本发明涉及跨介质无人飞鱼和仿生，是一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机。
背景技术：
1、近年来，跨介质无人机在侦查、运输等领域开始崭露头角，其兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性等特点使其具有广泛的应用前景。但传统的跨介质旋翼无人机受到水下航行速度较慢、出入水条件苛刻、噪声大、扰动大、隐蔽性差等问题的困扰，被大大限制了其在不同环境下，特别是需要隐蔽航行时的使用性。因此，基于仿生学的跨介质无人机的特点是采用仿生流线型机体来减小阻力增强隐蔽性，同时使用了超声矢量推进技术为无人机提供动力，这些技术提高了其在水中的航行速度和降低了出入水的条件，极大地增加了其在不同环境下的兼容性和可靠性。
技术实现思路
1、针对现有的跨介质无人飞鱼的不足之处，本发明的目的是提供一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机。
2、本技术为一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，所述无人机包括：仿飞鱼机身、自锁折叠扑翼系统、阵列式压电推进器和推力差动控制系统；所述仿飞鱼机包含机身本体、腹鳍，所述机身本体采用流线型机身，所述机身本体上腹部有一对可上下偏转的腹鳍，由舵机驱动，用于保持和操纵无人机横向稳定性。
3、进一步的，所述阵列式压电推进系统安装在所述机身本体尾部，所述阵列式压电推进系统由多个压电推进器组成，压电推进器围绕机身本体的中轴线阵列式安装在机身本体尾部。
4、进一步的，所述压电推进器包含壳体、限位卡口、柔性隔膜、韧性金属片、蓄水囊；
5、所述柔性隔膜安装于壳体腹腔，通过变形使腔体产生正压和负压，所述柔性隔膜由压电片和韧性金属片组成，所述压电片覆盖于韧性金属片表面，通过压电片的形变带动韧性金属片运动；
6、所述限位卡口分布在壳体两侧的中心位置，用于限制韧性金属片的移动；
7、在每个限位卡口均设有一片所述韧性金属片，所述韧性金属片两端固定在限位卡口内。
8、进一步的，吸水时：柔性隔膜舒张形成负压，入水口处的金属片在的负压作用下被推开，出水口出处的金属片由于负压作用与限位卡口配合堵塞出水口，从而将水吸入壳体内腔；排水时相反；
9、所述压电推进器，在飞鱼工作时，通过压电推进器将流经飞鱼外壳的水流吸入腔内并经过加压后储存于蓄水囊内。
10、所述自锁折叠扑翼系统包括自锁展开机构和扑翼机构，所述自锁展开机构通过旋转轴连接到机身上，所述扑翼的翼根连接到自锁展开机构，翼面由高强度聚酯薄膜和碳纤维管骨架构成；
11、每侧扑翼共有5根所述碳纤维管，各碳纤维管长短不一，由上到下的碳纤维管由长到短分布，构成整个扑翼的骨架；
12、扑翼的蒙皮采用高强度聚酯薄膜制成，在碳纤维管支架的支撑下呈前高后低的状态，即扑翼在飞行时为无人机提的供升力；
13、所述舵机，舵机臂与碳纤维管支架连接在一起，为扑翼的折叠和展开提供动力。
14、进一步的，每根碳纤维管的一端为圆环形设计，通过圆环内的旋转轴连接在一起，各个圆环之间用滚柱轴承配合。
15、进一步的，第一根碳纤维管与舵机相连，圆环下表面有一根长度能够贯穿第二到四圆环的定位销，第二至四根碳纤维管的圆环上开有长度逐渐增加的与圆环同心的条形孔，第一根碳纤维管转动时，逐步带动第二至四根碳纤维管转动，直至扑翼到完全展开状态时停下。
16、进一步的，所述仿生飞鱼包含两个扑翼，分别位于机身两侧，在水中航行时扑翼折叠紧贴于机身两侧以减小阻力，在空中滑翔时扑翼展开为无人机提供升力。
17、所述推力差动控制系统，在不同的机动需求下通过控制电流频率和大小来改变压电材料变形量和频率，从而控制压电推进器的水流流量；控制阵列分布的不同压电推进器的蓄水囊排水流量，从而提供转向所需的差动力矩；
18、当仿生飞鱼需要偏转航向时，则减小阵列式压电推进系统同侧压电推进器的推力，增大对侧阵列式压电推进系统右侧压电推进器的推力，从而实现灵活转向。
19、基于上述基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，本技术还提供其工作方法，所述工作方法包含潜行、水下避障、出水三个状态；
20、潜行时，扑翼为折叠状态，紧贴于机身两侧，推力差动控制系统将水流从阵列式压电推进器外侧压入蓄水囊中，通过改变水囊排水口大小可以控制排水量，从而改变推力大小实现加速或者减速；
21、当无人机在水下遇到危险或者障碍物时，推力差动控制系统调整飞鱼姿态，使无人机以与水面呈约设定的夹角姿态跃出水面，腹鳍在飞鱼出水过程中不断调整以保持无人机横向稳定；
22、出水时，将折叠在机身两侧的扑翼展开，开始在空中滑翔前进，当跨越水下障碍物后，无人机逐渐减速，扑翼自动折叠。
23、本技术通过以下技术方案实现上述效果：
24、1、一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，该无人飞鱼主要包括：仿飞鱼机身、自锁折叠扑翼系统、阵列式压电推进系统和推力差动控制系统等；
25、2、所述仿飞鱼机身采用仿飞鱼流线型机身，可以大大降低无人飞鱼在水中和空中两种介质中的阻力，机身内可存放电池、传感器、任务所需装置等设备；所述机身腹部有一对可上下偏转的腹鳍，由一组舵机驱动，用于保持和操纵无人飞鱼横向稳定性；
26、3、所述阵列式压电推进系统安装在鱼身尾部，所述阵列式压电推进系统由多个压电推进器组成，压电推进器围绕鱼身中轴线阵列式安装在鱼身尾部。
27、4、根据权利要求3所述的一种压电推进器，其特征在于：所述压电推进器由壳体、限位卡口、韧性金属片、柔性隔膜、蓄水囊等装置组成；所述柔性隔膜由压电片和韧性金属片组成，所述压电片覆盖于韧性金属片表面，通过压电片的形变带动韧性金属片运动；
28、所述韧性金属片在每个限位卡口上有一片，两端固定在限位卡口内。吸水时：柔性隔膜舒张形成负压，入水口处的金属片在的负压作用下被推开，出水口出处的金属片由于负压作用与限位卡口配合堵塞出水口，从而将水吸入壳体内腔,排水时相反；
29、所述柔性隔膜安装于壳体腹腔，通过变形使腔体产生正压和负压；
30、所述压电推进器，在飞鱼工作时，通过压电推进器将流经飞鱼外壳的水流吸入腔内并经过加压后储存于蓄水囊内；
31、5、所述推力差动控制系统，在不同的机动需求下可以自由调节排出水流的流量以实现推力增大或减小；所述推力差动控制系统可以控制不同压电推进器的蓄水囊排水流量，从而提供转向所需的差动力矩；
32、当仿生飞鱼需要偏转航向时，如向左偏转，则可以减小阵列式压电推进系统左侧压电推进器的推力，增大右侧阵列式压电推进系统右侧压电推进器的推力，其他转向类似，从而实现灵活转向；
33、6、所述自锁折叠扑翼系统主要包括自锁展开机构和扑翼机构。所述自锁展开机构通过什么连接到机身上，包含；所述扑翼的翼根连接到自锁展开机构，翼面由高强度聚酯薄膜和碳纤维管骨架组成，一架无人飞鱼共两个扑翼，分别位于机身两侧，在水中航行时扑翼折叠紧贴于机身两侧以减小阻力，在空中滑翔时扑翼展开为无人飞鱼提供升力；
34、所述碳纤维管骨架每侧扑翼上共有5根，长短不一，由长到短，由上到下分别为第一至第五根，作为扑翼的骨架，用于承载高强度聚酯薄膜。每根碳纤维管一端为圆环形设计，由一根旋转轴连接在一起，各个圆环之间用滚柱轴承配合。第一根碳纤维管与舵机相连，圆环下面有一根长度能够贯穿第二到四圆环的定位销，第二至四根碳纤维管的圆环上开有长度逐渐增加的与圆环同心的条形孔，第一根碳纤维管转动时，逐步带动第二至四根碳纤维管转动，直至扑翼到完全展开状态时停下；
35、所述高强度聚酯薄膜作为扑翼的蒙皮，在碳纤维管支架的支撑下呈前高后低的状态，空气来流会向其提供一个将其托起的反作用力，即扑翼在飞行时为无人飞鱼提的供升力；
36、所述舵机，舵机臂与第一根碳纤维管连接在一起，为扑翼的折叠和展开提供动力；
37、7、所述一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机的工作过程为：潜行时，扑翼为折叠状态，紧贴于机身两侧，安装在尾部的推力差动控制系统将水流从阵列式压电推进器外侧压入蓄水囊中，通过改变水囊排水口大小可以控制排水量，从而改变推力大小实现加速或者减速。当无人飞鱼在水下遇到危险或者障碍物时，推力差动控制系统调整飞鱼姿态，使无人飞鱼以与水面呈约30°夹角的姿态跃出水面，腹鳍在飞鱼出水过程中不断调整以保持无人飞鱼横向稳定；出水时，将折叠在机身两侧的扑翼展开，开始在空中滑翔前进，当跨越水下障碍物后，无人飞鱼逐渐减速，扑翼自动折叠。
38、与现有技术相比，本发明有以下优点：
39、1、本发明所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，采用了新的跨介质无人飞鱼构型，增强了跨介质无人飞鱼的灵活性和适应性；
40、2、本发明所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，采用了仿飞鱼的机体外形设计，相较于传统跨介质无人飞鱼，在水下和空中拥有更小的阻力；
41、3、本发明所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，采用了的新的推力产生方式，相较于螺旋桨推进器其扰动性更小，隐蔽性更强；
42、4、本发明所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，采用了与飞鱼类似的外形和，相较于传统跨介质无人机，其更安静，更隐蔽；
43、5、本发明所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，弥补了跨介质无人飞鱼的不足，同时为扩大跨介质无人飞鱼的工作范围和应用场景等提供了一个很好地思路。
1.一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述无人机包括：仿飞鱼机身、自锁折叠扑翼系统、阵列式压电推进器和推力差动控制系统；所述仿飞鱼机包含机身本体、腹鳍，所述机身本体采用流线型机身，所述机身本体上腹部有一对可上下偏转的腹鳍，由舵机驱动，用于保持和操纵无人机横向稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述阵列式压电推进系统安装在所述机身本体尾部，所述阵列式压电推进系统由多个压电推进器组成，压电推进器围绕机身本体的中轴线阵列式安装在机身本体尾部。
3.根据权利要求2所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述压电推进器包含壳体、限位卡口、柔性隔膜、韧性金属片、蓄水囊；
4.根据权利要求3所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，吸水时：柔性隔膜舒张形成负压，入水口处的金属片在的负压作用下被推开，出水口出处的金属片由于负压作用与限位卡口配合堵塞出水口，从而将水吸入壳体内腔；排水时相反；
5.根据权利要求3所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述自锁折叠扑翼系统包括自锁展开机构和扑翼机构，所述自锁展开机构通过旋转轴连接到机身上，所述扑翼的翼根连接到自锁展开机构，翼面由高强度聚酯薄膜和碳纤维管骨架构成；
6.根据权利要求5所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，每根碳纤维管的一端为圆环形设计，通过圆环内的旋转轴连接在一起，各个圆环之间用滚柱轴承配合。
7.根据权利要求5所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，第一根碳纤维管与舵机相连，圆环下表面有一根长度能够贯穿第二到四圆环的定位销，第二至四根碳纤维管的圆环上开有长度逐渐增加的与圆环同心的条形孔，第一根碳纤维管转动时，逐步带动第二至四根碳纤维管转动，直至扑翼到完全展开状态时停下。
8.根据权利要求5至7任一项所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述仿生飞鱼包含两个扑翼，分别位于机身两侧，在水中航行时扑翼折叠紧贴于机身两侧以减小阻力，在空中滑翔时扑翼展开为无人机提供升力。
9.根据权利要求5所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机，其特征在于，所述推力差动控制系统，在不同的机动需求下通过控制电流频率和大小来改变压电材料变形量和频率，从而控制压电推进器的水流流量；控制阵列分布的不同压电推进器的蓄水囊排水流量，从而提供转向所需的差动力矩；
10.根据权利要求1所述的一种基于推力差动和阵列式压电推进跨介质仿生无人机的工作方法，其特征在于，所述工作方法包含潜行、水下避障、出水三个状态；
