级联成像调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达提取WSAW信号的方法。首先研究了WSAW的基本特征及FMCW雷达微动信号的提取原理;其次采用线性调频的水下声信号并结合匹配滤波技术来提高输出信噪比,针对大幅度自然扰动,提出了一种多角度积累结合阈值相位补偿的信号增强算法;最后在不同波高的扰动下进行实验,结果表明在1.5 cm的自然波动干扰下仍能提取WSAW信号,成像FMCW雷达偏过一定角度也能有效地进行通信,验证了文中所提方法的有效性。 展开更多

关键词 跨水空介质通信 级联成像调频连续波(FMCW)雷达 水表面声波(WSAW) 匹配滤波

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旋翼近水面效应影响因素 被引量：3

11

作者 白兴之 吴文华 +3 位作者 林泽铖 范召林 张代贤 高福奎 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期86-99,I0002,共15页

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋... 旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。 展开更多

关键词 近水面效应 跨介质飞行器 旋翼 自由面 地面效应 液滴

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基于深度强化学习的水空跨域机器人水面起飞运动控制 被引量：4

12

作者 霍雨佳 李一平 封锡盛 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期139-150,共12页

水空跨域机器人由水到空的跨域过程(水面起飞)由于受到近水面环境下螺旋桨动力衰减、机器人浮力变化和水面介质引起流体力变化的影响,对其水面运动控制提出新的挑战。针对倾转螺旋桨推进的跨域机器人的水面起飞问题,提出了机器人近水面... 水空跨域机器人由水到空的跨域过程(水面起飞)由于受到近水面环境下螺旋桨动力衰减、机器人浮力变化和水面介质引起流体力变化的影响,对其水面运动控制提出新的挑战。针对倾转螺旋桨推进的跨域机器人的水面起飞问题,提出了机器人近水面环境下的浮力估算模型,螺旋桨推力模型,基于深度强化学习方法的机器人水面起飞控制,在此基础上,为解决机器人螺旋桨在近水面动力衰减而影响水面起飞难题,提出一种基于深度强化学习方法的跨域机器人分阶段水面起飞方法。通过仿真验证了基于深度强化学习的分阶段水面起飞的有效性,并在实际实验中证明了深度强化学习控制的无螺旋桨衰减下直接水面起飞和有螺旋桨衰减下分步水面起飞的有效性,分别实现水面起飞至2 m,横滚角和俯仰角小于5°(无螺旋桨衰减)和横滚角小于5°、以65°俯仰角的水面起飞(螺旋桨衰减)。 展开更多

关键词 水空跨域机器人 倾转四旋翼机器人 水空跨介质 深度强化学习 高斯过程 运动控制

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潜空两栖航行器的综述与分析 被引量：12

13

作者 刘相知 崔维成 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第S02期1-14,共14页

潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器,由于其在军事和民用领域的潜在广泛应用前景而成为当今研究的热点。为了更好地理解这种潜空跨介质航行器的设计要求,介绍飞行器、水面船舶和潜水器等航行器在不同介质中... 潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器,由于其在军事和民用领域的潜在广泛应用前景而成为当今研究的热点。为了更好地理解这种潜空跨介质航行器的设计要求,介绍飞行器、水面船舶和潜水器等航行器在不同介质中的特性,对这三者进行简要的对比分析,并总结潜空跨介质航行器可能的特性。根据总体结构,现有的潜空两栖航行器被分为3类:固定翼航行器、旋翼航行器和仿生航行器,简要介绍每种类别的典型样机。最后,讨论潜空两栖航行器的关键技术和挑战。 展开更多

关键词 潜空两栖航行器 跨介质运动 无人飞行器 潜水器 综述

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