一种跨介质航行器的外形设计及动力特性分析

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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6期82-87,共6页

随着我国海洋强国战略的推进,无人航行器也在不断更新换代,对海洋资源开发的影响日益重要。面对多数水况复杂的水域,单一的水下航行器可能会出现损坏或无法完成探测任务的情况,本文从总体布局与结构设计方面出发,设计了一款跨介质水空... 随着我国海洋强国战略的推进,无人航行器也在不断更新换代,对海洋资源开发的影响日益重要。面对多数水况复杂的水域,单一的水下航行器可能会出现损坏或无法完成探测任务的情况,本文从总体布局与结构设计方面出发,设计了一款跨介质水空两栖无人航行器,能够通过折叠变体机构自主适应不同介质环境。最后通过STAR-CCM+软件对航行器的水动、气动特性进行数值模拟。结果表明,航行器满足空中、水下不同的升阻力要求,可以在不同介质环境下保持最优性能。 展开更多

关键词 跨介质无人航行器 结构设计 总体布局 变体技术 数值模拟

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用于跨介质航行器的后掠机构分析

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作者 徐一村 朱尚锴 +1 位作者 张博 李豪 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2024年第10期161-168,共8页

主要阐述跨介质航行器后掠结构的设计和分析。对航行器介质转换的平滑过渡,包括机翼的收放机制、结构设计、静力学和动力学分析等多个方面进行重点研究。利用有限元分析和模态分析,展示了机翼结构在受到载荷时的响应,分析了机翼在折叠... 主要阐述跨介质航行器后掠结构的设计和分析。对航行器介质转换的平滑过渡,包括机翼的收放机制、结构设计、静力学和动力学分析等多个方面进行重点研究。利用有限元分析和模态分析,展示了机翼结构在受到载荷时的响应,分析了机翼在折叠展开过程中对机构整体的气动影响。此外,通过力矩仿真进一步验证后掠机构设计的合理性和实用性,有效减弱50%入水冲击,水下航行速度提升2.5倍,过渡时间缩短1.8 s。研究成果揭示了后掠机构在改善航行器介质转换性能方面的有效性,为跨介质航行器的设计和性能优化提供了新方法。 展开更多

关键词 跨介质航行器 后掠机翼 模态分析 气动性能

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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

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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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跨介质航行器高速入水冲击载荷特性 被引量：16

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作者 袁绪龙 栗敏 +2 位作者 丁旭拓 任伟 周方旭 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1440-1449,共10页

跨介质航行器组合了导弹与超空泡武器的优势,比导弹的末段突防能力强,同时弥补了超空泡武器航程不足的缺点,是未来反舰武器的重要发展方向。跨介质航行器高速入水冲击载荷特性及其降载方法是跨介质航行器研发中的关键技术之一。建立跨... 跨介质航行器组合了导弹与超空泡武器的优势,比导弹的末段突防能力强,同时弥补了超空泡武器航程不足的缺点,是未来反舰武器的重要发展方向。跨介质航行器高速入水冲击载荷特性及其降载方法是跨介质航行器研发中的关键技术之一。建立跨介质航行器高速入水多相流场与弹道耦合仿真模型,进行模型验证与校核。对典型工况下的跨介质航行器高速入水过程冲击载荷特性进行仿真,并对不同速度下的高速入水过程弹道参数进行对比。结果表明:预置舵角引起的尾拍运动产生周期性的法向过载,达到轴向过载的2.7倍左右;法向力主要由振荡攻角引起的位置力构成,惯性力很小,可以忽略;入水速度的增大引起尾拍频率加快,攻角振荡幅度降低,入水速度对法向冲击力系数影响很小。 展开更多

关键词 跨介质航行器 高速入水 冲击载荷 尾拍运动 仿真建模

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基于Sarrus机构的跨介质航行器变体机翼流体动力学数值仿真 被引量：3

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作者 云忠 陈龙 +2 位作者 罗自荣 温猛 王宝财 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第12期15-20,共6页

跨介质航行器是一种能够适应水空两种不同介质环境,并且可以自主跨越介质交界面的可持续工作的新型航行器。由于水空两种介质在物理性质上的显著差异,设计变体机翼和跨域推进系统是保证跨介质航行器能够平稳运行的关键点。文中采取变体... 跨介质航行器是一种能够适应水空两种不同介质环境,并且可以自主跨越介质交界面的可持续工作的新型航行器。由于水空两种介质在物理性质上的显著差异,设计变体机翼和跨域推进系统是保证跨介质航行器能够平稳运行的关键点。文中采取变体结构设计方案,提出了一种基于Sarrus机构的跨介质航行器变体机翼。为了研究方案设计在水空两种介质中的可行性,利用Fluent对航行器外部结构进行了流体力学数值仿真,然后根据仿真得到的气动与水动系数,验证了方案设计的可行性,为进一步的研究提供理论支持。 展开更多

关键词 Sarrus 跨介质航行器 变体机翼 计算流体力学

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扩张尾裙对跨介质航行器高速入水转平弹道特性影响 被引量：8

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作者 刘喜燕 罗凯 +1 位作者 袁绪龙 任伟 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期343-354,共12页

扩张尾裙是影响跨介质航行器高速入水转平弹道及其稳定性的关键因素.采用流体体积多相流模型和动网格技术,建立了跨介质超空泡航行器高速入水多相流场弹道耦合计算方法,并通过试验验证了计算方法的准确性和适用性.通过对跨介质航行器高... 扩张尾裙是影响跨介质航行器高速入水转平弹道及其稳定性的关键因素.采用流体体积多相流模型和动网格技术,建立了跨介质超空泡航行器高速入水多相流场弹道耦合计算方法,并通过试验验证了计算方法的准确性和适用性.通过对跨介质航行器高速入水转平过程进行数值模拟研究,获得尾裙外形对航行器入水转平过程中空泡发展形态、流体动力特性与弹道特性的影响,并分析尾裙扩张角度对高速入水转平弹道的影响规律.结果表明:不同预置舵角下的无尾裙外形航行器在入水转平过程中,攻角持续增大,最终导致弹道发散,带尾裙外形航行器在入水后尾裙沾湿形成了恢复力矩,获得了稳定的入水转平弹道;设计的1.5°,6°,8°尾裙角度的航行器形成了稳定滑水、单侧尾拍以及双侧尾拍3种弹道特征,且均能实现稳定高速入水转平弹道;稳定滑水弹道原理为预置舵角与尾裙滑水耦合作用下达到的动态平衡,该弹道综合阻力系数最小,转弯效率最高,动载荷最小,是跨介质航行器高速入水的理想弹道转平形式. 展开更多

关键词 跨介质航行器 高速入水 扩张尾裙 转平弹道 空化

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浅析水空跨介质航行器仿生设计研究中的CAD技术应用 被引量：3

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作者 赵文迪 刘静华 +3 位作者 梁建宏 王田苗 杨兴帮 姚国才 《图学学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期243-249,共7页

水空两栖跨介质无人航行器是近年来研究的热点,该航行器预期实现水下潜伏,跨水空介质状态转换和空中飞行这3种航行状态,存在着变密度、结构转换、动力转换等技术问题亟待解决。自然界中存在着可以自由穿梭于水空环境中的生物,将具有这... 水空两栖跨介质无人航行器是近年来研究的热点,该航行器预期实现水下潜伏,跨水空介质状态转换和空中飞行这3种航行状态,存在着变密度、结构转换、动力转换等技术问题亟待解决。自然界中存在着可以自由穿梭于水空环境中的生物,将具有这种飞行本领的生物作为仿生对象,并进行系统研究,对突破跨介质无人航行器的关键技术研究有着重大意义。在介绍"鲣鸟"水空两栖跨介质无人航行器这一产品在工业设计流程中的仿生设计研究的基础上,对仿生设计的研究方法进行创新,阐述CAD技术在仿生设计中的应用方法及重要作用。 展开更多

关键词 仿生设计 产品设计 CAD技术 跨介质航行器 鲣鸟

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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

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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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跨介质航行器出入水连续弹道试验与仿真 被引量：2

9

作者 刘喜燕 袁绪龙 +1 位作者 罗凯 鲁娜 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1225-1236,共12页

为研究跨介质航行器出入水连续弹道特性,搭建高速入水弹道试验平台,并设计带有内测系统的试验模型,对跨介质航行器出入水连续弹道过程进行试验研究。建立耦合求解流场和航行器运动的非定常数值仿真模型,研究航行器出入水连续弹道的运动... 为研究跨介质航行器出入水连续弹道特性,搭建高速入水弹道试验平台,并设计带有内测系统的试验模型,对跨介质航行器出入水连续弹道过程进行试验研究。建立耦合求解流场和航行器运动的非定常数值仿真模型,研究航行器出入水连续弹道的运动规律与流体动力特性,并通过试验结果验证其准确性。研究结果表明:新提出的跨介质航行器实现了入水-转平-出水连续弹道过程,其弹道轨迹呈类抛物线状,入水最大深度为0.9 m;航行器出入水连续弹道运动可分为入水滑行阶段、呈双侧尾拍运动的超空泡航行阶段以及单侧尾拍运动的出水阶段;航行器流体动力特性呈脉冲式振荡特性,由圆锥段、圆柱段以及尾裙段构成尾部流体动力;预置舵角与尾裙的组合形式能够提高跨介质航行器连续出入水的稳定性。 展开更多

关键词 跨介质航行器 高速入水 转平弹道 流场与弹道耦合 尾拍运动

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仿生水-空跨介质航行器控制系统研究 被引量：2

10

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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跨介质水空无人航行器关键技术研究综述 被引量：1

11

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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负泊松比结构缓冲装置入水冲击特性数值仿真

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作者 鞠金龙 杨娜娜 +2 位作者 余雷 张哲 吴文华 《兵工学报》 北大核心 2025年第5期248-257,共10页

针对跨介质航行器入水冲击带来的结构损伤问题,提出一种采用负泊松比头罩降载的方法,利用负泊松比结构特殊的拉胀效应,使头罩吸收更多的冲击能量。采用任意朗格朗日-欧拉算法分析了负泊松比头罩对航行器降载特性的影响规律,并通过实验... 针对跨介质航行器入水冲击带来的结构损伤问题,提出一种采用负泊松比头罩降载的方法,利用负泊松比结构特殊的拉胀效应,使头罩吸收更多的冲击能量。采用任意朗格朗日-欧拉算法分析了负泊松比头罩对航行器降载特性的影响规律,并通过实验数据对数值方法进行了验证。研究结果表明:与传统降载头罩相比,负泊松比头罩在结构轻量化的基础上可有效降低结构入水冲击载荷,在入水速度分别为20 m/s、35 m/s、50 m/s时,加速度峰值可以降低75%、70%、68%,具有良好的降载缓冲效果;不同胞元夹角、壁厚和边长参数下,负泊松比结构的降载特性有较大差异,在胞元角20°、胞元壁厚0.5 mm、1.6倍胞元边长参数下,负泊松比头罩的降载特性达到最优效果。 展开更多

关键词 跨介质航行器 负泊松比 蜂窝结构 入水冲击 多介质任意朗格朗日-欧拉算法

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变体技术在兵器设计上的应用 被引量：9

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作者 冯金富 陈国明 张萌 《兵器装备工程学报》 CAS 2017年第12期215-220,共6页

变体技术是将多种性能在同一平台上实现的最佳途径,变体飞行器是指在飞行中能够自主灵活地改变自身外形,获得最佳作战效能的飞行器。本文简要总结了变体飞行器的发展历程,然后分析了变体导弹相关技术,最后介绍了水空跨介质航行器及其运... 变体技术是将多种性能在同一平台上实现的最佳途径,变体飞行器是指在飞行中能够自主灵活地改变自身外形,获得最佳作战效能的飞行器。本文简要总结了变体飞行器的发展历程,然后分析了变体导弹相关技术,最后介绍了水空跨介质航行器及其运用变体技术情况。 展开更多

关键词 变体技术 导弹 作战效能 跨介质航行器

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