仿飞行乌贼可重复水空发射跨介质航行器机理及实验研究

20250125

科学研究和技术服务业

对于技术成熟度，目前该科技成果在技术上已取得一定进展，但尚未达到完全成熟的商业化推广阶段。核心的丁烷-氧气双组元化学反应推进装置以及相关的推进机理研究取得了阶段性成果。通过 CFD 流场仿真计算和 Abaqus 对复合材料挤压的仿真优化等手段，在理论模拟方面较为完善，为技术实现提供了坚实的理论支撑。在实际样机研制上也取得了一定突破，可实现基本功能，不过仍处于不断优化改进的过程中。 该样机的主要功能及性能指标为： 1）瞬时大冲量能量供应：通过双组元化学反应原理，可实现重复高功率反应喷水推进，瞬时最大水平推力可到200N。 2）小型化：研制了双组元燃料爆炸的小型集成组件，自主设计微小型给料模块，减小了跨介质飞行样机的自重及体积，样机自重控制在1kg。 3）可重复水空跨介质能力：通过多次的补充燃料及补水操作，可支持大于5次射流推进的重复水空穿梭。 该科技成果目前处于实验室样机研发向工程化样机过渡的阶段。已经完成了原理性验证和实验室环境下的样机研制与测试工作，各项关键技术如双组元化学反应推进、气液阻隔、机翼折展、给料控制等都在实验室条件下得到了初步验证。然而，要实现大规模的产业化应用，还需要进一步解决一些工程化问题，例如如何提高系统的稳定性和可靠性，以适应更复杂的实际环境；优化制造工艺，降低成本，提高生产效率等。下一步计划是开展野外试验和更大规模的中试，对样机在实际环境中的性能进行全面测试和评估，为最终的产业化推广奠定基础。

本科技成果聚焦于创新性的水空两栖多模式运动推进技术，在从实验室样机迈向实际应用的转化进程中，对拟合作方的要求如下： 1）资金要求 科技成果转化需要充足资金支持。首先是研发投入，虽然前期已完成原理性验证和实验室样机研制，但工程化样机的进一步优化、测试以及技术升级等工作仍需大量资金。比如对双组元化学反应推进装置的性能提升研究、气液阻隔膜等关键部件的持续改进等都需要资金保障。其次是生产投入，包括建立生产线、购置生产设备以及原材料采购等。再者是市场推广费用，为使产品得到市场认可，需要投入资金进行广告宣传、参加行业展会、建立销售渠道等。初步估算，在成果转化的前期阶段，拟合作方可能需准备三百万元资金用于研发和小规模生产；随着业务拓展，后续还需根据发展规划持续投入资金，以确保项目顺利推进。 2）场地要求 对于场地，拟合作方需提供满足研发、生产和测试需求的空间。研发场地要求相对安静、安全，具备良好的通风、电力供应和网络设施，以满足科研人员进行实验研究、数据分析以及方案设计等工作。可划分为不同功能区域，如实验区、办公区等。生产场地依据生产规模和工艺流程进行规划，需设置原材料存储区、产品组装区、质量检测区等。根据初步生产规划，生产场地面积应不少于300平方米，且需满足防火、防爆、环保等相关安全标准要求。 3）设备要求 在设备上，研发阶段需要先进的实验仪器，如高精度的气体分析仪器，用于精确测量丁烷 - 氧气混合比例及反应过程中的气体成分变化；高分辨率的流场测量设备，以进一步优化 CFD 流场仿真计算；材料性能测试仪器，用于检测气液阻隔膜等复合材料的各项性能指标。测试阶段需要配套测试设备，像拉力测试系统、运动捕捉系统，用于对样机推进性能、运动姿态等进行精确测量和评估。 4）人员要求 研发团队，需要化学工程、流体力学、材料科学、机械设计等专业背景的科研人员，负责技术的深入研究和产品优化升级。 生产团队需要熟练掌握生产工艺的技术工人和生产管理人员，确保产品的高质量、高效率生产。 市场团队则需要熟悉行业市场的营销人员和销售人员，负责产品的市场推广和销售，挖掘潜在客户，提升产品市场占有率。 售后服务人员及时处理客户在使用产品过程中遇到的问题，提供技术支持和维修保养服务。 各类人员应形成高效协作团队，共同推动科技成果转化工作顺利开展。

仅限国内转让

本科技成果围绕创新性的水空两栖多模式运动推进技术展开，其转化有望在经济和社会领域产生显著效益。 1）经济效益 成果转化后将形成一系列具有创新性的产品，涵盖水空两栖的各类设备与样机。在民用领域，这些产品可应用于海洋科考、水下探测等行业。例如，为海洋科研机构提供具备高效推进性能和多模式运动能力的水下设备，助力他们更深入地探索海洋奥秘，获取有价值的数据和资源。在军事领域，相关产品可满足特种作战、水下侦察等需求，为国防事业提供有力支持。随着产品技术的成熟和市场推广的深入，预计在未来5年内，产品销售额将逐年递增，按年平均需求量30台，售价50万元，初期年销售额可达1500万元。 2）社会效益 创新性的丁烷 - 氧气双组元燃料混合爆炸喷水推进技术以及相关的研究成果，将激发更多科研人员在该领域进行深入探索，推动水空两栖运动技术的进一步发展。同时，也将促进跨学科研究的融合，加强化学工程、流体力学、材料科学等多个学科之间的交流与合作，为相关学科的发展注入新的活力。 从国内海洋需求来看，我国拥有一万六千多公里的海岛岸线，然而近年来国家海洋权益面临严峻挑战，该成果可具备水下及空中作业能力，拓展了应用范围。在海洋资源开发、海上救援等特殊领域，该成果转化的产品将发挥重要作用。具备多模式运动能力的水下设备能够在复杂的海洋环境中高效作业，提高海洋资源开发的效率和安全性。在海上救援中，快速的水空发射设备可以及时抵达救援现场，为救援工作争取宝贵时间，挽救更多生命和财产损失。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本科技成果依托于北京市自然科学基金面上项目“仿飞行乌贼可重复水空发射跨介质航行器机理及实验研究”（编号3222016），形成了双组元燃料爆炸喷水的大冲量推进器、基于软体驱动的变构机翼，进而形成可实现多次水空穿梭的水空跨介质航行器。 相比于传统的水下或水上单一工作环境的无人系统，跨介质无人航行器具有机动性强、适应能力和生存能力高、无人员伤亡风险、制造和维护成本低等优点，能够极大地扩展海军的作战能力。本成果仿照飞行乌贼的套膜腔收缩喷水实现快速推进实现水下起飞，构建了一种使用丁烷与氧气发生爆炸，从而将水快速喷出的推进器。通过研究压力源产生、射流形成、推进过程的仿真及试验，解决了化学燃料爆炸的跨介质样机的轻量化设计难题，形成了一种无传感的给料精确控制模型，完成了一种基于气液阻隔器的射流推进器，以提升燃料爆炸的稳定性及可控性。该推进器通过探索柔性机翼的仿生变结构设计和快速致动软体材料的驱动性能，形成柔性的可折叠机翼。主要技术指标如下： 1）瞬时大冲量能量供应：通过双组元化学反应原理，可实现重复高功率反应喷水推进，瞬时最大水平推力可到200N。 2）小型化：研制了双组元燃料爆炸的小型集成组件，自主设计微小型给料模块，减小了跨介质飞行样机的自重及体积，样机自重控制在1kg。 3）可重复水空跨介质能力：通过多次的补充燃料及补水操作，可支持大于5次射流推进的重复水空穿梭。 从国内海洋需求来看，我国拥有一万六千多公里的海岛岸线，然而近年来国家海洋权益面临严峻挑战，该成果可具备水下及空中作业能力，拓展了应用范围。在海洋资源开发、海上救援等特殊领域，该成果转化的产品将发挥重要作用。具备多模式运动能力的水下设备能够在复杂的海洋环境中高效作业，提高海洋资源开发的效率和安全性。在海上救援中，快速的水空发射设备可以及时抵达救援现场，为救援工作争取宝贵时间，挽救更多生命和财产损失。