本發(fā)明涉及飛行器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今軍事革命日益深化的今天，各種類型飛行器也在不斷產(chǎn)生和發(fā)展，并起著不可替代的作用，同時隨著科技的發(fā)展和各國軍事能力的不斷提升，各個國家對飛行器的機(jī)動性和快速性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的固定翼飛行器飛行速度較慢，機(jī)動能力較差，而變后掠翼飛機(jī)雖然機(jī)動性能有所提升，但其機(jī)動過載不大于30g，且機(jī)翼轉(zhuǎn)動構(gòu)造復(fù)雜，質(zhì)量較大，故障率較高，這些問題都可能會制約飛行器性能的發(fā)揮，阻礙國家軍事能力的提升。近幾年，組合體式飛行器得到了較快的發(fā)展，主要在高超聲速飛行器、航天飛機(jī)、火箭等方面。但是目前的組合體式飛行器大多采用多級組合形式，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不可重復(fù)利用，功能和用途單一等問題。

因此，為了解決以上問題，需要提出一種機(jī)動性能好、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)簡單、和重量輕的多功能、多用途飛行器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器，以能變形材料為基礎(chǔ)，通過微機(jī)電系統(tǒng)的微執(zhí)行機(jī)構(gòu)和微推進(jìn)機(jī)構(gòu)，形成組合體式飛行器，在微機(jī)電系統(tǒng)的作用下，所述組合體式飛行器通過變形可快速調(diào)整飛行器姿態(tài)，提升飛行器的機(jī)動性，微機(jī)電系統(tǒng)可實(shí)時檢測系統(tǒng)內(nèi)故障并及時調(diào)整微機(jī)電系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)位置，大大提高了飛行器的可靠性，同時能變形材料的輕質(zhì)特性可大幅降低飛行器的整體重量，提高飛行器的各項(xiàng)性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器，其特征在于，所述飛行器包括：

能變形機(jī)身；

兩個能變形機(jī)翼，分別固定于所述能變形機(jī)身兩側(cè)；

能變形蒙皮，覆蓋于由所述能變形機(jī)身和所述能變形機(jī)翼組成的整體的表面；

多個微推進(jìn)機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述能變形機(jī)身上，用于調(diào)整所述飛行器飛行姿態(tài)；

多個微機(jī)電傳感器，分布于所述能變形機(jī)身與所述能變形蒙皮之間；和

機(jī)載控制器，位于所述能變形機(jī)身內(nèi)部，用于控制所述飛行器完成飛行器變形和飛行姿態(tài)調(diào)整。

優(yōu)選的，所述能變形機(jī)身和能變形機(jī)翼的材料為能變形材料。

優(yōu)選的，所述能變形材料為形狀記憶合金。

優(yōu)選的，所述能變形機(jī)身的內(nèi)表面設(shè)有多個微執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述多個微執(zhí)行機(jī)構(gòu)在所述機(jī)載控制器的控制下共同作用改變所述能變形材料的形狀和位置從而改變所述能變形機(jī)身的形狀。

優(yōu)選的，所述能變形機(jī)翼由在水平方向上依次連接的多個能變形結(jié)構(gòu)組成。

優(yōu)選的，所述能變形結(jié)構(gòu)為片狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述每一能變形結(jié)構(gòu)上設(shè)有一個所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述能變形結(jié)構(gòu)變換形狀和位置，從而改變所述機(jī)翼的形狀。

優(yōu)選的，所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣泡致動器。

優(yōu)選的，所述氣泡致動器通過閥門控制氣體流速以控制所述可變形片狀結(jié)構(gòu)的形狀和位置的改變，從而改變所述機(jī)翼的形狀。

優(yōu)選的，所述機(jī)載控制器用于控制所述微機(jī)電傳感器接收外界信息，根據(jù)所述信息進(jìn)行控制律的解算，從而采用自適應(yīng)非線性控制方法來控制所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成所述能變形機(jī)身和所述機(jī)翼形狀的改變。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提出的一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器為綜合微機(jī)電系統(tǒng)、可變形智能材料和自適應(yīng)非線性控制分配技術(shù)形成的一種多用途、多功能的組合體式飛行器，所述飛行器具備全身變外形的能力，能夠完成實(shí)時變形，提升飛行器的機(jī)動性能，快速調(diào)整飛行器的飛行姿態(tài)，具有可重復(fù)使用和可重構(gòu)能力，同時采用輕質(zhì)能變形材料可降低飛行器質(zhì)量，提高飛行器的性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出了本發(fā)明所述的一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了本發(fā)明所述的一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器的三維仿真圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器，所述飛行器包括：

能變形機(jī)身1；

兩個能變形機(jī)翼2，分別固定于所述能變形機(jī)身1兩側(cè)；

能變形蒙皮3，覆蓋于由所述能變形機(jī)身1和所述能變形機(jī)翼2組成的整體的表面；

多個微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4，分布于所述能變形機(jī)身1上，用于調(diào)整所述飛行器飛行姿態(tài)；

多個微機(jī)電傳感器6，分布于所述能變形機(jī)身1與所述能變形蒙皮3之間；和

機(jī)載控制器5，位于所述能變形機(jī)身1內(nèi)部，用于控制所述飛行器完成飛行器變形和飛行姿態(tài)調(diào)整。

其中，飛行器能變形機(jī)身為可以變換形狀的能變形機(jī)身1，所述能變形機(jī)身1的殼體可采用能變形材料制成，所述能變形材料優(yōu)選形狀記憶合金，所述形狀記憶合金具有自身變形和輕質(zhì)化的特點(diǎn)，可以改進(jìn)飛行器的性能，優(yōu)化飛行器的飛行效能，實(shí)現(xiàn)較長時間在軌停留和在軌機(jī)動，具有更高的環(huán)境適應(yīng)、應(yīng)變、攻擊和生存能力。

在所述能變形機(jī)身1內(nèi)部設(shè)有機(jī)載控制器5，所述機(jī)載控制器5為微機(jī)電系統(tǒng)的核心組成部件，負(fù)責(zé)飛行器飛行控制信號的采集、控制律的解算、飛行器飛行姿態(tài)和速度的控制和與外部設(shè)備進(jìn)行通訊等，控制所述飛行器完成飛行器變形和飛行姿態(tài)調(diào)整。

所述能變形機(jī)身1內(nèi)部進(jìn)一步可包括多個微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7位于能變形機(jī)身1殼體內(nèi)側(cè)，所述多個微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7在所述機(jī)載控制器5的控制下共同作用改變所述能變形材料的形狀和位置從而改變所述能變形機(jī)身1的形狀。所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7優(yōu)選氣泡致動器，所述能變形機(jī)身1殼體內(nèi)側(cè)的每個所述氣泡致動器作為一個單元獨(dú)立工作，機(jī)載控制器5通過控制所述氣泡致動器的閥門控制所述氣泡致動器的氣體流速，從而驅(qū)動由能變形材料組成的能變形機(jī)身1各個相應(yīng)部位發(fā)生形狀變化，進(jìn)而所述能變形機(jī)身1的整體形狀可發(fā)生改變，提升飛行器的升阻比和失速攻角，從而可達(dá)到提升升力的控制目的，因此，所述組合體式飛行器可實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際任務(wù)需要實(shí)時變換氣動外形，從而提高可重復(fù)使用能力和可重構(gòu)能力。

所述能變形機(jī)翼2可由在水平方向上依次連接的多個能變形結(jié)構(gòu)組成，所述能變形結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用片狀結(jié)構(gòu)。所述每一能變形結(jié)構(gòu)上可設(shè)置一個所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7驅(qū)動所述能變形結(jié)構(gòu)變換形狀和位置，從而改變所述機(jī)翼2的形狀。所述每個氣泡致動器作為一個單元獨(dú)立工作，通過控制所述氣泡致動器的閥門控制所述氣泡致動器的氣體流速，從而驅(qū)動各相應(yīng)能變形結(jié)構(gòu)發(fā)生形狀變化，進(jìn)而改變機(jī)翼2的形狀，實(shí)現(xiàn)高精度智能姿態(tài)控制。所述能變形機(jī)翼2可采用能變形材料制成，所述能變形材料優(yōu)選形狀記憶合金。

所述能變形蒙皮3可以隨著所述能變形機(jī)身1和所述機(jī)翼2形狀的改變而變化，所述能變形蒙皮3優(yōu)選采用具有可變形能力和具有隱身功能的智能變形材料，使所述飛行器可以抵抗其他防空系統(tǒng)對其實(shí)施的襲擊和監(jiān)視，從而提高飛行器的隱蔽性和安全系數(shù)，從而高效地完成各種任務(wù)。所述能變形蒙皮3通過自身的傳感器系統(tǒng)還可以對敵方威脅進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視和預(yù)警，提高武器平臺抵御破壞的能力以及降低軍用系統(tǒng)噪聲。

所述微機(jī)電傳感器6位于所述能變形機(jī)身1殼體外側(cè)與所述能變形蒙皮3之間，可用于感受外界信息，將所述信息傳輸至所述機(jī)載控制器5，所述機(jī)載控制器5可處理所述信息，從而采用自適應(yīng)非線性控制方法來控制所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7完成所述能變形機(jī)身1和所述機(jī)翼2形狀的改變，從而完成多種不同的任務(wù)。

所述多個微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4可設(shè)置于所述能變形機(jī)身1殼體上，所述微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4的尾部噴口可從所述能變形機(jī)身上向所述能變形機(jī)身外側(cè)伸出，優(yōu)選可分布于能變形機(jī)身1的前部和尾部，所述機(jī)載控制器5控制所述多個微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4噴出不同方向和大小的燃料，實(shí)現(xiàn)實(shí)時快速、準(zhǔn)確地調(diào)整所述飛行器的姿態(tài)。

在飛行過程中，所述由能變形材料組成的部件或者所述微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7發(fā)生故障，所述機(jī)械控制器可以通過智能自適應(yīng)非線性控制分配來重新分配和調(diào)整微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7的工作狀態(tài)，使所述飛行器能夠順利完成相應(yīng)的飛行任務(wù)。

本發(fā)明所述飛行器可用于軍事偵察功能，實(shí)現(xiàn)對地精確觀測、監(jiān)視他國的軍事部署和調(diào)動情況的功能，可以迅速方便地向空間運(yùn)送有效載荷，例如電荷耦合(CCD)相機(jī)。同樣可以作為可重復(fù)使用運(yùn)載器使用，顯著提高了飛行器進(jìn)入太空、太空轉(zhuǎn)移和從太空返回的可靠性和反應(yīng)能力，并降低了成本。

下面通過一個優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，當(dāng)對預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行攻擊或偵查時，飛行器通過航天飛機(jī)被運(yùn)送至外太空入軌，首先利用微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4釋放燃料進(jìn)入環(huán)地軌道飛行，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定目標(biāo)的上空時，所述機(jī)械控制器控制所述飛行器進(jìn)行形狀變換，實(shí)現(xiàn)不需要通過噴射燃料或者其他噴射物進(jìn)行機(jī)動變軌，迅速降低軌道高度，直接穿越大氣層到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的上空，發(fā)射空對地導(dǎo)彈攻擊預(yù)定目標(biāo)或?qū)︻A(yù)定目標(biāo)進(jìn)行偵查后，再次通過微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4釋放燃料進(jìn)入環(huán)地軌道，從而完成任務(wù)。所述飛行器可多次重復(fù)使用，可高效、可靠地對預(yù)定目標(biāo)按照相關(guān)軍事需求進(jìn)行全天候偵查監(jiān)視，或?qū)χ付繕?biāo)進(jìn)行定點(diǎn)清除。

本發(fā)明公開的組合體式飛行器的各項(xiàng)性能參數(shù)可達(dá)到：最大有效載荷不小于500千克；航程不小于500km；最大速度不小于20Ma；飛行器姿態(tài)調(diào)整時間不大于0.05s；微機(jī)電系統(tǒng)的微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4和微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7的響應(yīng)時間不大于0.01s；飛行器的最大可用過載不小于100g；微推進(jìn)機(jī)構(gòu)4和微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7的重復(fù)使用率不小于90％；微執(zhí)行機(jī)構(gòu)7接收指令后的執(zhí)行時間不大于0.01s；機(jī)載控制器5的指令響應(yīng)時間在0.05s左右。

本發(fā)明提出的一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的組合體式飛行器為綜合微機(jī)電系統(tǒng)、可變形智能材料和自適應(yīng)非線性控制分配技術(shù)形成的一種多用途、多功能的組合體式飛行器，所述飛行器具備全身變外形的能力，能夠完成實(shí)時變形，提升飛行器的機(jī)動性能，快速調(diào)整飛行器的飛行姿態(tài)，具有可重復(fù)使用和可重構(gòu)能力，同時采用輕質(zhì)能變形材料可降低飛行器質(zhì)量，提高飛行器的性能，本發(fā)明公開的組合體式飛行器解決了傳統(tǒng)飛行器機(jī)動性能差、重量大等問題，具有巨大的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。