一种跨水气介质飞行器布局及其降载方法与流程

本发明涉及一种跨水气介质飞行器布局及其降载方法，属于飞行器气动布局设计领域。

背景技术：

1、飞行器气动布局和外形选择是总体设计的关键技术之一，是气动先行的重要内涵。高速入水跨介质飞行器组合了空中飞行器与超空泡鱼雷的优势，提升了空中飞行器末端突防能力，同时弥补超空泡鱼雷航程不足的劣势，但是与传统的潜艇发射与水面舰艇发射相比，跨介质飞行器尤其是在高速入水时，头部与水面剧烈撞击，会产生比较大的入水冲击载荷，对飞行器的结构以及水下弹道姿态产生恶劣影响，跨介质飞行器高速安全入水是跨介质飞行器研制中的关键技术之一。核心是建立有效的工程可实现降载方式。目前传统的飞行器入水的降载方式是通过降落伞使得入水速度降低到50m/s的量级，实现在低速条件下安全入水。研究空投跨介质飞行器小载荷高速入水对结构的总体设计以及水下弹道设计等方面具有重要的工程意义。

2、跨介质飞行器通过降落伞减速后降低入水载荷，但是降落伞减速的不足之处在于下降时间过长降低飞行器的突防能力，同时降落伞减速空中弹道控制能力较弱，造成落水点较为分散。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种跨水气介质飞行器布局及其降载方法，实现跨介质飞行器空中减速、下降弹道稳定、高速入水降载是实现跨介质类武器装备安全入水、快速打击。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种跨水气介质飞行器布局，包括：飞行器本体为轴对称外形，头部与肩部设计成空化外形；飞行器后段安装栅格翼舵面，栅格翼舵面兼具减速以及姿态稳定的作用；飞行器头部顶端安装叶片旋转装置，叶片旋转装置由安装在飞行器内部的电机驱动，叶片旋转装置的旋转速度可调节。

3、优选地，所述栅格翼的外形尺寸长度为0.4-0.5米，宽度为0.4-0.5米，栅格的展向长度为0.15米-0.25米，栅格翼的厚度为0.002-0.005米，栅格等间距分布。

4、优选地，所述栅格的安装位置在距离顶点0.8-0.9倍飞行器长度处。

5、优选地，头部旋转装置由中间结构和叶片组成，叶片沿着中间结构的母线安装在中间结构的外侧，叶片之间的夹角相等，叶片的数量为偶数。

6、优选地，头部旋转装置的中间结构与叶片加工时一次成型。

7、优选地，中间结构为柱体结构或者锥体结构。

8、优选地，所述叶片形状为直角三角形或者矩形，当叶片形状为直角三角形时，一条直角边与中间结构母线连接，另一条直角边靠近飞行器头部；当叶片形状为矩形时，一条边与中间结构母线连接，另一条边靠近飞行器头部。

9、优选地，所述叶片旋转装置的转动角速度范围在20-60rad/s之内。

10、本发明的另一个技术方案是：上述跨水气介质飞行器的降载方法，该方法包括如下步骤：

11、s1、飞行器在大气中下降阶段采用栅格翼实现减速以及姿态控制，在接近水气界面一定距离之内时，栅格翼与飞行器本体分离，头部降载装置开始工作；

12、s2、根据入水速度选取旋转装置的入水旋转角速度，使得飞行器跨越水气界面时，液相在离心力的作用下迅速向周围扩散，同时由于液相高速运动，液相发生空化现象，液相发生相变成为汽相，飞行器在汽相、液相与气相的混合环境中飞行；

13、s3、在进入水下深度达到飞行器的长度的一半时，旋转装置停止工作，飞行器入水后利用头部及肩部的空化外形设计产生空泡及超空泡，减小水下航行阻力，保持航行姿态稳定以及快速航行。

14、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

15、(1)、本发明采用栅格翼作为空中减速的手段，同时兼具空中下降过程中的姿态控制作用，较传统的降落伞减速方式的优势在于落点控制更为准确；

16、(2)、传统的降载手段包括头部安装抗冲击材料等为被动降载手段，本发明采用可调节转速的叶片式降载装置，为一种主动型的降载手段，通过调节转速可以同时满足较宽范围的入水速度降载要求；

17、(3)、本发明降载装置为尖锥状，在完全入水后可以作为空化器使用，有助于水下航行时形成更稳定的空泡。

18、(4)、本发明统筹考虑空中与水下飞行器作战的区域范围,扩大了飞行器的应用领域,提升飞行器的作战能力。

19、(5)、由于本发明入水冲击载荷降载装置具有可调节功能，适用于较大范围的跨介质飞行器入水速度

1.一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，包括：飞行器本体为轴对称外形，头部与肩部设计成空化外形；飞行器后段安装栅格翼舵面，栅格翼舵面兼具减速以及姿态稳定的作用；飞行器头部顶端安装叶片旋转装置，叶片旋转装置由安装在飞行器内部的电机驱动，叶片旋转装置的旋转速度可调节。

2.根据权利要求1所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，所述栅格翼的外形尺寸长度为0.4-0.5米，宽度为0.4-0.5米，栅格的展向长度为0.15米-0.25米，栅格翼的厚度为0.002-0.005米，栅格等间距分布。

3.根据权利要求2所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，所述栅格的安装位置在距离顶点0.8-0.9倍飞行器长度处。

4.根据权利要求1所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，头部旋转装置由中间结构和叶片组成，叶片沿着中间结构的母线安装在中间结构的外侧，叶片之间的夹角相等，叶片的数量为偶数。

5.根据权利要求1所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，头部旋转装置的中间结构与叶片加工时一次成型。

6.根据权利要求4或5任一项所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，中间结构为柱体结构或者锥体结构。

7.根据权利要求6所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，所述叶片形状为直角三角形或者矩形，当叶片形状为直角三角形时，一条直角边与中间结构母线连接，另一条直角边靠近飞行器头部；当叶片形状为矩形时，一条边与中间结构母线连接，另一条边靠近飞行器头部。

8.根据权利要求1所述的一种跨水气介质飞行器布局，其特征在于，所述叶片旋转装置的转动角速度范围在20-60rad/s之内。

9.权利要求1所述跨水气介质飞行器的降载方法，其特征在于，包括如下步骤：