摘要：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。

摘要：结合计算流体力学数值仿真和动力学模型仿真对跨介质航行器水下分离舱张开特性进行了研究,重点分析了分离舱在分离前后不同状态下所受的流体动力。分析结果表明:1)在合适外形下,分离舱可仅在水动力作用下完成与航行器的分离;2)分离舱受力主要受张开角大小及张开角速度影响,不同张开角下的分离力矩产生主要机制不同,小张开角时分离舱张开主要依靠外表面分离区低压所产生的内外压差,流体力矩主要依靠分离舱前段产生,大张开角时则主要依靠水流冲击引起的法向力,力矩主要依靠分离舱中后段产生;3)分离舱张开角较小时分离舱所受流体阻尼力矩极大,导致分离初始阶段分离舱难以迅速张开,随着张开角变大,流体阻尼力矩系数逐渐减小,分离舱张开角速度迅速变大。因此,在设计分离舱水下分离时,应设计合适外形和分离方式来降低分离舱初始流体阻尼力矩。

摘要：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.

摘要：针对跨介质航行器水空跨越问题,设计了一种双层四旋翼布局的跨介质航行器,并对其水空跨越机理进行了分析。考虑跨越过程中航行器参数的变化和外部扰动,建立了水空跨越过程的动力学模型;针对水空跨越过程中受力复杂以及传统PID方法控制航行器极易跨越失败的问题,设计了基于RBF神经网络实时整定参数的PID控制器,并对航行器快速出水和缓慢反复出入水过程进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的控制器能够实现航行器反复水空跨越,在姿态角控制上较传统PID控制器有更好的鲁棒性。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：针对变体跨介质航行器入水跨越时机问题,提出了基于航行器俯冲过程的弹道优化设计方案。首先,以俯冲时间最短为优化目标,建立了考虑后掠角变化的三自由度弹道优化模型;然后,考虑动力学、边界条件、路径和控制量等约束,利用hp自适应伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,求解得到了弹翼后掠角可变和固定情况下的俯冲弹道最优设计方案。仿真结果表明,在满足复杂约束条件下,与后掠角固定构型相比,变掠翼构型能够以更短的时间完成俯冲过程。

摘要：跨介质航行器是一种可在空中与水中两栖巡航并能自由穿越水气界面的新概念海空两栖无人运动平台,需要具备良好的入水和出水性能及较小的水下流体阻力。采用两种生物组合仿生的设计思想,利用全自动三维影像扫描仪获取具有优良入水性能的翠鸟头部和龙虱身体的形体特征点云数据,应用傅立叶级数拟合方法拟合特征曲线,设计了一种跨介质航行器流体动力外形,为减小航行器入水冲击载荷、降低水下航行阻力提供了设计方案。

摘要：介绍了工具软件Creator和Vega的特点以及视景仿真的系统结构,并以此为平台进行跨介质航行器的视景仿真。首先构建视景仿真平台,然后进行仿真系统设计及原型程序开发,最后对跨介质航行器出入水以及在水面和水下的航行过程进行了仿真。通过视景仿真完成了水空跨越航行器系统完整设计周期的研究。仿真结果可以为跨介质航行器总体设计提供理论依据和研究手段。