CN102963230A - 一种水空两用垂直跨越航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水空两用垂直跨越航行器，由中央支架、空气动力装置、水下动力装置、电子调速器、遥控接收器及遥控器构成，航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置的转速，减少对航行器的撞击损害，在触水后关闭空气动力装置，依靠航行器自身重力没入水面，再启动水下螺旋桨进入潜航状态，航行器出水时，采用两层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，具有不需要辅助设备和可重复使用的优点，具有较强的推广与应用价值；分层设计使得航行器在水空介质跨越过程，至少有一种动力装置单独作用在空气中或水中，避免了动力系统在水空两相环境下工作，防止水空混合环境会对桨叶造成很大的损坏。

Description

一种水空两用垂直跨越航行器

技术领域

本发明属于新概念航行器设计及制造技术领域，尤其涉及一种水空两用垂直跨越航行器。

背景技术

2008年，美国国防先进技术研究局(DARPA)着手研发一种既能够在空中飞行，又能够在水面和水下航行的新概念飞行器——“潜水飞机”，专门用于突袭敌方海岸的特种作战行动，潜水飞机是一类能够在空中、水面和水下运行的复用型全栖飞行器。

2010年7月，据英国《每日电讯报》报道，五角大楼准备制造“飞行潜艇”，它可以像潜艇一样在水下航行，又能跃出海面，像飞机一样飞行。报道称，该项计划目前已处于方案设计阶段，几个外部研究小组已经提交了设计，国防部高级研究项目局一年内可开始向研究人员分配资金，该消息在国内的报纸《参考消息》上进行了转载。

这种称为潜水飞机或飞行潜艇的新概念航行器的提出立刻在国内引起了高度重视，尤其是引起了军事战略专家的关注。

目前尚不存在可支撑水空两用航行器的成熟技术，也无成功的水空两用航行器试飞试验。而且，与水空两用航行器相比较，现有的一些航行器能够单次跨越介质，包括单次完成空中-水下界面跨越航行器，如空投鱼雷、舰射反潜导弹，单次完成水下-空中界面跨越航行器如潜射弹道导弹、潜射巡航导弹、潜射无人机。但他们不具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力。

单次跨介质航行器类型的有关情况如表格所示：

	跨越界面类型	空中飞行速度	组合模式
				空投鱼雷	空中-水下	低速	鱼雷+减速伞/不带伞
舰射反潜导弹	空中-水下	亚音速	鱼雷+助推火箭或涡喷发动机
				潜射导弹	水下-空中	亚音速/超音速	反舰导弹+水下运载器
潜射无人机	水下-空中	亚音速/超音速	无人机+水下运载器

这些可单次跨越水空介质的航行器在功能上均只能实现空中-水下或水下-空中的一次跨越能力，在使用技术上均需要运载器或减速器等辅助设备，这些设备在跨越之后均被抛弃，这也是制约其只能单次跨越的关键因素。

发明内容

本发明提供了一种水空两用垂直跨越航行器，旨在解决现有的一些航行器只能够进行单次跨越介质，并且在使用技术上均需要运载器或减速器作为辅助设备，不具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力的问题。

本发明的目的在于提供一种水空两用垂直跨越航行器，该航行器采用上下两层架构设计，分别配置空气动力装置和水下动力装置，主要包括：中央支架、空气动力装置、水下动力装置、电子调速器、遥控接收器、遥控器；

所述中央支架的上层安装有所述空气动力装置，所述中央支架的下层安装有所述水下动力装置所述空气动力装置及水下动力装置通过所述电子调速器与所述遥控接收器相连接，所述遥控接收器安装在所述中央支架的上端，所述遥控接收器与所述遥控器进行无线通讯。

进一步，所述电子调速器还与电池组相连接，所述电池组安装在所述中央支架的下端。

进一步，所述空气动力装置包括：上层十字状支架、空气螺旋桨；中央支架的上层安装有所述上层十字状支架，所述上层十字状支架上安装有四个空气螺旋桨，所述空气螺旋桨与电子调速器相连接。

进一步，每个空气螺旋桨都配备有一个电子调速器。

进一步，所述水下动力装置包括：下层十字状支架、水下螺旋桨；中央支架的上层安装有所述下层十字状支架，所述下层十字状支架上安装有四个水下螺旋桨，所述水下螺旋桨与电子调速器相连接。

进一步，每个水下螺旋桨都配备有一个电子调速器。

进一步，该航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置的转速，在触水后关闭空气动力装置，依靠自身重力没入水面，再启动水下动力装置，航行器进入潜航状态。

进一步，当航行器准备出水前，提高输出功率，加速上升；航行器接近水面时，空气动力装置停止工作，由水下动力装置推动航行器上升，空气动力装置离开水面后，与水下动力装置一同工作稳定航行器；水下动力装置在接近水面时停止工作，由空气动力装置单独提供航行器飞行的动力；航行器拉出水面后，遥控器通过电子调速器调整空气动力装置的转速，航行器倾斜前飞。

进一步，在所述空气动力装置及水下动力装置中，相隔位置的螺旋桨设计为逆向旋转。

进一步，在所述遥控接收器与所述电子调速器之间设置有螺旋锁定器。

本发明提供的水空两用垂直跨越航行器，由中央支架、空气动力装置、水下动力装置、电子调速器、遥控接收器及遥控器构成，航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置的转速，减少对航行器的撞击损害，在触水后关闭空气动力装置，依靠航行器自身重力没入水面，再启动水下螺旋桨进入潜航状态，航行器出水时，采用两层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，具有不需要辅助设备和可重复使用的优点，具有较强的推广与应用价值。航行器采用上下两层架构设计，分别配置空气动力装置和水下动力装置，两层之间的距离使得航行器在水空介质跨越过程，至少有一种动力装置单独作用在空气中或水中，避免了动力系统在水空两相环境下工作，防止水空混合环境会对桨叶造成很大的损坏。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水空两用垂直跨越航行器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的空气动力装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的水下动力装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的两层动力接力推进航行器出水的原理示意图；

图5是本发明实施例提供的水空两用垂直跨越航行器的工作原理结构框图。

图中：1、中央支架；2、空气动力装置；21、上层十字状支架；22、空气螺旋桨；3、水下动力装置；31、下层十字状支架；32、水下螺旋桨；4、电子调速器；5、遥控接收器；6、遥控器；7、电池组；8、螺旋锁定器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1及图5示出了本发明实施例提供的水空两用垂直跨越航行器的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该航行器包括：中央支架1、空气动力装置2、水下动力装置3、电子调速器4、遥控接收器5、遥控器6；

中央支架1的上层安装有空气动力装置2，中央支架1的下层安装有水下动力装置3，空气动力装置2及水下动力装置3通过电子调速器4与遥控接收器5相连接，遥控接收器5安装在中央支架1的上端，遥控接收器5与遥控器6进行无线通讯。

在发明实施例中，各部分的具体功能如下：

1)分层十字支架1为航行器的结构主体，分层布局设计是实现接力推进出水的架构基础；

2)空气动力装置2为空气螺旋桨，用于在空中提供拉力；

3)水下动力装置3为水用螺旋桨，用于在水下提供推力；

4)电子调速器4用于控制螺旋桨电机的输出功率，进而控制转速和产生的推力/拉力；

5)电池组为航行器的能源部件，为动力装置提供电力；

6)陀螺平衡仪用于控制航行器的飞行姿态；

7)遥控器设备用于操控师控制航行器的飞行、潜航和跨越等动作及姿态。

在本发明实施例中，电子调速器4还与电池组7相连接，电池组7安装在中央支架1的下端。

如图2所示，在本发明实施例中，空气动力装置2包括：上层十字状支架21、空气螺旋桨22；中央支架1的上层安装有上层十字状支架21，上层十字状支架21上安装有四个空气螺旋桨22，空气螺旋桨22与电子调速器4相连接。

在本发明实施例中，每个空气螺旋桨22都配备有一个电子调速器4。

如图3所示，在本发明实施例中，水下动力装置3包括：下层十字状支架31、水下螺旋桨32；中央支架1的上层安装有下层十字状支架31，下层十字状支架31上安装有四个水下螺旋桨32，水下螺旋桨32与电子调速器4相连接。

在本发明实施例中，每个水下螺旋桨32都配备有一个电子调速器4。

在本发明实施例中，该航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置2的转速，在触水后关闭空气动力装置2，依靠自身重力没入水面，再启动水下动力装置3，航行器进入潜航状态。

如图4所示，在本发明实施例中，当航行器准备出水前，提高输出功率，加速上升；航行器接近水面时，空气动力装置2停止工作，由水下动力装置3推动航行器上升，空气动力装置2离开水面后，与水下动力装置3一同工作稳定航行器；水下动力装置3在接近水面时停止工作，由空气动力装置2单独提供航行器飞行的动力；航行器拉出水面后，遥控器6通过电子调速器4调整空气动力装置2的转速，航行器倾斜前飞。

在本发明实施例中，在空气动力装置2及水下动力装置3中，相隔位置的螺旋桨设计为逆向旋转。

在本发明实施例中，在遥控接收器5与所述电子调速器4之间设置有螺旋锁定器8。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1及图5所示，中央支架1上层设置有上层十字状支架21，下层设计有下层十字状支架31；上层十字状支架21端部设有空气螺旋桨22，在上层十字状支架21的每个支架上设有电子调速器4；下层十字状支架31端部设有水下螺旋桨32，在下层十字状支架31的每个支架中间设有电子调速器4；中央支架1上端设有遥控接收器5，下端设有电池组7。

本例中的一种水空两用垂直跨越航行器，主要由空气螺旋桨22、电子调速器4、遥控接收器5、中央支架1、电池组7、水下螺旋桨32、上层十字状支架21、下层十字状支架31组成，中央支架1上下两层设置有上层十字状支架21、下层十字状支架31，在上层十字状支架21、下层十字状支架31的末端分别安装4个空气螺旋桨22和水下螺旋桨32，在每个支架中间设有电子调速器4，通过控制连接空气螺旋桨22及水下螺旋桨32的电子调速器4调整螺旋桨转速，控制航行器的航行方向和速度。

本例中的一种水空两用垂直跨越航行器，航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气螺旋桨22的转速，进而降低速度减少撞击损害，在触水后关闭空气动力装置2，依靠自身重力没入水面，然后启动水下螺旋桨32进入潜航状态。

出水时，采用的两层动力接力推进出水，主要过程为：准备出水前，提高输出功率，加速上升；接近水面时位于上层的空气螺旋桨22停止工作，由位于下层的水下螺旋桨32推动上升；空气螺旋桨22离开水面后，与水下螺旋桨32一同工作稳定航行器；下层水下螺旋桨32在接近水面时停止工作，由上层空气螺旋桨22单独提供拉力；将航行器拉出水面后，通过电子调速器4调整输出电流改变空气螺旋桨22的转速，使航行器倾斜前飞。

本发明提供的一种水空两用垂直跨越航行器，设计架构分为上下两层，分别设置空气动力装置2和水下动力装置3，采用水下和空中动力的接力方式为介质跨越提供稳定持续的推力，每层动力设计为四个螺旋桨，相隔位置螺旋桨设计为逆向旋转，防止航行器自旋，该航行器可平稳低速降落水面，比较空投鱼雷依靠减速伞和缓冲帽等一次性设备，具有不需要辅助设备和可重复使用的优点；在水下一空气跨越阶段，依靠创新设计可自主实现跨越，比较潜射无人机和潜射导弹等只能单次穿越水空介质，无法依靠自身动力重复跨越水空介质的缺点，填补了水空两用航行器的设计与研制空白。

本发明实施例提供的水空两用垂直跨越航行器，由中央支架1、空气动力装置2、水下动力装置3、电子调速器4、遥控接收器5及遥控器6构成，航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置2的转速，减少对航行器的撞击损害，在触水后关闭空气动力装置2，依靠航行器自身重力没入水面，再启动水下螺旋桨32进入潜航状态，航行器出水时，采用两层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，具有不需要辅助设备和可重复使用的优点，具有较强的推广与应用价值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水空两用垂直跨越航行器，其特征在于，该航行器采用上下两层架构设计，分别配置空气动力装置和水下动力装置，主要包括：中央支架、空气动力装置、水下动力装置、电子调速器、遥控接收器、遥控器；

所述中央支架的上层安装有所述空气动力装置，所述中央支架的下层安装有所述水下动力装置，所述空气动力装置及水下动力装置通过所述电子调速器与所述遥控接收器相连接，所述遥控接收器安装在所述中央支架的上端，所述遥控接收器与所述遥控器进行无线通讯。

2.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述电子调速器还与电池组相连接，所述电池组安装在所述中央支架的下端。

3.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述空气动力装置进一步包括：上层十字状支架、空气螺旋桨；中央支架的上层安装有所述上层十字状支架，所述上层十字状支架上安装有四个空气螺旋桨，所述空气螺旋桨与电子调速器相连接。

4.如权利要求3所述的航行器，其特征在于，每个空气螺旋桨都配备有一个电子调速器。

5.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述水下动力装置进一步包括：下层十字状支架、水下螺旋桨；中央支架的上层安装有所述下层十字状支架，所述下层十字状支架上安装有四个水下螺旋桨，所述水下螺旋桨与电子调速器相连接。

6.如权利要求5所述的航行器，其特征在于，每个水下螺旋桨都配备有一个电子调速器。

7.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，该航行器设计密度大于水，入水时逐步降低空气动力装置的转速，在触水后关闭空气动力装置，依靠自身重力没入水面，再启动水下动力装置，航行器进入潜航状态。

8.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，当航行器准备出水前，提高输出功率，加速上升；航行器接近水面时，空气动力装置停止工作，由水下动力装置推动航行器上升，空气动力装置离开水面后，与水下动力装置一同工作稳定航行器；水下动力装置在接近水面时停止工作，由空气动力装置单独提供航行器飞行的动力；航行器拉出水面后，遥控器通过电子调速器调整空气动力装置的转速，航行器倾斜前飞。

9.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，在所述空气动力装置及水下动力装置中，相隔位置的螺旋桨设计为逆向旋转。

10.如权利要求1所述的航行器，其特征在于，在所述遥控接收器与所述电子调速器之间设置有螺旋锁定器。

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