20、多模式机器人的航行与飞行研究

多模式机器人的航行与飞行研究

1 地面效应模拟与水动力设计

1.1 地面效应模拟

地面效应模拟显示，当中央机翼距离水面 88mm 时，升力系数比无地面效应时高 28%，而阻力系数低 1%。机器人加速时产生的更高升力使其能够摆脱水下船体的巨大水动力阻力。当从航行过渡到滑行时，机器人会在水面上再升高 34mm，此时升力系数和阻力系数分别比巡航状态高 23%和 2%，起飞速度比无地面效应时低 5%。

1.2 水动力设计

船体的设计直接影响航行和起飞性能。设计不佳的船体会增加阻力，阻碍起飞。在航行时，机器人处于排水状态，其全部重量由浮力支撑，这不仅在前进方向产生阻力，在横向也会产生阻力。前进方向的阻力对航行和起飞不利，而横向阻力有助于抵抗漂移。为了在航行中利用横向阻力并实现高效起飞，船体设计应具有高长宽比（宽指船体宽度）。

影响从排水状态过渡到滑行状态的一个参数是船体前后体之间台阶的位置和大小。理想情况下，台阶应位于压力系数最低的位置，但这需要复杂的实验或详细的模拟，并预先了解船体形状。在设计中，台阶位于重心后方 10°，以便飞机在起飞时易于旋转。船体长宽比设计为 11，台阶位于船体长度的三分之二处，后体角度为 7°，以限制滑行时的纵倾角度，确保尾部在滑行时不穿透水面。

船体的前体死起角通过横向偏转船头波来降低运动阻力。前体上的扇贝形结构（通常表现为波纹）进一步将波向下偏转，减少了喷雾的产生，这在机翼附近尤为重要。

1.3 水动力验证

船体形状在水洞实验中进行验证，测量不同速度下的阻力。实验中，用绳子将最终尺寸的空船体连接到一维负载传感器上，水从船体下方流过。根据缩放定律，由于