一种智慧变形飞行器及变形控制方法与流程

1.本发明涉及飞行器智慧变形领域。更具体地，涉及一种智慧变形飞行器及变形控制方法。


背景技术：

2.自卡特兄弟发明简易飞行器以来，人造飞行器已被广泛应用到军用和民用领域，各种不同形态和不同大小的人造飞行器根据不同需求而被不断发明及改进。飞行器在执行任务时都需要经过多个飞行阶段，如起飞、爬升、盘旋、降落等，在不同飞行阶段，其飞行环境(如高度、速度、气候等)也会相应变化，需要调整形态以达到高效、安全及可靠的飞行状态，并完成相应任务。现有技术中一般是通过机翼或者舵机的变形来实现飞行器形态的调整，但是由于飞行器通常由多个不同功能的舱段连接而成，不同的舱段之间功能差异明显，通过机翼或者舵机的变形无法使飞行器达到最佳的飞行状态，且该方案的实施会占用大量资源，成本高昂。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明的一个目的在于提供一种能够在飞行器飞行过程中优化飞行器的气动外形的智慧变形飞行器。
4.本发明的另一个目的在于提供一种智慧变形飞行器的变形控制方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.根据本发明的一个方面，提供一种智慧变形飞行器，包括：
7.舱体基体以及覆盖于所述舱体基体的外表面的蒙皮结构；
8.所述舱体基体包括第一舱体基体和第二舱体基体，所述第二舱体基体结合固定于所述第一舱体基体远离所述飞行器顶点的一端；
9.所述蒙皮结构和所述第一舱体基体之间包括多个第一驱动件，所述第一驱动件被配置为驱动所述蒙皮机构以改变所述智慧变形飞行器的外形；
10.所述蒙皮结构和所述第二舱体基体之间包括多个第二驱动件，所述第二驱动件被配置为驱动所述蒙皮结构以改变所述智慧变形飞行器的外形。
11.此外，优选的方案是，所述蒙皮结构包括对应覆盖于所述第一舱体基体的外表面的第一蒙皮结构和对应覆盖于所述第二舱体基体的外周面的第二蒙皮结构；
12.所述第一驱动件的一端与所述第一蒙皮结构结合固定，另一端与所述第一舱体基体结合固定；
13.所述第二驱动件的一端与所述第二蒙皮结构结合固定，另一端与所述第二舱体基体结合固定。
14.此外，优选的方案是，所述第一蒙皮结构包括第一外蒙皮和第一内蒙皮，所述第一外蒙皮位于所述第一内蒙皮远离所述第一舱体基体的一侧；
15.所述第一内蒙皮和所述第一舱体基体之间形成有第一隔热腔体。
16.此外，优选的方案是，所述第一驱动件包括第一子驱动和第二子驱动，所述第一子驱动和第二子驱动交错排布于所述第一舱体基体的周侧；
17.所述第一子驱动设置于所述第一外蒙皮和第一舱体基体之间，所述第一子驱动的一端与所述第一外蒙皮结合固定，所述第一子驱动的另一端与所述第一舱体基体结合固定；
18.所述第二子驱动设置于所述第一内蒙皮和第一舱体基体之间，所述第二子驱动的一端与所述第一内蒙皮结合固定，所述第二子驱动的另一端与所述第一舱体基体结合固定。
19.此外，优选的方案是，所述第二蒙皮结构包括第二外蒙皮和第二内蒙皮，所述第二外蒙皮位于所述第二内蒙皮远离所述第二舱体基体的一侧；
20.所述第二内蒙皮和所述第二舱体基体之间形成有第二隔热腔体。
21.此外，优选的方案是，所述第二驱动件包括第三子驱动和第四子驱动，所述第三子驱动和第四子驱动交错排布于所述第二舱体基体的周侧；
22.所述第三子驱动设置于所述第二外蒙皮和第二舱体基体之间，所述第三子驱动的一端与所述第二外蒙皮结合固定，所述第三子驱动的另一端与所述第二舱体基体结合固定；
23.所述第四子驱动设置于所述第二内蒙皮和第二舱体基体之间，所述第四子驱动的一端与所述第二内蒙皮结合固定，所述第四子驱动的另一端与所述第二舱体基体结合固定。
24.此外，优选的方案是，所述第一外蒙皮和第一内蒙皮分别通过多个关节轴承连接于所述智慧变形飞行器的顶点。
25.根据本发明的另一个方面，提供一种上述智慧变形飞行器的变形控制方法，包括以下步骤：
26.接收遥感器和遥测设备所获取的当前智慧变形飞行器的外形参数；
27.基于当前飞行任务的第一参考值和第二参考值计算出所述智慧变形飞行器基于当前飞行任务的最优外形参数；
28.对比所得到的最优外形参数和当前智慧变形飞行器的外形参数，得到第一变形控制量和第二变形控制量；
29.根据所述第一变形控制量控制所述第一驱动件运动，根据所述第二变形控制量控制所述第二驱动件运动，以使得所述智慧变形飞行器的外形参数等于最优外形参数。
30.此外，优选的方案是，所述外形参数为智慧变形飞行器的直径和长细比。
31.此外，优选的方案是，所述第一参考值为当前飞行环境，所述第二参考值为当前飞行任务所需的飞行速度。
32.本发明的有益效果如下：
33.针对现有技术中存在的技术问题，本技术实施例提供一种智慧变形飞行器及变形控制方法，相比在翼面设置蒙皮结构的传统飞行器，本实施例中所提供的智慧变形飞行器首次在飞行器的主体部分设置蒙皮结构，使得飞行器在飞行过程中能够随着飞行任务或者飞行环境的改变，改变飞行器的气动外形，使得飞行器达到最佳飞行状态。相比现有技术，本发明实施例所提供的飞行器的飞行效率提高了30％-50％。具体地，通过在飞行器的不同
舱段对应设置蒙皮结构，实现了飞行器外形的分段调控，能够在飞行器飞行过程中对飞行器的气动外形进行优化，使其能够适应不同飞行任务的飞行要求，达到更佳的飞行效率，且实现了单一飞行器执行多任务、达到多目标运用的目的；通过控制系统对飞行器的外形进行智能控制，提高了飞行器的飞行速度和机动性能，更容易实现飞行器的隐身，突防性能更高，能够满足飞行器的强度、刚度和承受冲击载荷能力的要求；实现了一机多任务、多目标运用，节省了成本；此外，蒙皮结构双层蒙皮的设计，保障了飞行器的隔热性能，避免了舱内的温度环境受外界和飞行过程中温度变化的影响。
附图说明
34.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
35.图1示出本发明实施例所提供的智慧变形飞行器的结构示意图。
36.图2示出图1中所示出的智慧变形飞行器沿a-a线的剖视图。
37.图3示出图1中所示出的智慧变形飞行器沿b-b线的剖视图。
38.图4示出本发明实施例所提供的变形控制方法的流程图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
40.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
42.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
43.飞行器在执行任务时都需要经过多个飞行阶段，如起飞、爬升、盘旋、降落等，在不同飞行阶段，其飞行环境(如高度、速度、气候等)也会相应变化，需要调整形态以达到高效、安全及可靠的飞行状态，并完成相应任务。飞行器通常由多个不同功能的舱段连接而成，不同的舱段之间功能差异明显，部署起来占用大量资源，成本高昂。本发明实施例提供一种智慧变形飞行器，结合图1-3所示，所述智慧变形飞行器包括舱体基体和覆盖于舱体基体表面的蒙皮结构，该蒙皮结构能够根据外界飞行环境及当前飞行任务的飞行状态需求，改变自身结构形态，优化飞行器的气动外形，以使飞行器达到飞行性能最优的状态。具体地，所述舱体基体包括第一舱体基体1和第二舱体基体2，所述第一舱体基体1和第二舱体基体2分别对应飞行器的不同舱段，所述第一舱体基体1和第二舱体基体2通过螺钉连接固定在一起，
第二舱体基体2位于所述第一舱体基体1远离飞行器顶点的一端。
44.在一个实施例中，结合图1所示，所述蒙皮结构和第一舱体基体1之间设置有多个第一驱动件3，多个所述第一驱动件3均匀布置于所述第一舱体基体1的周侧，第一驱动件3的一端与所述蒙皮结构结合固定，另一端与所述第一舱体基体1的侧壁结合固定，第一驱动件3运动能够驱动所述蒙皮结构运动从而改变第一舱体基体1所对应的舱段的气动外形，使其能够达到最优的飞行状态。可以理解的是，在一种实施例中，所述第一驱动件3固定于所述第一舱体基体1上，第一驱动件3的输出端与所述蒙皮结构结合固定；或者，在另一种实施例中，所述第一驱动件3结合固定于蒙皮结构上，第一驱动件3的输出端与所述第一舱体基体1结合固定。所述第一驱动件3包括但不限于水平气缸、直线电机。
45.在一个实施例中，如图1所示，所述蒙皮结构和第二舱体基体2之间设置有多个第二驱动件4，多个所述第二驱动件4均匀布置于所述第二舱体基体2的周侧，第二驱动件4的一端与所述蒙皮结构结合固定，另一端与所述第二舱体基体2的侧壁结合固定，第二驱动件4运动能够驱动所述蒙皮结构运动从而改变第二舱体基体2所对应的舱段的气动外形，使其能够达到最优的飞行状态。可以理解的是，在一种实施例中，所述第二驱动件4固定于所述第二舱体基体2上，第二驱动件4的输出端与所述蒙皮结构结合固定；或者，在另一种实施例中，所述第二驱动件4结合固定于蒙皮结构上，第二驱动件4的输出端与所述第二舱体基体2结合固定。所述第二驱动件4包括但不限于水平气缸、直线电机。
46.在一个实施例中，如图1所示，所述蒙皮结构包括对应覆盖于所述第一舱体基体1的外表面的第一蒙皮结构和对应覆盖于所述第二舱体基体2的外周面的第二蒙皮结构。所述第一驱动件3的一端与所述第一蒙皮结构结合固定，另一端与所述第一舱体基体1集合固定；所述第二驱动件4的一端与所述第二蒙皮结构结合固定，所述第二驱动件4的另一端与所述第二蒙皮结构结合固定。在本实施例中，所述第一蒙皮结构的变形由第一驱动件3驱动，所述第二蒙皮结构的变形由所述第二驱动件4驱动，第一蒙皮结构和第二蒙皮结构在变形时互不干扰，能够根据不同舱段的功能差异，对应进行调整，使飞行器的各个舱段都能够达到最优的飞行状态，从而使得飞行器能够在不同飞行环境下根据飞行任务要求保持最优的飞行效率。
47.在一个实施例中，如图1所示，所述第一蒙皮结构包括第一外蒙皮5和第一内蒙皮6，所述第一外蒙皮5位于所述第一内蒙皮6远离所述第一舱体基体1的一侧。
48.所述第二外蒙皮6和第一舱体基体1之间形成有第一隔热腔体10，双层的蒙皮结构和所述第一隔热腔体10能够保证第一舱体基体1内的温度环境不受外界和飞行过程中温度变化的影响，保证飞行器的隔热性能。
49.在一个实施例中，如图2所示，所述第一驱动件3包括第一子驱动31和第二子驱动32，所述第一子驱动31和第二子驱动32交错设置，均匀排布于所述第一舱体基体1的外周侧。其中，所述第一子驱动31位于所述第一外蒙皮5和第一舱体基体1之间，所述第一子驱动31的一端与所述第一外蒙皮5结合固定，另一端与所述第一舱体基体1的外侧壁结合固定，所述第一子驱动31能够驱动所述第一外蒙皮5发生形变；所述第二子驱动32位于所述第一内蒙皮6和第一舱体基体1之间，所述第二子驱动32的一端与所述第一内蒙皮6结合固定，另一端与所述第一舱体基体1的外侧壁结合固定，所述第二子驱动32能够驱动所述第一内蒙皮6发生形变。所述第一子驱动31和第二子驱动32配合使用，能够调整所述第一舱体基体1
的气动外形，使得第一舱体基体1所对应的舱段达到最佳飞行状态。
50.在一个实施例中，如图1所示，所述第二蒙皮结构包括第二外蒙皮7和第二内蒙皮8，所述第二外蒙皮7位于所述第二内蒙皮8远离所述第二舱体基体2的一侧。
51.所述第二外蒙皮8和所述第二舱体基体2之间形成有第二隔热腔体20，双层的蒙皮结构和所述第二隔热腔体20能够保证第二舱体基体2内的温度环境不受外界和飞行过程中温度变化的影响，保证飞行器的隔热性能。
52.在一个实施例中，如图3所示，所述第二驱动件4包括第三子驱动41和第四子驱动42，所述第三子驱动41和第四子驱动42交错设置，均匀排布于所述第二舱体基体2的外周侧。其中，所述第三子驱动41位于所述第二外蒙皮7和第二舱体基体2之间，所述第三子驱动41的一端与所述第二外蒙皮7结合固定，另一端与所述第二舱体基体2的外侧壁结合固定，所述第三子驱动41能够驱动所述第二外蒙皮7发生形变；所述第四子驱动42位于所述第二内蒙皮8和第二舱体基体2之间，所述第四子驱动42的一端与所述第二内蒙皮8结合固定，另一端与所述第二舱体基体2的外侧壁结合固定，所述第四子驱动42能够驱动所述第二内蒙皮8发生形变。所述第三子驱动41和第四子驱动42配合使用，能够调整所述第二舱体基体2的气动外形，使得第二舱体基体2所对应的舱段达到最佳飞行状态。
53.在一个实施例中，如图1所示，所述第一外蒙皮5和第一内蒙皮6分别通过多个关节轴承9连接于所述飞行器的顶点，关节轴承9能够实现第一蒙皮结构与第一舱体基体1之间的连接与限位，同时不会影响第一蒙皮结构的变形。
54.在一个实施例中，所述智慧变形飞行器还包括控制系统100，所述控制系统100与第一驱动件3和第二驱动件4通讯连接。在飞行器工作过程中，所述控制系统100能够根据飞行环境以及飞行任务情况计算出最优气动外形，给予第一驱动件3和第二驱动件4指令控制第一蒙皮结构和第二蒙皮结构变形，使飞行器达到最优气动外形，从而使飞行器保持最优飞行效率。
55.需要说明的是，本实施例中所述的舱体基体包括第一舱体基体1和第二舱体基体2仅是作为一个示例性说明，在实际操作中，多舱段的飞行器均适用本发明，其中每个舱段均对应布置有独立的蒙皮结构，方便对各个舱段进行变形控制，以使飞行器能够达到最佳的飞行状态。
56.本发明的另一个实施例提供一种智慧变形飞行器的变形控制方法，结合图4所示，包括以下步骤：
57.s1，控制系统100接收接收遥感器和遥测设备所获取的当前智慧变形飞行器的外形参数；
58.s2，控制系统100基于当前飞行任务的第一参考值和第二参考值计算出所述智慧变形飞行器基于当前飞行任务的最优外形参数；
59.s3，控制系统100对比所得到的最优外形参数和当前智慧变形飞行器的外形参数，得到第一变形控制量和第二变形控制量；
60.s4，控制系统100根据所述第一变形控制量控制所述第一驱动件3运动，根据所述第二变形控制量控制所述第二驱动件4运动，以使得所述智慧变形飞行器的外形参数等于最优外形参数。
61.在一个具体地实施例中，步骤s1中所述的外形参数为智慧变形飞行器的直径和长
细比。
62.在一个具体地实施例中，步骤s2中所述的第一参考值为当前飞行环境，所述第二参考值为当前飞行任务所需的飞行速度。
63.本发明实施例提供了一种智慧变形飞行器及变形控制方法，相比传统的飞行器，本实施例中所提供的智慧变形飞行器是通过在飞行器的主体部分设置蒙皮结构，从而使得飞行器在飞行过程中能够随着飞行任务和飞行环境的改变，改变飞行器的气动外形，使得飞行器达到最佳飞行状态，相比现有技术，本发明实施例所提供的飞行器的飞行效率提高了30％-50％。具体地，通过在飞行器的不同舱段对应设置蒙皮结构，实现了对飞行器外形的分段调控，能够在飞行器飞行的过程中对飞行器的气动外形进行优化，使其能够适应不同飞行任务的飞行要求，达到更佳的飞行效率，且实现了单一飞行器执行多任务、达到多目标运用的目的；通过控制系统对飞行器的外形进行智能控制，提高了飞行器的飞行速度和机动性能，更容易实现飞行器的隐身，突防性能更高，能够满足飞行器的强度、刚度和承受冲击载荷能力的要求；实现了一机多任务、多目标运用，节省了成本；此外，蒙皮结构双层蒙皮的设计，保障了飞行器的隔热性能，避免了舱内的温度环境受外界和飞行过程中温度变化的影响。
64.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.一种智慧变形飞行器，其特征在于，所述智慧变形飞行器包括舱体基体以及覆盖于所述舱体基体的外表面的蒙皮结构；所述舱体基体包括第一舱体基体和第二舱体基体，所述第二舱体基体结合固定于所述第一舱体基体远离所述飞行器顶点的一端；所述蒙皮结构和所述第一舱体基体之间包括多个第一驱动件，所述第一驱动件被配置为驱动所述蒙皮机构以改变所述智慧变形飞行器的外形；所述蒙皮结构和所述第二舱体基体之间包括多个第二驱动件，所述第二驱动件被配置为驱动所述蒙皮结构以改变所述智慧变形飞行器的外形。2.根据权利要求1所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述蒙皮结构包括对应覆盖于所述第一舱体基体的外表面的第一蒙皮结构和对应覆盖于所述第二舱体基体的外周面的第二蒙皮结构；所述第一驱动件的一端与所述第一蒙皮结构结合固定，另一端与所述第一舱体基体结合固定；所述第二驱动件的一端与所述第二蒙皮结构结合固定，另一端与所述第二舱体基体结合固定。3.根据权利要求2所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述第一蒙皮结构包括第一外蒙皮和第一内蒙皮，所述第一外蒙皮位于所述第一内蒙皮远离所述第一舱体基体的一侧；所述第一内蒙皮和所述第一舱体基体之间形成有第一隔热腔体。4.根据权利要求3所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述第一驱动件包括第一子驱动和第二子驱动，所述第一子驱动和第二子驱动交错排布于所述第一舱体基体的周侧；所述第一子驱动设置于所述第一外蒙皮和第一舱体基体之间，所述第一子驱动的一端与所述第一外蒙皮结合固定，所述第一子驱动的另一端与所述第一舱体基体结合固定；所述第二子驱动设置于所述第一内蒙皮和第一舱体基体之间，所述第二子驱动的一端与所述第一内蒙皮结合固定，所述第二子驱动的另一端与所述第一舱体基体结合固定。5.根据权利要求2所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述第二蒙皮结构包括第二外蒙皮和第二内蒙皮，所述第二外蒙皮位于所述第二内蒙皮远离所述第二舱体基体的一侧；所述第二内蒙皮和所述第二舱体基体之间形成有第二隔热腔体。6.根据权利要求5所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述第二驱动件包括第三子驱动和第四子驱动，所述第三子驱动和第四子驱动交错排布于所述第二舱体基体的周侧；所述第三子驱动设置于所述第二外蒙皮和第二舱体基体之间，所述第三子驱动的一端与所述第二外蒙皮结合固定，所述第三子驱动的另一端与所述第二舱体基体结合固定；所述第四子驱动设置于所述第二内蒙皮和第二舱体基体之间，所述第四子驱动的一端与所述第二内蒙皮结合固定，所述第四子驱动的另一端与所述第二舱体基体结合固定。7.根据权利要求3所述的智慧变形飞行器，其特征在于，所述第一外蒙皮和第一内蒙皮分别通过多个关节轴承连接于所述智慧变形飞行器的顶点。8.一种权利要求1-7任一项所述的智慧变形飞行器的变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：接收遥感器和遥测设备所获取的当前智慧变形飞行器的外形参数；基于当前飞行任务的第一参考值和第二参考值计算出所述智慧变形飞行器基于当前
飞行任务的最优外形参数；对比所得到的最优外形参数和当前智慧变形飞行器的外形参数，得到第一变形控制量和第二变形控制量；根据所述第一变形控制量控制所述第一驱动件运动，根据所述第二变形控制量控制所述第二驱动件运动，以使得所述智慧变形飞行器的外形参数等于最优外形参数。9.根据权利要求8所述的变形控制方法，其特征在于，所述外形参数为智慧变形飞行器的直径和长细比。10.根据权利要求8所述的变形控制方法，其特征在于，所述第一参考值为当前飞行环境，所述第二参考值为当前飞行任务所需的飞行速度。

技术总结
本发明实施例公开了一种智慧变形飞行器及变形控制方法，包括舱体基体以及覆盖于所述舱体基体的外表面的蒙皮结构；所述舱体基体包括第一舱体基体和第二舱体基体，所述第二舱体基体结合固定于所述第一舱体基体远离所述飞行器顶点的一端；所述蒙皮结构和第一舱体基体之间包括多个第一驱动件，所述第一驱动件被配置为驱动所述蒙皮机构以改变所述智慧变形飞行器的外形；所述蒙皮结构和所述第二舱体基体之间包括多个第二驱动件，所述第二驱动件被配置为驱动所述蒙皮结构以改变所述智慧变形飞行器的外形。通过在飞行器的不同舱段对应设置蒙皮结构，实现了飞行器主体外形的分段调控，对飞行器的气动外形进行优化，使其能够适应不同飞行任务的飞行要求。同飞行任务的飞行要求。同飞行任务的飞行要求。


技术研发人员：孙兆群 陈海建 张衡 高守成 金楷杰 杨哲 吴彦增
受保护的技术使用者：北京电子工程总体研究所
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/6/3