仿鲣鸟跨海空界面航行的变结构设计理论研究

人类虽然已经发明出在水下隐蔽航行的潜艇和在空中长时间滞留的飞机，但是还不具有任何一种运载器，可以快速、自由的出入于大海天空界面之间。这种新概念的潜载飞行器已经被军事家们期盼，捕食的鲣鸟进化出了反复快速出入于天空和海水之间的本领，将为提高跨海空界面飞行器的隐蔽性、实用性带来重要启示。本项目拟采用生物运动参数估算、建模与仿真、模型实验等手段，围绕变机翼机器鲣鸟、仿羽被变密度结构开展理论分析与实验验证。通过复现机翼收缩俯冲入水、羽被收缩改变密度下潜的过程，获取实验数据，揭示鲣鸟跨海空界面航行的机理。为未来实现高性能跨海空界面潜载飞行器，设计高速入水的机翼变翼结构，轻量化快速的下潜方案，提供新的方法和理论基础。

鲣鸟进化出了反复快速出入于天空和海水之间的本领，将为提高跨海空界面飞行器的实用性与可靠性带来重要启示。本项目旨在通过研究鲣鸟的跨介质过程，为跨海空航行器的设计奠定仿生理论基础。本项目的主要工作是采用生物运动参数估算、建模与仿真、计算流体力学分析、物理样机试验等手段，对鲣鸟的快速溅落入水行为进行了理论分析与试验测试。其中通过视频图像运动分析技术与三维逆向建模技术分别获取了鲣鸟入水过程运动参数和羽被压缩率；通过仿水禽变密度装置的研制探索变密度机制的工程应用；通过计算流体力学建模仿真与物理样机试验研究了入水速度、入水角度、后掠翼角度对机体冲击力大小和翼根枢轴载荷的影响。本项目的成果为：得出一种变密度装置的设计方法和深度调节方式；得出机体冲击力与翼根枢轴载荷随入水速度、入水角度的增大而增大，随后掠角的减小而增大的规律，其中翼根枢轴负载与溅落高度、入水角度大小存在显著的线性相关；开发一款跨海空两栖航行器并进行了初步的试飞验证，目前正在开展进一步的结构优化和改进。本项目的研究将为设计高速入水的后掠翼结构，制定优化的下潜方案，并最终研制出高性能跨海空飞行器提供新的方法和理论基础。