一种复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器

本技术涉及水面长航时地效航行器，特别是涉及复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器。

背景技术：

1、面向大面积海域、水域的安全监测、环境监测、海洋污染、鱼类研究及长航时、长航程对水面航行器需求紧迫，当前，用于海洋大面积任务执行的主要包含大型海洋监测船、科考船及部分新型无人船，大型海洋监测船和科考船存在续航时间短，无法长期或者永久性驻留水面，需要进行任务补给，同时，也存在执行任务成本高、任务区域性覆盖小、局限性大等问题；无人船设计主要参考船类设计理念，在巡航速度、续航里程，无法实现跨洋、跨海大面积海域的任务执行，航行速度较低，无法对特定快速目标进行跟踪和探测，易受到海浪的影响，同时，由于无人船设计理念为传统水面船舰设计，在运载能力和载荷投递方面较难适应复杂任务尤其是军事应用的全方位探测和侦察等。鉴于当前以上航行器存在的运载效率低、续航里程短、续航能源利用率低、无法实现永久性驻留水面等缺点，将快速船体设计、飞行器设计与太阳能、风能融合起来成为重要研究和设计方向。为解决以上问题，综合考虑航行器航程能力、载荷能力、航速问题、动力持续问题，达到全天候、全任务能力，可利用海上航行先天风能优势、海面驻留时的太阳能发电优势，结合电动推进，提高续航航程的新型航行器成为重要发展方向，为海洋海域安全、区域拒止能力、侦察监视、情报搜集等应用提供更大可能。

2、本实用新型的技术问题在于实现以下几个关键问题：（1）如何实现水面滑行或飞行时大载荷能力提升；（2）如何实现全天候海面巡航和长航时任务探测监视；（3）如何实现太阳能、风能的动力兼顾，完成低速风能驱动、高速或飞行电驱动，同时结合太阳能发电，实现动力可持续性；（4）如何实现高升力、低阻力综合设计，提高地效飞行性能。以上四个关键问题的有效解决，将在很大程度上实现地效翼无人航行器在航时、航程、航速、载荷、探测监视能力上的综合提升，意识大面积水域海域的任务需求。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提供一种高低速滑行、高速地效飞行的长航时地效翼无人航行器。

2、本实用新型的复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于：所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器包含双体型航行器机体部分、复合翼面部分、航行器姿态控制部分、动力推进部分。所述双体型航行器机体部分用于载荷装载、水面净浮力产生、高速滑行稳定性提供等，复合翼面部分由外段翼帆型机翼、内段三个地效翼、v型垂尾构成，用于水面高速滑行、地效巡航飞行的高升力提供，航行器姿态控制部分主要由复合翼面上的不同舵面、水舵共同组成，实现水面滑行、地效飞行的姿态控制，动力推进部分由水面水下推进器、太阳能电池共同组成，为航行器提供推力。

3、进一步地，所述双体型航行器机体部分由左右船身式机身、抑波槽、曲面形状机身头部、机身下部断阶、上翘式机身后部组成。左右船身式机身为有效载装载、电控系统、动力系统等机载系统提供装载空间，采用船身式设计，具有曲面形状机身头部和上翘式机身后部；抑波槽位于左右船身式机身前段中下方，拟制高速滑行水浪产生，减小航行阻力；机身下部断阶位于左右船身式机身下方，距机身头部约为55-75%机身长度，利于水面起降稳定性，并降低高速滑行带来的滑行阻力；上翘式机身后部位于左右船身式机身后段，其下部上翘角度为5-15度，减小航行器水面起飞时机身尾部触水现象。以上部件均采用防水处理或防水材料。

4、进一步地，所述复合翼面部分由外段翼帆型机翼、内段一级地效翼、内段二级地效翼、内段三级地效翼、v型双垂尾组成。外段翼帆型机翼分别位于左右船身式机身外端，采用上单翼方式、可偏转模式安装，水面高速滑行、地效飞行时，外段翼帆型机翼为展开状态提供升力，水面低速航行时，外段翼帆型机翼可偏转为竖起状态，利用风力推进，达到节能增程效果，外段翼帆型机翼翼型为低速翼型、层流翼型、超临界翼型等；内段一级地效翼位于左右船身式机身内侧，距机头位置为10-40%机身长度处，内段二级地效翼、内段三级地效翼依次从前往后布置，三级地效翼均可采用上单翼安装，安装角为0-5度，三段地效翼根据起降、滑行需求，实现偏转，偏转角度为0-20度，达到增升效果，翼型可为低速翼型、层流翼型、超临界翼型等；v型双垂尾位于左右船身式机身尾部上侧，向外倾斜角度为5-35度，为航行器提供航向姿态控制，可采用对称翼型。以上部件均采用防水处理或防水材料。

5、进一步地，所述航行器姿态控制部分由副翼、襟翼、升降舵、方向舵、水舵组成，实现滑行、飞行的航行器姿态控制。副翼位于外段翼帆型机翼外端后缘，展向长度为外段翼帆型机翼翼展的40-65%，襟翼位于外段翼帆型机翼内端后缘，展向长度为为外段翼帆型机翼翼展的35-50%，升降舵位于内段三级地效翼的后缘，升降舵位于左右船身式机身尾部上侧，距离机身尾部3-20%机身长度，水舵位于左右船身式机身尾部下侧，距离机身尾部5-15%机身长度。以上部件均采用防水处理或防水材料。

6、进一步地，所述动力推进部分由水下推进螺旋桨、水上涵道风扇推进器、太阳能电池组成。水下推进螺旋桨位于左右船身式机身尾部下侧，距离机身尾部10-25%机身长度，可采用3、4、5叶桨；水上涵道风扇推进器共两个，可分别位于内段一级地效翼、内段二级地效翼、内段三级地效翼的翼根上侧，太阳能电池可位于外段翼帆型机翼、内段一级地效翼、内段二级地效翼、内段三级地效翼上侧，可采用铜铟镓锡、碲化镉、非晶硅薄膜电池或其他高效太阳能电池。以上部件均采用防水处理或防水材料。

7、与现有相似的无人船或航行器相比，本实用新型具有如下优点：

8、（1）采用双体型机身，可大幅提升装载能力、水面高速滑行稳定性、航行器结构强度，同尺寸情况下装载能力提升70%以上；

9、（2）采用地效翼飞行时，通过外段机翼和内段地效翼的综合调整，可实现升阻比提升45%以上，升力提升25%以上；

10、（3）通过三级地效翼可控偏转，可提升地效翼航行器在高速滑行的升力，缩短起降距离30%以上，提高起降稳定性。

11、（4）结合外段翼帆型机翼和内段三级地效翼综合偏转，增加升力的同时，可利用风能实现推进，结合太阳能电池使用，实现风能、电动的综合推进。

技术特征：

1.一种复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于，包括双体型航行器机体部分、复合翼面部分、航行器姿态控制部分和动力推进部分；所述双体型航行器机体部分用于载荷装载、水面净浮力产生、提供高速滑行时稳定性；所述复合翼面部分由外段翼帆型机翼（21）、内段三个地效翼、v型双垂尾（25）构成，内段三个地效翼用于连接双体型航行器机体部分，外段翼帆型机翼（21）设置于双体型航行器机体部分两侧，v型双垂尾（25）设置于双体型航行器机体部分尾部，用于水面高速滑行、地效巡航飞行的高升力提供；航行器姿态控制部分设置在复合翼面部分上，用于水面滑行、地效飞行时的姿态控制；动力推进部分包括水下推进螺旋桨（41）、水上涵道风扇推进器（42）、太阳能电池（43），为航行器提供推力。

2.根据权利要求1所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于，所述双体型航行器机体部分包括左右船身式机身（11）、抑波槽（12）、曲面形状机身头部（13）、机身下部断阶（14）、上翘式机身后部（15）；左右船身式机身（11）采用船身式设计，具有曲面形状机身头部（13）；抑波槽（12）位于左右船身式机身（11）前段中下方，用于拟制高速滑行水浪产生，减小航行阻力；机身下部断阶（14）位于左右船身式机身（11）下方，距机身头部55-75%机身长度，用于提高水面起降稳定性，并降低高速滑行带来的滑行阻力；左右船身式机身（11）具有上翘式机身后部（15），其下部上翘角度为5-15度，减小航行器水面起飞时机身尾部触水现象。

3.根据权利要求1所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于，所述内段三个地效翼包括内段一级地效翼（22）、内段二级地效翼（23）、内段三级地效翼（24）；外段翼帆型机翼（21）位于左右船身式机身（11）两侧，采用上单翼方式、可偏转模式安装，水面高速滑行、地效飞行时，外段翼帆型机翼（21）为展开状态提供升力，水面低速航行时，外段翼帆型机翼（21）可偏转为竖起状态，利用风力推进，达到节能增程效果，外段翼帆型机翼（21）翼型为低速翼型、层流翼型或超临界翼型；内段一级地效翼（22）位于左右船身式机身（11）内侧，距机头位置10-40%机身长度处，内段二级地效翼（23）、内段三级地效翼（24）依次从前往后布置，内段三个地效翼均采用上单翼安装，安装角为0-5度，内段三个地效翼根据起降、滑行需求，实现偏转，偏转角度为0-20度，达到增升效果，翼型可为低速翼型、层流翼型或超临界翼型；v型双垂尾（25）位于左右船身式机身（11）尾部上侧，向外倾斜角度为5-35度，为航行器提供航向姿态控制，采用对称翼型。

4.根据权利要求1所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于，所述航行器姿态控制部分包括副翼（31）、襟翼（32）、升降舵（33）、方向舵（34）、水舵（35）；副翼（31）位于外段翼帆型机翼（21）外端后缘，展向长度为外段翼帆型机翼（21）翼展的40-65%，襟翼（32）位于外段翼帆型机翼（21）内端后缘，展向长度为为外段翼帆型机翼（21）翼展的35-50%，升降舵（33）位于内段三级地效翼（24）的后缘，升降舵（33）位于左右船身式机身（11）尾部上侧，距离机身尾部3-20%机身长度，水舵（35）位于左右船身式机身（11）尾部下侧，距离机身尾部5-15%机身长度。

5.根据权利要求1所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，其特征在于，所述水下推进螺旋桨（41）位于左右船身式机身（11）尾部下侧，距离机身尾部10-25%机身长度，采用3、4或5叶桨；水上涵道风扇推进器（42）共设两个，分别位于内段一级地效翼（22）、内段二级地效翼（23）或内段三级地效翼（24）两端的翼根上侧；太阳能电池（43）设置于外段翼帆型机翼（21）、内段一级地效翼（22）、内段二级地效翼（23）和内段三级地效翼（24）上侧。

技术总结本技术公开了一种复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器，所述复合翼面双体型长航时地效翼无人航行器包含双体型航行器机体部分、复合翼面部分、航行器姿态控制部分、动力推进部分。本技术长航时地效翼无人航行器具有大载荷、长航时、高速滑行稳定性等优势，载荷能力最高可提升70%以上，高速地效飞行时，升阻比提升45%以上，通过可控的地效翼偏转实现高速滑行且降低起降距离30%，综合采用太阳能、风能、电驱动等，提升地效翼无人航行器的航程和续航能力。可广泛应用于海域、水域的目标探测和污染监测、生态考察等任务，有望在海域安全、区域拒止作战、侦察监视及岛链物资投放、物资运输等方面获得较大应用前景。技术研发人员：刘战合,李隆隆,田秋丽,吴浩坤,沈文静,徐亚辉,刘广林,曾宪泽,张璇,赵体梁,何涛哲,郑翔仁,周天元受保护的技术使用者：郑州航空工业管理学院技术研发日：20230927技术公布日：2024/7/18