摘要：跨介质飞行器可借助其特殊的滑板结构实现在不同介质中反复运动,为研究滑板参数对飞行器滑跳性能的影响,文中采用标准k-ε湍流模型和重叠网格技术,对具有不同滑板固定角以及滑板构型的飞行器近水面滑跳运动过程进行了数值计算研究.研究发现,当滑板固定角在10°左右时,该飞行器的近水面滑跳水动力性能最佳,稳定滑跳次数最多.而对于不同构型的滑板,矩形平滑板的砰击载荷最大,有利于飞行器的滑跳,但易对滑板造成损坏,而V型曲面滑板不仅具有优良的水动性能,同时兼具载荷适中的优点,最符合实际工程中飞行器滑板的设计要求.

摘要：随着科技的发展,单介质的航行不足以满足人们的需求,在创新性交叉领域对跨介质飞行器开展研究,引起了航空业界的广泛关注。跨介质飞行器在质量匹配、机身外形、机翼布局、结构设计,以及动力系统等方面具有显著的特殊性。近年来,空中无人飞行器和水下无人潜行器技术得到了飞速发展,广泛应用于军用和民用领域。但单介质飞行器工作能力会受到许多条件的限制,例如,飞行器的自身工作范围、推进能源的补充等。

摘要：跨介质飞行器是介于空气与水之间运动的新概念两栖飞行器,由于同时受到空气动力,水动力的作用,动力学特征较巡航飞行器和水面滑行艇均有很大差别。基于空气动力学和二元平面滑行理论,建立了跨介质飞行器滑跳动力学模型。重点对飞行器滑跳弹道特点进行了分析,并对滑跳弹道影响因素进行了仿真研究。结果显示:滑跳飞行距离和飞行器推力对滑跳弹道均有较大影响。研究结果可以为跨介质飞行器总体设计,弹道设计与优化和飞行稳定性评估等方面提供了理论依据和研究手段。

摘要：为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段数学模型,简化为控制器设计导向的误差模型。为处理系统中的复杂扰动,设计模型参考形式的有限时间收敛状态观测器对系统不确定性进行观测补偿,并基于高阶滑模趋近律设计非奇异终端滑模控制器,完成控制系统设计,并通过Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可有效抑制扰动对系统的影响,可实现考虑加速非定常影响下的跨介质飞行器深度与姿态的高精度控制。

摘要：近水面滑跳是一种包含触水离水过程的掠水飞行方式,将其应用于新型跨介质飞行器的设计,可有效提升飞行器反舰攻击突防能力和自身生存能力。由于运动体近水面滑跳涉及速度和姿态角等多种运动参数,运动机理复杂,对于全尺寸复杂外形的跨介质飞行器,利用有限元仿真和飞行试验分析获取不同初始运动参数对近水面滑跳的影响规律,需要研究的工况众多,工作量较大。为了能够将简单缩比尺寸平板运动体应用于近水面滑跳仿真分析和试验设计中,对流体相似原理在近水面滑跳运动特性上的可预测性进行了验证。分别基于任意拉格朗日-欧拉描述的流固耦合方法和简单二元平板滑行理论,研究了复杂跨介质飞行器和简单平板运动体近水面滑跳运动特性,分析确定了2种运动体包含多个影响参数的可滑跳区域,并进一步基于相似原理探究了两者的关系。结果表明:所提出的跨介质飞行器的可滑跳区域分布与初始速度倾角几乎无关,可滑跳区域随初始速度增大而扩大,并最终趋于稳定;简单平板模型可用于模型试验和仿真分析,通过相似原理对复杂跨介质飞行器的可滑跳区域进行反推估计,能够为跨介质飞行器初步设计阶段的工程求解提供新思路。

摘要：跨介质飞行器头部外形是影响跨介质过程中运动学特性的重要因素之一。通过采用常见的双参数立方多项式曲线方程,获取跨介质飞行器头部外形曲线无量纲参数,采用任意拉格朗日-欧拉方法完成不同头部外形跨介质飞行器的流固耦合建模及性能分析,研究不同头部外形入水后末速度与入水过程中所受最大冲击应力。以最大末速度和最小冲击应力为优化目标,在保证有限元仿真精度的同时,通过径向基神经网络提升计算效率,并利用多岛遗传算法对跨介质飞行器头部外形进行多目标优化,以得到最佳的头部外形。研究结果表明,跨介质飞行器最优头部外形相对于基本外形,入水过程速度衰减量与所受冲击应力明显降低,有效地减少入水过程中跨介质飞行器的能量损失,可为跨介质飞行器的头部外形设计提供参考。

摘要：针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了水面垂直起飞流程以及切换控制策略,等效提高了跨介质飞行器近水面推重比,并进一步增强了倾转四旋翼跨介质飞行器起飞过程的稳定性,最后进行实验验证。结果表明,设计的水面垂直起飞流程及切换控制策略,可以实现大负载下倾转四旋翼跨介质飞行器的水面垂直起飞过程。

摘要：通过梳理近年美国DARPA、海军和科研院所开展的美跨介质飞行器相关技术攻关、样机研制情况,从军事运用、结构特点、动力体制、出入水形式等方面总结美跨介质飞行器技术特征,归纳出当前制约此类技术、装备发展的三大重难点领域,包括总体布局结构设计、动力与推进匹配、跨介质飞行控制等关键技术,并分析其技术内涵。最终研判美跨介质飞行器军事领域潜在三大发展方向,包括跨介质武器运载平台、跨介质侦察作战平台、跨介质投送运载平台,并分析相应技术难点,为跨介质领域技术攻关以及后续装备建设提供参考。

摘要：针对已有采用溅落方式入水的跨介质固定翼飞行器存在的机翼变构能力弱、气/水动性能尚有提升空间等问题,基于组合仿生理念提出了一种跨介质飞行器的设计方案。通过拼合翠鸟头部和龙虱身体构建了组合仿生机身外形,并参照鸟类翅翼设计了能够进行复杂变构型的仿生变体机翼,大幅提高了跨介质飞行器对多种运行模式和工况的适应性。在总体参数设计的基础上,通过数值仿真方法完成了空中飞行状态下气动特性分析和介质跨越过程流固耦合特性分析,进一步探究了组合仿生飞行器的特点。结果表明,所设计多种机翼构型可满足不同工况需求,组合仿生机身方案与传统流线型机身方案相比,空中飞行阻力系数减小13.1%,升阻比提高2.8%,入水过程最大冲击载荷降低20.9%,最大过载减小39.4%。文中所做的工作能够为跨介质飞行器的实现提供新的思路。

摘要：针对跨介质飞行器入水过程中受到较大冲击载荷的问题,提出一种基于工程需求的负泊松比抗冲击结构拓扑优化设计方法,通过将弹性模量和泊松比引入拓扑优化设计的目标函数,得到满足抗冲击性能需求的负泊松比星形-四边形蜂窝(Star-quadrangular Honeycomb,SQH)结构。在建立SQH结构理论分析模型的基础上,推导冲击载荷下的平台应力解析公式,并通过数值模拟仿真进行校验。通过与星形-圆环蜂窝(Star-circle Honeycomb,SCH)等多种负泊松比结构的比吸能进行对比,得到SQH结构在低速、中速、高速冲击下的比吸能分别高于SCH结构28.74%、45.2%、7.03%。通过流固耦合仿真分析,对所设计的SQH夹层结构进行入水冲击降载研究,进一步讨论SQH夹层结构主要尺寸参数对入水冲击特性的影响。研究结果表明,在尺寸允许范围内,SQH单元倾角和单元壁厚的增大均使得结构产生的加速度峰值减小,动能转化为结构的变形能也减小,验证了用于工程需求的负泊松比结构拓扑优化设计的有效性。