CN101961974A

CN101961974A - 水陆空多域机动载运车辆

Info

Publication number: CN101961974A
Application number: CN 201010283386
Authority: CN
Inventors: 项昌乐; 徐彬; 李明喜; 魏巍; 刘辉; 马跃
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: CN101961974B

Abstract

本发明涉及一种水陆空多域机动载运车辆，包括车体、四个轮边驱动式车轮、两个升力涵道螺旋桨、两个水平推力涵道螺旋桨、可收回式水上推进螺旋桨、可折叠V型水翼；其中车体内包括动力系统，轮边驱动式车轮的轮边驱动部件通过液压管路或者电路与动力系统相连；升力涵道螺旋桨嵌入在车体的前部和后部；水平推力涵道螺旋桨并列固定在车体的后部；车体底部固定有可收回式水上推进螺旋桨；车体底部两侧的前部和后部分别连接有一个可折叠V型水翼。本发明可以方便的实现载运工具水陆空三栖的任意功能切换，从根本上改变人员和物资运输的方式，极大提高运输效率和工作效率。

Description

水陆空多域机动载运车辆

技术领域

本发明涉及一种载运工具，特别涉及一种主要以车轮边驱动进行高机动性的路面越野、并辅助以涵道螺旋桨垂直起降的空中飞行和以水翼提供浮力的水面高速滑行为共同特征的水陆空三栖载运车辆。

背景技术

现有的载运工具多工作在单一工作区域，如汽车只能在陆地行驶，飞机只能在空中飞行，舰船只能在水面行进。即使有一些两栖或三栖的载运工具，也都存在一些局限性，有的需要一定的跑道才能滑跑升空或降落，有的不能在城市楼宇群中实现飞行功能，有的水面行驶速度较低，有的路面行驶通过性太差。

当今社会，在抢险救灾工作中对保护人民生命和财产安全的要求日益强烈，而目前所有的载运工具均不能在洪涝灾害，地质灾害和城市突发应急等事件中成为满足全部要求的载运工具。在这些情况中迫切需要能够对水陆空等区域的特定目标位置实现零距离快速到达功能，不受道路状况、周围建筑和自然环境的影响，在恶劣气候条件下也能保持运输工作能力的载运工具。

由于需要在水陆空三种不同工作介质中前进，所以需要有适合各自介质的不同推进方式，这就存在一些需要协调解决的特殊问题，如作为可空中飞行的载运工具，该车辆对重量是很敏感的，这就使得车重要控制在动力允许的起飞重量以内，并保留一定的后备功率以产生足够的加速度和控制力。为了实现良好的路面行驶能力，又不能与空中和水上的机构和传动系统有干涉，所以路面行驶机构无法采用传统的机械传动方式。如何协调解决在不同工作介质中工作的特殊问题，是设计和实现应用于多域的机动载运工具的技术难题。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术中的不足，提供一种可以方便的工作在水陆空三域的机动载运工具。

本发明提供了一种水陆空多域机动载运车辆，其特征在于，包括车体、四个轮边驱动式车轮、两个升力涵道螺旋桨、两个水平推力涵道螺旋桨、可收回式水上推进螺旋桨、可折叠V型水翼；其中车体内包括动力系统，轮边驱动式车轮的轮边驱动部件通过液压管路或者电路与动力系统相连；升力涵道螺旋桨包括升力涵道、螺旋桨支架和螺旋桨，其中两个升力涵道嵌入在车体的前部和后部，涵道内固定螺旋桨支架，螺旋桨安装在螺旋桨支架上，前后两个升力涵道螺旋桨为正反桨，旋转方向相反；水平推力涵道螺旋桨包括水平推力涵道、螺旋桨支架和螺旋桨，两个水平推力涵道并列固定在车体的后部，涵道内固定螺旋桨支架，螺旋桨安装在螺旋桨支架上，两个水平推力涵道螺旋桨为正反桨，旋转方向相反；车体底部固定有可收回式水上推进螺旋桨；车体底部两侧的前部和后部分别连接有一个可折叠V型水翼。

本发明所述水陆空多域机动载运车辆的工作原理为：在陆地行驶时，用液压管路或者电路将动力传递到轮边驱动部件上(如液压驱动马达或轮毂电机)，通过对四个车轮转速的单独控制，实现车辆的路面行驶时的转向，行驶，制动和倒退；在飞行状态时，通过升力涵道螺旋桨产生克服车辆自重的升力，通过水平推力涵道螺旋桨产生的推力推动车辆在空中的前飞；行驶在水面时，车体底部螺旋桨打开旋转；车身底部的可折叠V型水翼打开，浸入水中，在水翼升力作用下车体逐渐被抬出水面，从而使车辆能够实现水面高速行驶。

有益效果

本发明可以方便的实现载运工具水陆空三栖的任意功能切换，从根本上改变人员和物资运输的方式，极大提高运输效率和工作效率。

附图说明

图1为车辆的总体结构图；

图2为水翼展开状态下的车辆总体结构图；

图3为车辆的俯视图；

图4为从车辆前方观察的结构示意图；

图5为平行多片式百叶窗状舵面阵列结构图；

图6为升力涵道的剖面示意图；

图中，1-车体，2-升力涵道螺旋桨，3-平行多片式百叶窗状舵面阵列，4-水平推力涵道，5-可折叠V型水翼，6-驾驶舱(座舱)，7-轮边驱动式车轮，8-升力涵道，9-驾驶员，10-水平推力涵道螺旋桨，11-升力涵道螺旋桨支架，12-百叶窗叶片连接件，13-伺服电机，14-拉杆，15-可收回式水上推进螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

图1至图4所示为按照本发明实现的一种水陆空多域机动载运车辆。该车辆包括车体1和四个轮边驱动式车轮7，车体1内包括动力系统，轮边驱动式车轮7的轮边驱动部件通过液压管路或者电路与动力系统相连。

载运车辆在陆地行驶时，由于涵道的存在，布置空间受限，无法采用传统的机械式传动，故采用柔性传动系统，适用于本项目的柔性传动方案包括液压传动的轮边液压马达车辆驱动方案和电传动的轮毂电机车轮驱动方案。用液压管路或者电路将动力传递到轮边驱动部件上(如液压驱动马达或轮毂电机)，通过对四个车轮转速的单独控制，实现车辆的路面行驶时的转向，行驶，制动和倒退。由于采用了轮边驱动方案车辆的离地间隙可以不受到传动系统的影响，使车辆的越野性能和通过性能优于传统越野车辆。

两个升力涵道8嵌入在车体1的前部和后部，涵道内固定螺旋桨支架11，螺旋桨2安装在螺旋桨支架11上；前后两个升力涵道螺旋桨2为正反桨，旋转方向相反；两个水平推力涵道4并列固定在车体1的后部，涵道内固定螺旋桨支架，螺旋桨10安装在螺旋桨支架上；两个水平推力涵道螺旋桨10为正反桨，旋转方向相反。

载运车辆工作在飞行状态时，升力涵道8的上方为进气口，下方为排气口，在螺旋桨正常的工作状况下，气流从上方被吸入涵道，经过涵道8内加速后，从下方吹出，产生克服车辆自重的升力；前后两个升力涵道螺旋桨2为正反桨，即旋转方向相反，以保证旋转产生的反扭矩可以相互抵消，防止车辆空中发生失控的自旋。两个水平推力涵道螺旋桨10为正反桨，旋转方向相反，相互平衡扭矩；水平推力涵道螺旋桨产生的推力用以推动车辆在空中的前飞，必要时可反转以提供空中制动的拉力。

如图6所示，在升力涵道8的进气口和排气口处均设置有平行多片式百叶窗状舵面阵列3。百叶窗结构如图5所示，阵列3中多片平行排列的叶片两端上部均通过铰接形式与固定于车体1上的涵道8内壁相连，叶片下端通过连接件12与拉杆14相连，连接件12与叶片相互固定连接，与拉杆14为铰接连接，故叶片和拉杆14间可以有相对旋转运动，拉杆14的端部与伺服电机13的旋臂相连。在伺服电机13控制下，百叶窗拉杆14进行往复运动，从而使平行的百叶窗叶片同步进行偏转，对入流和下洗气流进行导流。

百叶窗结构的控制实施流程如下，当同一涵道的上下两组百叶窗向同方向偏转时，由于空气动力造成百叶窗叶片受到侧下方分力，力的方向和大小取决于气流速度和叶片偏转角度，叶片所受到力的水平分量即成为空中飞行控制所需的横向力，当上下两组百叶窗偏转方向相同，则受力水平分量方向也相同，此时对应此涵道的车体1处受到同样方向横向水平推力。当上下两组百叶窗偏转方向相反，则两组叶片的水平分量方向相反，形成一个扭转力矩，这能用在对车体1飞行中侧倾姿态的控制。

以飞行中车辆的侧向小幅度平移机动动作为例，在悬停中为了实现车身向左的平移，则须将前后涵道的上下共四组百叶窗均向右偏转，偏转角度大小由中央控制器根据驾驶员给予的位移控制量信号经过数据处理后送到伺服电机13，伺服电机13旋转带动旋臂拉动百叶窗拉杆14机构，由于旋臂和百叶窗叶片相互平行，构成平行四边形，故旋臂的转角等于叶片转角，控制量为线性对应关系，便于进行信号快速处理和反馈。

升力涵道螺旋桨2和水平推力涵道螺旋桨10均选用总距可调的螺旋桨，可以通过改变桨叶攻角，调整升力或水平推力的大小。

车辆在空中飞行时，其纵向稳定性靠前后两个升力涵道螺旋桨2的总距控制进行调节，即通过旋翼操纵系统改变各个旋翼的攻角，从而改变其升力，调节前后涵道螺旋桨的升力，控制纵向稳定性。横向稳定性靠安装在升力涵道8上、下部的四组百叶窗进行调节，叶片倾斜角度不同，会产生不同的侧向力合力，用来调节车辆的横向稳定性。水平推力涵道螺旋桨10可通过桨距和转速来调整左右两侧的推力输出，不同推力可以产生一个转矩，用于为飞行中的水平旋转运动提供控制力矩。

车体1底部固定有可收回式水上推进螺旋桨15；车体1底部两侧的前部和后部分别连接有一个可折叠的V型水翼5。

载运车辆行驶在水面时，可收回式水上推进螺旋桨15打开旋转；车身底部的可折叠V型水翼5在非水面行驶工况时呈折叠状态，与车体贴合。车辆水上行驶时，V型水翼5打开，浸入水中；在可收回式水上推进螺旋桨15的推动作用下，车辆在水中前进，水翼5切割水流并产生升力，在水翼5升力作用下车体逐渐被抬出水面，由于车体没入水面以下的排水体积的减小使得水面行驶阻力减小，车辆能够实现水面高速行驶。

空中及陆上行驶时，水翼5折叠在车体1两侧下方。水上行驶时，先控制升力涵道桨下部的两组百叶窗旋转90度，对车辆涵道进行密封，使车辆具有一定的排水行驶能力，同时提高车辆水上行驶动力失效时的安全性。当水深大于2.5米时，通过液压推杆机构将水翼5展开。随着水上行驶车速的增加，车辆依次经历排水状态、过渡状态、翼航状态在水上行驶。水上螺旋桨在空中、陆上工况时折叠在车辆底盘内，水上行驶时，依靠伺服电机13带动其底座旋转将其展开入水。

本实施例所述车辆在通常工况下可以在铺装道路或越野路面上行驶，由于车辆尺寸基本接近普通地面车辆，所以不受道路宽度和铁路运输的限制，便于人员设备的快速投放。通过竖直的升力涵道8提供的升力，本车辆具备垂直起降的飞行能力，由于涵道的环扩作用，螺旋桨叶片上的涡强度分布较普通螺旋桨更为高效，减少了桨尖损失；在涵道的入口处于负压区域，唇口能够提供附加拉力；另外由于涵道改善了螺旋桨下游的滑流状态，能够把气流动能较多的转化为压力能，对涵道拉力起到积极作用。所以，本发明能够在相对较小的桨盘尺寸下提供较大的拉力来克服车体重力，实现垂直起降功能，并通过合理的控制机构实现在空中良好的姿态控制，这对广泛用于城市和救灾环境是至关重要的。能够有效避免因为桨叶撞击建筑或树木、电缆等造成的事故，并可在城市建筑群中安全飞行，为高层建筑救灾提供无可替代的平台。水面行进方面，由于摒弃了传统水陆两栖车辆一般采用的排水式水上行驶方案，用V型水翼产生的升力将车体托离水面，极大提高了车辆在水上行驶时的行进速度。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水陆空多域机动载运车辆，其特征在于，包括车体(1)、四个轮边驱动式车轮(7)、两个升力涵道螺旋桨、两个水平推力涵道螺旋桨、可收回式水上推进螺旋桨(15)、可折叠V型水翼(5)；其中车体(1)内包括动力系统，轮边驱动式车轮(7)的轮边驱动部件通过液压管路或者电路与动力系统相连；升力涵道螺旋桨包括升力涵道(8)、螺旋桨支架(11)和螺旋桨(2)，其中两个升力涵道(8)嵌入在车体(1)的前部和后部，涵道(8)内固定螺旋桨支架(11)，螺旋桨(2)安装在螺旋桨支架(11)上，前后两个升力涵道螺旋桨(2)为正反桨，旋转方向相反；水平推力涵道螺旋桨包括水平推力涵道(4)、螺旋桨支架和螺旋桨(10)，两个水平推力涵道(4)并列固定在车体(1)的后部，涵道(4)内固定螺旋桨支架，螺旋桨(10)安装在螺旋桨支架上，两个水平推力涵道螺旋桨(10)为正反桨，旋转方向相反；车体底部固定有可收回式水上推进螺旋桨(15)；车体底部两侧的前部和后部分别连接有一个可折叠V型水翼(5)。

2.根据权利要求1所述的一种水陆空多域机动载运车辆，其特征在于，在升力涵道(8)的进气口和排气口处均设置有平行多片式百叶窗状舵面阵列(3)，阵列(3)中多片平行排列的叶片两端上部均通过铰接形式与固定于车体(1)上的涵道(8)内壁相连，叶片下端通过连接件(12)与拉杆(14)相连，连接件(12)与叶片相互固定连接，与拉杆(14)为铰接连接；拉杆(14)的端部与伺服电机(13)的旋臂相连。

3.根据权利要求2所述的一种水陆空多域机动载运车辆，其特征在于，所述升力涵道螺旋桨(2)和水平推力涵道螺旋桨(10)均选用总距可调的螺旋桨。