陆空两栖轮翼共用系统构型拓扑设计与模式切换控制

20251128

交通运输、仓储和邮政业

1.成熟程度 根据技术就绪等级（TRL）评估，本项目目前处于 TRL 4-5 级（实验室环境下的部件与系统功能验证），正迈向 TRL 6 级（系统/分系统模型在相关环境下的演示）。其成熟度具体表现为： 完备的理论与设计基础：已完成系统的构型综合、拓扑设计、参数匹配与动力学仿真，形成了完整的设计理论和方法学支撑。 双方案技术路径验证：创新性地提出了两种具有自主知识产权的技术方案（电磁离合器内置方案与机械离合器外置方案），不仅证明了技术路线的可行性，也为后续针对不同应用场景的产品化提供了灵活选择。 原理样机成功试制：方案二的整机样机已经完成实物装配，证明了核心概念的可实现性。方案一的详细设计与仿真分析也已完成，关键部件工艺得到验证。 核心部件性能仿真验证：对最关键的“行/飞”模式切换机构（如电磁离合器）进行了深入的仿真分析，结果表明其响应时间、电磁力、结构强度等关键性能均满足甚至远超设计指标。 2.工艺及参数指标 （1）整机性能：起飞重量 ≥15kg；8轮翼构型，具备地面8轮着地、空中8轮飞行、过渡阶段4轮着地/4轮飞行的多模态能力。承载能力强，模式转换平稳。 动力系统：采用12S（50.4V）高压电源系统；单轮翼最大推力≥3.75kg，确保充足推重比。动力充沛，续航与机动性有保障。 模式切换性能：模式切换响应时间理论值 ≤0.1秒（设计指标≤0.5秒），远超常规机械切换速度。实现了“秒级”快速响应，转换效率高，机会窗口大。 核心部件性能：电磁离合器工作温度范围宽（-35℃~135℃），驱动力充足（≥22N），寿命周期内性能稳定。环境适应性好，可靠性高。 结构设计：采用碳纤维等复合材料主体结构，实现高强度与轻量化的统一。有效提升了整机的载荷系数与续航能力。

首先，在资金与资源方面，我们期望获得一笔用于中试验证与产品工程化的专项投入。这笔资金将主要用于建设小批量试产线，用于后续迭代样机的精密制造与装配；支持系统在真实、复杂的应用场景下（如模拟山地、城市街区、管道等）进行长期的可靠性、耐久性和环境适应性测试，以全面验证其性能指标，并依据测试反馈对设计进行优化和固化，使其真正满足市场化的产品标准。 其次，在场地与设备层面，我们需要合作伙伴提供或协助构建适合的工程化开发与测试环境。这包括一个能够容纳小型装配线、具备恒温防尘条件的试制车间，以及一个足够广阔且可控的、兼具陆地与低空飞行测试条件的户外场地。该场地应能允许进行频繁的“行/飞”模式切换测试与噪音、电磁兼容性等合规性检测，确保产品开发过程高效且符合法规要求。 最后，是人才与团队的协同。我们期望合作方能够注入或联合组建一支涵盖精密制造工艺、质量控制、飞行器适航认证以及市场开发等领域的专业人才队伍。当前我们的核心团队在创新设计与控制系统上优势突出，但需要补充具备丰富工程经验、熟悉航空或高端装备制造流程的工程师，共同解决从“实现功能”到“打造可靠产品”过程中的工艺与质量难题。同时，也需要市场团队提前介入，共同定义产品规格，挖掘首批标杆客户，规划商业化路径。

可国（境）内外转让

首先，在经济与产业效益方面，本项目将直接催生一个全新的智能高端装备产品品类。通过销售整机平台及提供定制化解决方案，有望在应急救援、特种巡检、高端物流及未来个人出行等新兴市场占据先机，创造直接的经济回报。更为深远的是，该技术将有效赋能并重塑现有产业。其核心的“动力复用”与“模式快速切换”理念，能为传统的无人机、无人车以及机器人行业带来颠覆性的设计思路，推动整个智能移动装备产业向更高集成度、更高能效的方向升级。由此将催生对新型动力部件、高可靠性离合器、专用飞控系统等产业链上下游的需求，带动一条新兴技术产业链的发展，形成可观的经济规模。 在社会与公共效益层面，该技术能创造巨大的社会价值。基于其卓越的复杂环境适应性，平台可用于执行诸如地震、洪灾后的快速侦察与物资投送、山区及边境巡逻、石油/电力/管网等关键基础设施的自主巡检等危险、繁重或枯燥的任务。这不仅能大幅提升公共安全与应急管理的效率，更能将人员从高风险作业环境中解放出来，保障生命安全。此外，作为“飞行汽车”的关键前置技术，本项目为未来解决城市交通拥堵、构建立体化智慧交通网络提供了一条切实可行的技术路径，具有深远的社会影响。 在技术与战略效益上，本项目的成功将标志着我国在陆空两栖这一融合性尖端领域取得了自主知识产权的重要突破。所形成的专利池将构建起坚实的技术壁垒，确保我们在全球未来智能移动平台竞争中的核心优势与话语权。这种技术领先地位不仅是商业上的护城河，更是一种战略资产。项目的研发与转化过程，还将有力地推动我们在精密机械、动力传动、自动控制、复合材料等多学科的交叉融合与技术进步，为国家培养一批稀缺的跨领域高端工程人才，强化国家在高端装备制造业的创新根基与战略储备。

北京市自然科学基金本科生“启研”计划

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本项目针对传统陆空两栖平台普遍存在的结构冗余、质量大、集成度低等问题，创造性地提出了“轮翼共用系统”的全新设计理念。其核心在于通过一套高度集成的动力-传动-驱动系统，替代传统上相互独立的两套系统，来实现地面行驶与空中飞行的双重功能。 在技术原理上，项目首先通过“系统-子系统-零部件”的层级化方法，对轮翼共用系统进行构型综合与拓扑设计，实现了结构的高度集成和轻量化。其次，项目的关键在于“行/飞”模式的切换，通过创新设计电磁离合器或机械式离合器等切换机构，动态地将动力在驱动车轮（地面模式）和驱动涵道风扇（飞行模式）之间进行快速、可靠的转换。最后，为确保整个平台在模式转换过程中的稳定性，项目还提出了多轮翼协同控制方法，通过优化不同位置轮翼的切换顺序和姿态，实现平稳、高效的模式过渡。 项目取得了扎实的技术成果。研究团队成功设计并优化了两种可行的轮翼共用系统构型方案。方案一采用内置式电磁离合器和蜗轮蜗杆翻转机构，方案二则采用外置式机械离合器和侧倾齿轮传动，两者均能有效实现动力切换与轮翼姿态调整。在系统集成方面，项目完成了关键部件的参数匹配与选型，选用了高性能的涵道风扇、大容量电池和大电流电调，确保了整机推力、续航和控制可靠性满足设计要求。尤为重要的是，项目已成功完成方案二的样机试制，并对核心的切换机构进行了仿真验证，理论计算表明其模式切换响应时间远优于设计指标。同时，一套涵盖单轮翼精准控制与多轮翼协同的“行/飞”转换控制策略也已初步形成。 在技术指标方面，本项目设计的陆空两栖平台目标起飞重量不低于15公斤。其动力系统核心为无刷直流电机，配合12S、22000mAh的电池组和200A的电调，为整机提供充沛动力。所设计的模式切换机构表现优异，其响应时间理论值远低于0.5秒的设计要求。此外，关键部件如电磁离合器具备宽泛的工作温度范围，能够在-35℃至135℃的严苛环境下稳定工作。整机结构采用碳纤维等轻质材料，在保证强度的同时实现了有效的轻量化。 该研究成果具有广阔的应用前景。在军事领域，此类高机动、高隐蔽性的平台可用于复杂地形下的侦察监视、突击作战和电子对抗等任务。在民用领域，其价值同样巨大，可广泛应用于智慧城市管理中的公共安全巡逻、基础设施巡检、物流配送以及农林牧渔的作业监测。从长远看，本项目所突破的轻量化、高集成度技术，为下一代“飞行汽车”及陆空一体化智慧交通工具的研发提供了切实可行的技术路径，展现出巨大的产业转化潜力与社会经济价值。