检索结果-内蒙古大学图书馆

无人系统技术 2022年第3期5卷 20-27页

作者：王仰杰龙腾孙景亮叶年辉李辉北京理工大学宇航学院北京100081

跨介质飞行器兼具无人飞行器和水下航行器的运动特性,可实现空水往复运动,对创新无人飞行器作战样式、提升复杂作战任务能力具有重要的研究价值。为满足跨介质飞行器快速入水任务需求,提出一种基于径向基网络的粒子群优化方法。首先,建... 详细信息

跨介质飞行器兼具无人飞行器和水下航行器的运动特性,可实现空水往复运动,对创新无人飞行器作战样式、提升复杂作战任务能力具有重要的研究价值。为满足跨介质飞行器快速入水任务需求,提出一种基于径向基网络的粒子群优化方法。首先,建立了跨介质飞行器入水动力学模型。在此基础上,以入水时间最短为优化目标,采用粒子群算法对跨介质飞行器的初始入水状态进行寻优搜索。同时,构建径向基网络,以跨介质飞行器的入水速度和入水角度为输入,快速逼近其入水时间,提高跨介质飞行器快速入水优化问题的求解效率。通过仿真试验结果可知,文中所提算法能够在保证入水时间近似精度较高的前提下,有效节约计算资源66.7%,计算耗时缩短52.1%,具有一定的工程意义。

关键词：跨介质飞行器入水动力学模型径向基网络粒子群算法初始入水状态

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基于神经网络的跨介质飞行器水面弹跳运动参数快速预测方法

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无人系统技术 2023年第6期6卷 91-100页

作者：任帆涛姜毅王斯艺覃通明北京理工大学宇航学院北京100081

为进一步提高跨介质飞行器水面弹跳运动参数的计算效率,提出基于线性多元回归、反向传播神经网络及径向基函数神经网络的水面弹跳运动特性近似模型,对弹跳后运动参数进行快速预测。首先,建立跨介质飞行器水面弹跳数值仿真分析模型,对模... 详细信息

为进一步提高跨介质飞行器水面弹跳运动参数的计算效率,提出基于线性多元回归、反向传播神经网络及径向基函数神经网络的水面弹跳运动特性近似模型,对弹跳后运动参数进行快速预测。首先,建立跨介质飞行器水面弹跳数值仿真分析模型,对模型进行校验。其次,基于上述三种预测算法,以飞行器水面弹跳初始俯仰角、弹道倾角和速度作为输入值,预测其在水面弹跳运动中的末速度。结果表明:径向基函数神经网络算法对跨介质飞行器水面弹跳中的末速度预测的性能表现最优,与数值仿真速度值对比,回归系数为0.988,模型精度与速度预测结果可信性较高;速度预测值与数值计算的平均残差保持在8.39%以内,残差范围保持在±15 m/s以内,对跨介质飞行器水面弹跳运动研究具有参考价值。

关键词：跨介质飞行器神经网络算法水面弹跳反向传播径向基函数线性多元回归

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变构型跨介质飞行器发展及关键技术分析

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宇航总体技术 2021年第6期5卷 54-61,72页

作者：张朝阳杨峰刘凯夏广庆康会峰牛尧雨鹿畅大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室大连116024 北华航天工业学院河北省跨气水介质飞行器重点实验室廊坊065000

变构型跨介质飞行器就是既能满足在水下航行又能满足在空中飞行要求的飞行器,在具备水下航行隐蔽特性的同时也满足在空中飞行的机动性和灵活性要求。变构型跨介质飞行器可以通过改变其翼型结构适用于空气中与水中航行。该飞行器结合了... 详细信息

变构型跨介质飞行器就是既能满足在水下航行又能满足在空中飞行要求的飞行器,在具备水下航行隐蔽特性的同时也满足在空中飞行的机动性和灵活性要求。变构型跨介质飞行器可以通过改变其翼型结构适用于空气中与水中航行。该飞行器结合了无人机和潜艇的优势,可以实现多次出入水跨介质作业,在军事领域应用于战场关键信息侦察、突防和精确打击,在民用领域应用于海上灾难救援、深海地质探测等。从军事和民用方面分析了变构型跨介质飞行器的优势及用途,总结了国内外变构型跨介质飞行器发展现状,针对性地梳理了关键技术和难点问题,在此基础上提出了技术发展建议,为后续跨介质飞行器研究工作提供支撑。

关键词：跨介质飞行器水空两栖无人机

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旋翼跨介质飞行气动特性与机理仿真分析

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空气动力学学报 2025年第3期43卷 87-97页

作者：高世才王潇南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行，近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大，旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法（LBM）着重研究了旋翼逐渐靠近水... 详细信息

跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行，近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大，旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法（LBM）着重研究了旋翼逐渐靠近水面过程中的气动特性和流动机理，CFD计算结果表明，在距离水面0.8倍旋翼半径的高度附近，旋翼处于类似地面效应的状态。随着旋翼逐渐靠近水面，其下洗气流显著作用于水面，诱导形成明显的液冠结构，并伴随强烈的涡环效应，导致旋翼下方的气压降低，进而造成旋翼拉力在这一时间段内持续下降，拉力特性出现拐点，不升反降，产生明显的气液两相流干扰现象。液冠结构破碎后，旋翼拉力趋于稳定，相较于空中工况，在H/R=0.2时，旋翼拉力增长了约26%；在H/R> 0.4时，旋翼拉力的增长逐渐减缓，增长率以2%～5%的幅度缓慢下降，直至最终拉力趋近于空中工况的水平。本文初步揭示了旋翼在近水面工况下拉力特性的初步规律及影响机理，为后续理论研究与实际应用提供了参考。

关键词：旋翼 LBM 跨介质飞行器多相流近水面效应地面效应

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潜水飞机及其结构降载技术研究进展

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航空科学技术 2025年第4期 1-8页

作者：李勐陈星伊王向盈孙启星周进王文娟中国航空研究院

近年来，潜水飞机凭借其卓越的水空作业能力，在军民两用领域展现出广阔的应用前景，尤其适用于隐身突防、情报侦察、水下救援等多域复杂任务场景，其研制需求日益增长。本文系统地梳理了近十年潜水飞机的典型研制案例，基于出入水动力... 详细信息

近年来，潜水飞机凭借其卓越的水空作业能力，在军民两用领域展现出广阔的应用前景，尤其适用于隐身突防、情报侦察、水下救援等多域复杂任务场景，其研制需求日益增长。本文系统地梳理了近十年潜水飞机的典型研制案例，基于出入水动力学特征，将其划分为缓速式、冲击式和滑行式三类机型。研究表明，冲击式水空跨越方法耗能最少，对环境要求最低，应用最为广泛。不同机翼构型下，变后掠翼能够有效减少冲击载荷和水动阻力，多用于冲击式潜水飞机。针对强冲击载荷这一关键技术挑战，本文从仿生降载、变体结构和缓冲结构三个维度进行了深入分析，提出仿生缓冲结构、变展向与变后掠机翼结构、缓冲变密度材料是未来潜水飞机结构降载研究的重点方向。

关键词：跨介质飞行器潜水飞机结构降载变体结构缓冲结构

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掠海导弹触水滑跳运动特性数值模拟研究

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北京航空航天大学学报 2024年第10期50卷 2975-2983页

作者：雷娟棉吴志翔解文洋北京理工大学宇航学院北京100081 北京机电工程研究所北京100074

水面滑跳运动是一种飞行体在近水面运动时底部反复触水并被弹起的运动过程,该运动方式可以提高远程对海打击导弹在末端近水面无动力运动时的航程和机动能力。为研究导弹的水面滑跳运动特性,通过求解非定常Navier-Stokes方程和Realizable... 详细信息

水面滑跳运动是一种飞行体在近水面运动时底部反复触水并被弹起的运动过程,该运动方式可以提高远程对海打击导弹在末端近水面无动力运动时的航程和机动能力。为研究导弹的水面滑跳运动特性,通过求解非定常Navier-Stokes方程和Realizable k-ε湍流模型,结合重叠网格技术,采用VOF方法捕捉空气和水之间的自由液面变化,通过六自由度方程模拟刚体运动,对典型导弹外形水面滑跳运动过程进行模拟研究,给出并分析了导弹一次水面滑跳过程的运动参数和表面压力变化。结果表明:根据水面滑跳过程中导弹姿态和相对水面位置的变化特点,可将导弹水面滑跳运动过程分为入水前空中飞行段、第1次触水弹起段、近水面滑行段、第2次触水滑行段、滑跳出水飞行段5个阶段;第1次触水过程中,船尾段受到水面冲击被迅速弹离水面,同时使弹体低头,导弹整体仍向下朝水面运动;第2次触水过程中,导弹下表面大面积拍击水面,不仅产生较大的水面冲击力,且产生使弹体抬头的力矩,在向上冲击力和抬头力矩作用下,导弹被抬升滑跳出水面。船尾收缩段产生的抬头力矩及导弹前端触水处产生的冲击载荷共同作用使得导弹完成水面滑跳过程。

关键词：跨介质飞行器水面滑跳多相流刚体动力学数值模拟

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新型星形负泊松比抗冲击结构设计与入水冲击

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兵工学报 2024年第5期45卷 1497-1513页

作者：金泽华刘清洋马文朝孟军辉北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

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-quadrangu... 详细信息

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。

关键词：跨介质飞行器负泊松比拓扑优化冲击吸能平台应力

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飞行器触水非定常仿真研究

飞行器触水非定常仿真研究

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作者：孙肖元南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,一种可以在空气和水中自由穿梭的飞行器被越来越多的人关注,这种新概念飞行器被称为跨介质飞行器。跨介质飞行器是航空器和潜艇的结合体,其跨越水空介质的性能有重要的研究价值和战略意义,因此飞行器触水非定常仿真研究具有重要... 详细信息

近年来,一种可以在空气和水中自由穿梭的飞行器被越来越多的人关注,这种新概念飞行器被称为跨介质飞行器。跨介质飞行器是航空器和潜艇的结合体,其跨越水空介质的性能有重要的研究价值和战略意义,因此飞行器触水非定常仿真研究具有重要的意义。本文的主要工作和成果如下: 1)综合运用URANS方法、VOF方法、动网格技术和6DOF模型对二维楔形体入水、三维楔形体入水和圆盘水漂运动进行仿真模拟。通过将仿真结果与实验结果对比,验证了本文数值方法的正确性与有效性。 2)基于上述数值方法,对三维柱形体低速入水、头部外形优化设计以及锥头柱体的高速入水过程展开深入的研究。研究结果表明:增大质量、减小长度或直径、以90°方向入水或者安装椭球头都可以提高入水效率;采用基于Kriging模型的优化算法优化后的柱形体能有效地减小水阻,提高入水效率;增大质量和入水速度都可以提高锥头柱体的入水效率。 3)研究俯仰角度对双机身飞机水上迫降过程的影响。研究结果表明:随着俯仰角度的增大,飞机的浸水位移和垂向作用力均增大,俯仰偏转角度减小,姿态稳定性增强;随着俯仰角度的减小,飞机的水平速度衰减率和水平作用力增大,水平位移减小,飞机完成水上停降的时间缩短。 4)研究姿态角和入水速度对飞行器触水滑跳过程的影响。研究结果表明:飞行器的总机械能相对损失随着姿态角的增大而增大,随着入水速度的增大而保持不变。因此减小姿态角或增大入水速度都可以使飞行器完成更多次数的水漂运动。

关键词：跨介质飞行器 URANS方法 VOF方法优化设计 Kriging模型水上迫降触水滑跳

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仿飞鱼跨介质无人平台的探索研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2020年第1期35卷 55-60页

作者：邓见金楠周意琦路宽邵雪明浙江大学航空航天学院杭州310027

跨介质飞行器是一种既能在空中飞行,又能在水下潜航的新概念飞行器,它兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性。该文以自然界的飞鱼为模仿对象,研究了一种仿飞鱼的跨水气介质无人平台。该仿生飞鱼的身体长度25 cm,排水重量约为0.191 kg。采... 详细信息

跨介质飞行器是一种既能在空中飞行,又能在水下潜航的新概念飞行器,它兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性。该文以自然界的飞鱼为模仿对象,研究了一种仿飞鱼的跨水气介质无人平台。该仿生飞鱼的身体长度25 cm,排水重量约为0.191 kg。采用计算流体力学的手段,研究了仿生飞鱼水下游动与水面滑行阶段的水动力学特性。重点比较了飞鱼达到巡航状态所需功率,从而证实飞鱼可以通过水面滑跑过程进一步加速到起飞状态。首先,对于水下游动状态,当巡游速度为10 m/s,尾鳍摆动频率为145 Hz时,在小摆动幅度工况下,飞鱼达到巡游状态需要的输入功率约为350 W,此时通过身体重量计算出的肌肉功率密度为3 664 W/kg,该数值可以在生物学上找到合理解释。当飞鱼在水面滑跑时,同样输入功率为350 W时,滑飞速度可达到16.5 m/s。可见,飞鱼可通过水面滑跑进一步将自身加速到起飞状态。

关键词：仿生飞鱼跨介质飞行器滑跑游动

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旋翼近水面效应影响因素

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空气动力学学报 2024年第1期42卷 86-99,I0002页

作者：白兴之吴文华林泽铖范召林张代贤高福奎中国空气动力研究与发展中心跨介质飞行器研究中心绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋... 详细信息

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。

关键词：近水面效应跨介质飞行器旋翼自由面地面效应液滴

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