CN104640767A - 中性浮力航行器 - Google Patents

Abstract

中性浮力航行器，根据该中性浮力航行器的结构的用于制导与导航控制的所有必要的力仅作用在部分A(2.1)上，所述部分位于航行器的最前端与当绕流的轴线平行于航行器的纵向轴线且其方向为从前向后时的拖曳力作用中心D之间。部分A(2.1)可为通过装置而连接至航行器的其余部分上的独立的部件，该装置确保将来自一个部分的动力有效地传递至另一个部分并允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线相对地旋转360度。

Description

中性浮力航行器

本申请涉及中性浮力航行器，中性浮力航行器是指这样一种航行器，即，向该航行器提供来自较低密度(该密度低于环境密度)液体的升力，升力在合适的前提下储存在航行器的壳体内，利用推力和可移动表面来实现航行器在环境流体中的制导与导航控制系统(另外在文献中缩写为GN&C)。飞艇和潜水艇被认为是中性浮力的航行器。本申请所提出的结构可应用在上文提及的航行器类型中并且涉及与推力和控制力的作用中心相关的结构以及将上文提及的力传递到航行器上的系统。本申请中还提出了这样一种方法，通过这种方法实现了具有上文提及的结构的航行器的GN&C，而且本申请涉及在仅能应用在具有本申请所提及结构的航行器上的纵摇轴线和横摇轴线上进行船体360度定向的方法。

世界上第一个曾有的关于对航空器进行推进/引导的研究在1783年12月3日由让·巴蒂斯特·玛丽·缪塞涅尔(Jean Baptiste Marie Meusnier)提交到法国科学院，该航空器的浮力由比空气轻的气体提供。第一个动力飞艇的飞行由亨利·吉法德(Henri Giffard)在1852年实现。

直到今天，已经提出或建造了与推力的作用中心位置和导航控制有关的各种类型的飞艇，这些飞艇主要有：

1.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成与拖曳力作用中心相比更靠近航行器前部。质量、推力和升力的作用中心不与由拖曳力限定的轴线重合。航行器的GN&C通过移动扰流器而实现，该扰流器安装在航行器后部处的稳定水平舵(fin，翼片)上。这种类型的航行器在下文中将被称为1类航行器。

2.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成与拖曳力作用中心相比更靠近航行器的前部且与航行器的质量中心相比更靠近升力的中心和由拖曳力方向限定的轴线。航行器的GN&C通过移动扰流器而实现，该扰流器安装在航行器后部处的稳定水平舵上。这种类型的航行器在下文中将被称为2类航行器。

3.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成与拖曳力的作用中心相比更靠近航行器的前部。该推力作用中心还与由拖曳力方向限定的轴线重合。航行器的GN&C通过移动扰流器而实现，该扰流器安装在航行器后部处的稳定水平舵上。这种类型的航行器在下文中将被称为3类航行器。

4.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成与拖曳力作用中心相比更靠近航行器的尾部。推力作用点与航行器的纵向轴线重合并由一个单元所提供。航行器的GN&C通过移动扰流器而实现，该扰流器安装在航行器后部处的稳定水平舵上。这种类型的航行器在下文中将被称为4类航行器。

5.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成与拖曳力作用中心相比更靠近尾部。推力作用中心与包络线的纵向轴线重合并由一个单元所提供。航行器的稳定性通过位于航行器后部处的稳定水平舵而实现并且GN&C通过推力矢量而实现。这种类型的航行器在下文中将被称为5类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为格林·丹尼尔(GEERY DANIEL)、名称为“高机动性动力飞艇”、编号为US2005263642、以及申请日为2004年11月4日。

6.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成朝向航行器的后部更靠近重力、升力和拖曳力的作用中心。稳定性和GN&C通过改变推力的角度或大小而实现，该推力由位于航行器的后部处的推力系统提供。这种类型的航行器在下文中将被称为6类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为李仪春(LEE YEE-CHUN)、名称为“具有相关的系统和方法的边界层推进飞艇”、编号为WO2009105160、申请日为2009年2月6日。

7.由多个推力单元推进的飞艇，多个推力单元位于吊舱任一侧上的沿着航行器纵向轴线的不同位置处。这种类型的航行器在下文中将被称为7类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为约翰·恩洛·布罗伊勒斯(JOHN ENLOE BROYLES)、亨利·埃蒙特·罗伯森(HENRYEMMET ROBERTSON)和西奥多·亨利·维勒(THEODORE HENRYWEILER)、名称为飞艇的改进、申请号为GB250602、申请日为1926年4月8日。

8.由成组的多个单元推动的飞艇，每个组的合成推力作用中心位于沿着航行器纵向轴线的不同位置上。航行器的稳定性和GN&C仅通过改变所产生的推力的大小与角度的关系而实现。这使得无需使用在某些情况(在航行器周围存在非常小的流或不存在流时操纵该飞行器)下具有益处的用于稳定和控制的水平舵。这种类型的航行器在下文中将被称为8类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为纳吉·伊姆雷(NagyImre)、名称为“高速飞艇”、编号为WO2005019025、以及申请日为2003年8月15日。

9.具有推力作用中心的飞艇，该推力作用中心定位成朝向航行器的前部更靠近拖曳力作用中心，并且该推力作用中心定位在与拖曳力轴线重合的位置中，升力中心也与该拖曳力轴线重合。稳定性由位于航行器后部中的水平舵提供。由航行器的纵向轴线和推力作用点所设定的与水平面垂直的方向控制通过从两个单元中的一个提供较大的推力同时在上文提及的垂直相交的平面中通过由单元提供的推力的方向变化而实现。这种类型的航行器在下文中将被称为9类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为克劳斯·托马斯(Krause Tomas)、名称为“飞艇”、编号为WO2008110385以及申请日为2008年3月17日。

10.由一个推力单元推进的飞艇，该推力单元以所提供的推力的轴线与航行器的纵向轴线重合的方式定位在最前端处。控制和稳定性通过位于航行器后部上的水平舵而实现。这种类型的航行器在下文中将被称为10类航行器，对于这类航行器我们可列出如下信息：发明人为菲利普·奥古斯特(PHILIPPE AUGUSTE)、名称为“与可操纵的气球有关的改进”、编号为GB191116635A、申请日为1911年7月19日。

11.由两个推力单元推进的飞艇，两个推力单元以每个推力单元方向的轴线与航行器纵向轴线重合的方式定位在前端部部分和后端部部分处，航行器纵向轴线通过改变一个单元或两个单元的方向或通过适于航行器后部的水平舵而被引导。这种类型的航行器在下文中将被称为11类航行器。这种类型的航行器在下文中将被称为11类航行器，对于这种航行器我们可列出如下信息：发明人为布瑞克斯·沃尔夫冈(BRIXWOLFGANG)、名称为“螺旋桨驱动飞艇在每个端部上具有可变换方向的螺旋桨以进行辅助操纵”、号码DE10065385(A1)、日期2000/12/27。

12.由包括超过两个单元的两个组推进的飞艇，每组中的一个单元位于前端部中，而另一个单元以所提供的推力的合力的轴线与航行器的纵向轴线重合的方式位于后端部中。稳定性和GN&C通过推力矢量来保证。这种类型的航行器在下文中将被称为12类航行器，对以这种航行器我们可列出如下信息：发明人为沃利斯·迈克尔·托德(Voorhees Michael Todd)、名称为“差速器止推控制系统”、申请号为US2009127385以及申请日为2008年5月6日。

目前为止现有的航行器具有下列特性和限制，这些特性和限制在与航行器的任务有关的特定条件下可被认为是缺点：

对于1类、2类航行器而言，我们观察到：

A.位于与拖曳力作用点相距一距离处的推力轴线导致在上文中提到的力的作用期间随着航行器的扭力作用。扭力被定中心在由作用点限定的线段上。上文中的趋势扭矩的方向由所提供的推力的方向和拖曳力的轴线确定。扭力的大小取决于下列因素：

·相对于拖曳力大小而提供的推力的大小。

·拖曳力的作用点与推力的合力之间的距离。

·相对于流场力航行器的轴线而确定的线段的角度。

·航行器的重心与垂直的拖曳力作用中心之间的距离。

·航行器的总质量。

·由航行器的重心和拖曳力的作用中心限定的线段与由拖曳力的方向限定的轴线之间的角度。

上文中的扭力趋于使航行器围绕纵摇轴线旋转。这具有限制所提供的最大推力的大小的效果并且因此具有限制最大可达到速度的效果，这是因为推力的放大由包络线抵抗弹性变形的强度所限制，该强度取决于：

·用于其结构的材料

·在无框架飞艇的情况下的内部压力

·包络线的形状

·航行器的拖曳力系数

B.如果重心位于远离升力中心的位置，则航行器围绕横摇轴线的特定角度被确定。

C.除了在其质量的离心力的影响下垂直于首摇轴线改变方向之外，航行器还趋于围绕其纵向轴线旋转。

对于1、2、3、4、5类航行器而言，其在纵摇、首摇和横摇轴线处的角度仅通过水平舵来确定，我们观察到：

A.水平舵仅在其绕流具有令人满意的速度时才是有效的。

B.水平舵和航行器壳体的必要适配系统不利于其质量以及航行器的总质量。

C.水平舵的设计及其附接系统需要大量的总设计时间以及在生产之前对航行器的测试。

D.水平舵以及适于航行器的壳体的系统极大地有助于航行器的拖曳力系数的大小。其贡献在横向流动现象中被放大，有助于从期望路径的范围扣除和在地面上操纵航行器的困难度。

对于5类和6类航行器而言，我们观察到1类、2类、3类、4类、5类航行器的上文中所提到全部缺点加上下列下列缺点：

A.所提供的推力相对于航行器的纵向轴线的最大角度是90度；因此使推力反向仅可通过马达的反转来实现。

B.推力作用在拖曳力作用中心后面的航行器后部上，这使航行器不稳定。这些导致与用于其操纵所需要的微调结果和调节对立的较大柔性。

C.在侧风的影响下，大量的能量需要与微调结合，以使航行器克服风的影响而保持期望的航线。为此，承担这种类型的航行器的研发、生产和销售的公司提出了对具有倾斜推力系统的航行器的前部进行调节的解决方案，以便通过方向推力的分类而能在航行器的方向上进行有效控制，这具有使航行器不受空气动力学控制的缺点，这是因为所采用的前部推力系统扰乱了航行器的空气动力学边界层。

D.推力和拖曳力具有共同的轴线，其中每一个的方向均朝向另一个，这引起施加趋于朝向航行器中心推动航行器的前部和后部的力。上文提及的关于不具有硬内骨架的类型的航行器具有在相反的力的影响下使包络线变形的趋势，因此在空气动力学、飞行稳定性和航行器安全性方面具有负效果。包络线变形的大小取决于下列三个因素。

a.相对于所提供推力的大小的航行器拖曳力大小。

b.航行器包络线的硬度，对于没有内金属或复合材料结构的航行器而言，航行器包络线的硬度取决于与内部流体压力与环境流体压力之间的差异有关的结构材料的硬度。

c.推力作用中心与航行器的轴线重合，而重心位于与其相距一距离处。在航行器上寻求这两个力引起了扭力，该扭力定中心在由上文提到的作用力点限定限定的线段上。上文的趋势扭矩在由所提供的推力的轴线和航行器的质心确定的水平面处被检测。围绕纵摇轴线的旋转由所提供的推力的方向和航行器的惯性产生，其在加速的期间在上文的力的作用下导致航行器趋于降低其喷嘴的趋。效果的大小取决于下列所有因素：

·相对于其质量的大小而提供的推力的大小。

·质心与垂直于由其限定的平面的推力的轴线之间的距离。

·由上文中提到的力的作用中心所确定的线段相对于航行器的轴线的角度。

对于10类、11类航行器而言，从一个单元提供到前端部部分的推力(前端部部分的轴线与航行的轴线重合)纵向地产生湍流推动流以扰乱航行器边界层，从而增大航行器的总流体阻力。

对于除了第10类之外的所有类航行器而言，注释为柔性航行器的推力的平稳传递是必要的，以便避免航行器的包络线在与推力连接的区段中的弹性变形，下列中的一个或者全部是必要的：

A.内部辅助的气密部分由较高强度的(并且因此比航行器的包络线的材料更重)的材料制成，在该气密部分中气体在比包络线的其余部分的压力更大的压力下被引导。

B.加强局部地位于驱动单元附接点处的包络线的构造材料。

C.壳体的外表面与推进单元之间的任何类型的框架的使用。

本专利申请涉及一种结构，根据该结构的所有的控制力仅施加在航行器的一部分(此后将被称为部分A)中，该部分被限定在航行器的最前端与拖曳力作用中心之间，而最后当流的轴线平行于航行器纵向轴线且其方向为从航行器的前部朝向尾部时绕流作用在航行器上。根据本申请，航行器的在部分A与航行器后端部之间的部分在下文中将被进一步地称为部分B。通过设置在航行器的纵向轴线的相对侧上的一对推力单元确保了推进，推进的力通过连接杆传递至航行器。该杆是穿过(A)的系统的一部分，其特征在于，该系统是刚性的以便有效地向航行器传递来自固定在所述连接杆中的每一个连接杆上的系统的全部的力。推力单元作用点与航行器纵向轴线之间的距离及其相对于该纵向轴线的角度倾斜使得推力流在航行器垂直于由所述航行器的纵向轴线和绕流的方向确定的平面运动时、在这个水平面与由推力作用点确定的线垂直地相交时以及还在绕流的方向、推力的方向和航行器的纵向轴线平行时不会扰乱所述航行器的边界层。上述内容导致在由推力单元提供相同大小的推力期间当推力的合力方向与拖曳力的方向相反时，仅有拉伸应力的力从部分A向部分B传递。推力通过穿过部分A的连接杆或者通过两个连接杆形成的穿过部分A的系统而传递至航行器。在两个情况下，根据本申请具有刚性特征的上述元件的尺寸使得克服了在部分A和部分B的调节处适当地来自推力单元的最大推力的作用。两个推力单元中的每个均能够根据本申请通过两个不同的模式以一方式配适到连接杆上，该方式为通过伺服马达提供协助使每个单元的围绕下列两个轴线的推力方向能够独立于另一个而变化：

A.与由航行器的轴线和从推力单元到连接杆的推力作用点限定的平面垂直地相交的轴线。

B.与由航行器的纵向轴线和从推力单元到连接杆的推力作用点限定的平面重合的轴线。

上文的目的是通过凭借每个动力单元围绕上文指出的轴线的旋转所获得的适当的推力角度而有效地控制航行器围绕绕横摇轴线、纵摇轴线和首摇轴线的角度。

在使推力单元连接至航行器的杆上，水平舵以使其通过伺服马达而围绕一轴线旋转的方式悬置，该轴线与其对应杆的纵向轴线重合。水平舵应该被设计成覆盖该杆并且有助于通过反方向旋转而控制横摇角，并且相对于由航行器的纵向轴线和来自推力单元且朝向其对应杆的推力作用点限定的平面的角度控制通过单向旋转而朝向期望的方向。为了获得较低的拖曳力系数，水平舵可由其对应的伺服马达转动(除了控制的目的之外)以使其围绕杆旋转，使得根据从传感器收集的关于来自伺服马达的计算机管理系统的绕流和命令的攻角的数据而占用位置，以防止最小可能的流体阻力。在每个杆上可悬置一个或者多个水平舵。在悬置多个水平舵的情况下，两个水平舵中的一个水平舵在每侧上所具有的长度和位置使得其外表面暴露于推力流中，而另一个水平舵所具有长度和位置使得其外表面仅暴露于在推力流与航行器的壳体之间的自由绕流中。

当通过部分A的元件而由全部的力确保稳定性和GN&C时，在部分B的外表面上未附接有支持航行器的操纵的装置。而且，在部分B中不能调节任何推力单元，据此将有助于航行器的控制方向或确保其稳定性以向其提供额外的力。

根据本申请的部分A可为与航行器的其余部分(部分B)独立的部分，并且在这个情况下两个部分以如下方式连接：

A.确保除了旋转力之外施加的所有力中在这两个部分之间的连接的刚性。

B.如果航行器的形状是围绕其纵向轴线旋转对称的或在任何其他情况下与航行器的纵向轴线平行，则能够在这两个部分之间围绕与航行器的对称轴线重合的轴线旋转360度。两个部分之间的部件的旋转角度/位置由牢固地固定到两个部分中的一个部分上的致动器控制，其中，通过任何传递系统向另一个部分传递旋转运动。

当部分B具有旋转对称的形状时，上述操作引起浮心核重心与其对称轴线重合，并且假定控制仅通过施加在部分A上的力而实现，以能够围绕部分B的横摇轴线旋转而不意味着对航行器的操纵数据产生任何影响。上述功能的目的是在沿着航行器轴线的方向上能更有效地获得与其牢固地附接的系统和部分B的适当位置。

除了获得上述系统相对于适当地构造的基部中的部分B内的纵摇轴线的适当定向之外，负载能够沿着由伺服马达驱动的纵向轴线运动，因此改变航行器的重心，导致沿着纵摇轴线调整航行器的平衡状态。对应的伺服马达接收来自计算单元的信号，为了控制航行器上的其他系统的目的，其仅对负责垂直于纵摇轴线和横摇轴线的航行器的平衡状态的调整，其有助于使对部分A和B、推力单元等等之间的相对旋转进行控制的马达着能让牢固地附接在部分B上的系统的更有效的运转。

根据本申请制造的航行器可根据其任务而沿着期望的航线运动，保持航行器的纵向轴线长时间与其航线和地平面成一角度。这个特征使得必须使相对于地平面成特定角度而正确操作的系统通过基部附接在航行器上，该基部能使其相对于地平面或航行器的航线而适当地定向。

根据上文中提到的特征制造的航行器具有与现有技术的航行器不同的下列优点：

1.通过提供相同大小的推力单元和与航行器的对称轴线平行的推力方向，合成的推力在航行器的最前部中使推力作用点与拖曳力的轴线重合。这导致在部分B上仅有来自推力的张力，这是因为仅有部分B的外表面的压力源自于绕流。这个特征使与被根据现有技术制造的航行器相比能够应用更大的推力。

2.与根据现有技术构造类似尺寸的航行器所需要的条件相比，能使用较低结构强度的材料来构造壳体，其具有下列优点：

A.用较低总重量的材料来构造壳体。

B.用较低总成本的材料来构造壳体。

3.由于相对于期望路径的测流影响，所以较小航线偏离在不具有附接至后部的水平舵的情况下引起较小的测投影面积，并且航行器与纵向轴线相对于期望航线成一角度地移动的能力使得显示出绕流和最小可能的面积

4.航行器能对绕流可能速度的全部范围进行有效控制。

5.能够以壳体为目标并因此围绕对称轴线将系统牢固地配适在其上而不改变航行器的拖曳力及其稳定性和GN&C。

6.有机会使航行器成功地定向并因此被在横向轴线上牢固地配适到这个系统上。

7.与现有技术的航行器相比能够更安全的导航且能够从推进系统中获得最大的航速。

8.能够使地面人员很少需要精确地接近安装塔。

9.水平舵稳定性的缺乏和由较低强度/质量材料制造的壳体的可制造性，导致根据本申请制造的航行器在航行器的总质量和低拖曳力系数对于比如在高的水平面处加重或矫平的任务而言是关键的情况下具有显著的优点。

10.水平舵稳定性的缺乏和构造较低强度材料/质量的壳体的可能性可有利于根据本申请的柔性飞艇，对于该飞艇而言，航行器在存储和运输的期间的小体积是重要的。

11.由于水平舵稳定性的缺乏，能够使本申请的航行器精确地接近塔并使其纵摇角大于现有技术的航行器的纵摇角。

12.水平舵稳定性缺乏的原因并且假定水平舵使控制器自动地旋转以将最小可能表面积表示为来自于对流层的上水平面的绕流通道，并且对流层对于根据本申请构造的航行器而言变得更安全，其中，在更高的水平面上执行正式任务。

13.与现有技术的航行器相比，减少了本申请的航行器所需要的设计时间以及在它进入生产之前的必要测试时间。

附图的简要说明如下。

图1是根据本申请制造的航行器在由推力作用点限定的轴线与地平面垂直地相交时的侧视图。

图2是根据本申请制造的航行器在由推力作用点限定的轴线与地平面平行时的侧视图。

图3是根据本申请制造的航行器在由推力作用点限定的轴线与地平面垂直地相交时的前视图。

图4是根据本申请制造的航行器在由推力作用点限定的轴线与地平面平行时的前视图。

图5示出了根据本申请制造的航行器，其中，以垂直于由推力作用点和航行器纵向轴线限定的平面的不同角度而提供推力。

图6示出了根据本申请制造的航行器，其中，以围绕由推力单元作用点限定的轴线的不同角度处而提供推力。

图7示出了在两个点之间运动的航行器。

图8示出了包括两个部分A、B的航行器的侧视图，其中，太阳能电池阵列安装在部分B的外表面上。

图9示出了图8中的航行器的在三个不同的前视图，在每个前视图中的部分B均围绕横摇轴线以不同的角度旋转，以用于使安装在其外表面上的太阳能电池阵列朝向太阳光通量而定向。

图10、图11示出了图8中的航行器，其中，航行器的纵摇平衡角被调整以便形成相对于地平面的转角，以用于使安装在其外表面上的太阳能电池阵列朝向太阳光通量而定向，同时两个推力作用点限定了这样一条直线，即，该直线垂直于与地平面的垂直地相交的平面。

图12、图13、图14示出了图8中的航行器，其中，航行器的纵摇平衡角被调整以便形成相对于地平面的转角，以用于使安装在其外表面上的太阳能电池阵列朝向太阳光通量而定向，同时两个推力作用点限定了这样一条直线，即，该直线平行于地平面。

图15示出了两个推力单元中的一个、其邻近的副翼、副翼的位于推力单元邻近副翼与航行器之间的区段、以及杆上的与上述这些部件的附接装置对应的元件的侧视图，所提供的动力通过该杆传递至航行器。

图16示出了图17的俯视图。图17示出了以比如使部分A和部分B之间能相对旋转的方式使航行器的部分A和部分B连接的方法。

图18是图17的立体图。

图19是在比如用以提供推力的位置中的推力单元20的俯视图，其轴线相对于航行器的纵向轴线成一角度。

图20示出了航行器的可替换构造部分的侧视图，其中，推力单元借助于伺服马达(18)、(18.1)而围绕一轴线旋转，该轴线与由对称航行器的轴线所限定的平面重合，并且因为推力轴线定向成平行于对称轴线，所以其定位成使得每个伺服马达均与航行器的壳体一起作用于每个推力单元的相应的连接杆上。

图21示出了图20的前视图。参考其编号的附图的详细说明如下。

图1示出了根据本申请制造的航行器，其中，推力单元(2)(2.1)通过在随后的设计中示出的连接杆(21)、(21.1)附接至航行器壳体。还示出了水平舵(4)、(4.1)、(5)、(5.1)和航行器的壳体(1)。元件(2)、(4)、(5)位于相对于航行器纵向轴线(3)分别与元件(2.1)、(4.1)、(5.1)径向相对的位置中。为了易于理解本申请的方案，图1中所示的位置将被标记为侧视图。

图2是图1的俯视图。

图3中示出了图1的前视图，其中，航行器被示出在围绕其横摇轴线的位置中，这样使得推进单元限定了与地平面垂直地相交的直线。还示出了航行器的壳体(1)、水平舵(4)、(4.1)、(5)、(5.1)和螺旋桨(8)、(8.1)，该水平舵悬置在支撑杆(21)、(21.2)上，该支撑杆在后面的图中显而易见。

图4是图1的透视图，其中，航行器被示出在横摇轴线中的位置中，这样使得推进单元限定了位于与地平面平行的位置处的线。还示出了航行器的壳体(1)、水平舵(4)、(4.1)、(5)、(5.1)和螺旋桨(8)、(8.1)，该水平舵悬置在支撑杆(21)、(21.2)上，该支撑杆在后面的图中显而易见。

图5示出了对于轴线旋转地对称的航行器壳体(1)。还示出了在不同的可能位置中的航行器的推力单元，使得由推力单元产生的推力(用箭头表示)在由推力单元和航行器的对称轴线限定的平面中控制航行器的方向。

图6示出了图5的侧视图，其示出了在围绕连接杆轴线的不同角度处的推力单元，使得由推力单元产生的推力(用箭头表示)有助于在与由支撑杆和航行器的轴线限定的这个平面垂直的平面中控制航行器的方向。

图7中用虚线示出了航行器的从点A到点B的期望航线，在三个位置中示出了该航行器。提供来自于动力单元的推力的点A和B也被设定确定尺寸并且相对于航行器的纵向轴线成一角度，这样使得航行器平稳平稳地克服自由流(u)的影响。在点D处，航行器被示出在一位置中，这样使得拖曳力和推力的合力引起航行器从点A运动到点B。对称轴线相对于期望航线的角度(V)取决于：

A.自由流(u)相对于湿度大小、流体密度以及流体温度的速度。

B.自由流(u)相对于期望航线的角度。

C.根据它的设计由航行器示出的流体阻力。

图8示出了包括两个部分A和B的航行器，其中，A是定位在航行器的前部中的部分，根据本发明的前部定界在航行器的最前部与当其轴线平行于航行器轴线和从前到后的方向时绕流作用在航行器上的拖曳力作用点(D)之间，并且其中，航行器的部分B由部分A延伸至航行器后端部而限定并围绕其纵向轴线轴对称。推力单元是(2)(2.1)可用于提供推力(T)，太阳能收集器表面(29)牢固地附接至航行器的部分B上并且在部分B内的部件(6)中可使负载(7)沿着与部分B的对称轴平行或重合的轴线运动。这个运动通过重心(CG)相对于升力中心(CL)在航行器的纵向轴线上的位移而实现，该功能的唯一目的和用途是确定航行器的平衡纵摇角，以便允许在上述轴线中适当的定向，接近地适于这个系统。箭头(S)示出了太阳辐射的方向。负载(7)的运动借助于来自适当结构(6)内部的伺服马达的传动来实现。在示出的图中，负载(7)位于一位置中，这样使得(CL)与(CG)重合，使得航行器保持在平行于地平面的位置处。元件(41)是RCLK覆盖元件，其构成航行器的一部分。

图9示出了图7的前视图，部分A和B是清楚可见的，它们之间的相对旋转(如果通过驱动装置(2)、(2.1)和水平舵(4)、(4.1)、(5)、(5.1))确保了部分A围绕横摇轴线的确定的转角，确保了部分B沿着横摇轴线的确定的转角，这样使得牢固地附接于其上的太阳能收集系统(29)有效地朝向太阳光通量而定向。为了使这个操作可行，根据该设计，必须使部分B的重心与其升力中心重合。

图10示出了根据本申请制造的航行器的侧视图。连接杆上的推力作用点限定了与地平面垂直的平面。推力由两个单元中的位于更靠近到来的外部流(u)位置处的一个单元所提供。在航行器的表面上，牢固地附接了太阳能电池阵列(29)。而且，负载(7)已经移动至航行器的后部，使得重心(CG)与升力中心(CL)相比位于更靠近航行器后部的位置处，导致围绕纵摇角的航行器的适当角度结果，以用于使太阳能电池阵列定向成朝向太阳光通量(S)。纵摇平衡状态根据负载(7)朝向航行器后部的运动而进行调整，导致航行器围绕与由从推力单元到连接杆的推力作用的点和航行器的轴线所限定的垂直平面相交的轴线旋转。航行器的纵摇平衡状态取决于：

A.根据航行器的设计相对于绕流的攻角的合力作用点沿着纵向轴线的位置。

B.重心(CG)与浮心(CL)之间的距离。

C.上文中的作用点距推力作用中心的距离。

D.绕流(u)的速度

E.外围流体的特征。

F.由根据设计的航行器所示出的拖曳力(D)的大小。

G.所提供的推力的转角。

负载(7)进入部件(6)的运动通过伺服马达来实现，该伺服马达根据用于确定太阳光通量(S)相对于航行器纵向轴线的角度的传感器而从计算单元接收命令，以用于实现太阳光通量(S)与太阳能电池阵列(29)之间的最佳可能角度。

图11示出了以这样的方式定向的如在图10中详细示出的航行器，即，该航行器定向成使得模块(29)定向在太阳辐射方向(S)上，该太阳辐射方向在这个方案中与图10中所示的不同。在这个方案中，负载(7)已经移动至更靠近航行器的前部。

图12示出了图8的航行器，其中，用于各项目的对应标号被示出在使得由推力作用点限定的线平行于地平面的位置中。在这个设计中，负载(7)位于使得(CL)和(CG)重合的位置中，从而使得航行器保持在平行于地平面的位置中。

图13示出了本申请的航行器处于使得推力作用点限定平行于地平面的线的位置中。根据图10中所描述的的航行器定向成使得太阳能电池阵列(29)朝向太阳光通量(S)而定向。在这个设计中，负载(7)已经移动至更靠近航行器的后部。

图14示出了航行器处于使得推力单元在平行于地平面的位置中。根据图10中所描述的航行器定向成使得太阳能电池阵列(29)朝向太阳光通量(S)而定向。在这个设计中，负载(7)已经移动至更靠近航行器的前部。

图15示出了附接在连接杆(21)上的所有部件，如下所述：马达(9)，马达的轴牢固地附接螺旋桨(8)。马达(9)由螺纹件(10)牢固地附接在元件(11)上，该元件通过轴(13)、(14)安装在元件(44)上，以便允许其相对于元件(44)旋转，其中，旋转轴线(74)由连接元件(13)和(14)限定。在图16中示出了前面提到的(74)和(14)。在元件(11)上牢固地附接有伺服马达(15)，在该伺服马达的轴上牢固地安装有齿轮(16)，根据系统设计的该齿轮与在同心位置中牢固地附接至元件(44)的齿轮(17)相啮合，其中，连接元件(13)和(14)以使来自伺服马达(15)的齿轮(16)旋转的方式对元件(11)相对于元件(44)的旋转进行驱动，从而引起螺旋桨(8)的攻角的变化，以便由此实现由其提供的推力的方向变化，其垂直于与由元件(13)、(14)的纵向轴线限定的线垂直地相交的平面。元件(44)以使其能围绕杆(21)旋转的方式安装在该杆上。元件(44)的沿着杆(21)的位置由朝向航行器而牢固地安装在杆(21)上的元件(20)限制，并且任何类型环形元件通过杆(21)上的任何装置而朝向相反的方向固定。在(44)上牢固地安装有元件(12)，在该元件上放置有牢固附接的伺服马达(18)，齿轮(19)被牢固地安装在伺服马达(18)的轴上。伺服马达(18)以一方式附接至元件(12)且处于使得使得齿轮(19)与通过螺纹件(22)牢固地附接到连接杆(21)上的齿轮(20)相啮合。齿轮(19)通过伺服马达(18)而旋转引起元件(12)、(44)、(11)、(9)的旋转，并因此引起螺旋桨(8)的攻角的变化，其中，所引起的推力方向的变化从与连接杆(21)垂直地相交的平面垂直的方向实现。副翼(4)通过球轴承(54)而适于杆(21)，以用于使其能够围绕杆(21)旋转。在水平舵(4)内固定有伺服马达(23)，齿轮(24)牢固地安装在伺服马达(23)的轴上，该齿轮与以共线的方式牢固地附接到元件(12)上的齿轮(25)相啮合，其中，齿轮(25)的中心与元件(12)的围绕连接杆(21)的旋转中心重合。上文中提及的情况导致这样的事实：伺服马达(23)的轴的旋转驱动齿轮(24)围绕齿轮(25)运动，导致副翼(4)围绕杆(21)的轴线旋转。在伺服马达(23)处于静止状态中的任何情况下，由伺服马达(18)引起的元件(12)的旋转通过齿轮(25)而驱动副翼(4)旋转。还示出了元件(28)的截面，其具有柱形形状，该柱形形状的内径大于杆(21)的外径的。元件(28)牢固地附接至元件(12)或齿轮(25)，使得元件(28)的旋转运动被传递至固定在伺服马达(26)上的齿轮(27)，该伺服马达牢固地安装在水平舵(5)内。在伺服马达(26)的轴上安装有齿轮(27)，其与齿轮(32)以使轴旋转的方式啮合，通过传递从齿轮(32)朝向齿轮(27)的运动以驱动水平舵(5)围绕连接杆(21)的轴线旋转。齿轮(32)牢固地附接至元件(28)。鉴于伺服马达(26)是停止的，所以由伺服马达(18)引起的元件(12)的旋转被传递至副翼(5)且通过元件(28)、(32)、(27)和(26)驱动其旋转。副翼(5)在连接杆(21)上的调节通过轴承来实现，在图中示出了轴承中的一个轴承(55)。副翼(5)的主要用途是作为连接杆(21)的空气动力学盖体，并且次要用途是有助于航行器在垂直于由推进单元确定的直线的平面中的控制。副翼(5)不被推力流包围，而被自由流包围。由于推力轴和自由流在许多情况下不重合，因此虽然通过元件(12)的旋转并且如果伺服马达(26)在不工作状态中，副翼(5)将经过使得水平舵提供最小可能的流阻力的位置。通过伺服马达(26)的旋转，实现了副翼(5)的相对于自由流的最佳角度结果。伺服马达(26)通过适当的命令使水平舵在这样一位置中旋转，该水平舵使得通过该位置且根据来自传感器的确定水平舵相对于自由流的攻角的数据而提供最小可能拖曳力。

图16是图15的俯视图，涉及在其中示出的对应标号的元件。水平舵(4)和(5)示出了围绕连接杆(21)的这些元件之间的不同位置。

图17示出了部分A和B的侧视图，并且具体地壳体(33)的前部中的部件，元件(32)由比壳体的材料更硬的材料制成，以便包含部分A的适配。在元件(32)处牢固地安装了元件(34)，该元件是柱形的并且其外表面的一部分形成为螺纹以用于使元件(32)被夹持在螺母(36)、(36.1)之间，因此使元件(32)和(34)能够牢固地连接。穿过元件(34)的元件(32)位于使得元件(34)的纵向轴线与航行器的纵向轴线(3)重合的点处。在螺母(36)、(36.1)与元件(34)之间，如果需要有利于壳体的密封，则可为了这个目的而插入合适的材料(在附图中未示出)。还示出了在截面中的元件(35)，该元件是齿轮，孔形成在该齿轮直径的中央，以诸如能够应用元件(34)。通过调节其之间的元件(34)、(32)，使螺母与具有围绕元件(32)(并因此围绕航行器的纵向轴线)的特定位置的齿轮(35)接触,使得通过插入(35)与(36)之间的销(77)来确保(35)围绕纵向轴线的特定角度，以便使能如在下文中进一步描述地进行操作。在其面向螺母的相对侧上，齿轮(35)在其外表面上具有用作长度垫片的构造，这样使得在完全拧紧螺母(38)的轴承(25)的内环时，安装在轴承(25)上的部件不可与元件(35)、(36)、(32)和(33)接触。在轴承(25)上安装有元件(31)，杆(21)和(21.1)分别通过连接件(30)和(30.1)而安装在元件(31)上，其连接来自于推力系统(2)、(2.1)和水平舵(4)、(4.1)、(5)、(5.1)的力。在元件(31)上，伺服马达(39)安装在使得齿轮(40)刚性地安装在其轴上的位置中(在图18中示出)，使其以使伺服马达(39)的轴旋转的方式与齿轮(35)啮合，以引起元件(31)和(34)围绕元件(34)的纵向轴线而相对地旋转。元件(41)通过连接件(42)安装在元件(31)上，该元件是流线形盖体并且与元件(32)接触以便示出最小可能阻力，但是以松弛的方式使得允许(31)围绕轴(34)旋转。元件(31)和直接或间接适于此的所有元件是航行器的部分A的元件。元件(34)可为中空的使得电缆或管道可穿过其腔体，可通过该电缆或管道从部分B至A(反之亦然)传递流体(用于热引擎的燃料)、电压(用于马达)、来自传感器的数据、任何类型的致动器或绕流的命令，以便使部分B的元件(诸如电池、电子设备等等)冷却。为了密封包络线(33)的内部，用于与航行器的部分A或外部环境的连接的部分B的所有元件被元件(78)包围，其能够密封(33)的内部。

图18是图17的前视图，其更清楚地示出了元件(35)、(39)和(40)。

图19是图17的俯视图，其不同之处在于：推力单元表现为旋转的，使得设置在一角度上的推力(T)的轴线诸如使由航行器(3)的纵向轴线限定的平面与由来自推力单元朝向其连接杆的推力作用点限定的直线相交。

图20是部分A的一个可替换结构的侧视图，其中，连接杆(21)、(21.1)分别通过轴承(47)、(48)和(47.1)、(48.1)以这样的方式适于元件(31)，该方式为使推力单元借助于驱动器(18)、(18.1)而围绕连接杆的纵向轴线旋转。伺服马达(18)、(18.1)通过连接器(50)和(50.1)以一方式牢固地适配在(31)上且处于这样的位置中，即，使得牢固地安装到其轴上的齿轮分别与齿轮(49)和(49.1)相啮合。齿轮(49)和(49.1)借助于螺纹件(51)和(51.1)而牢固地适于连接杆(21)和(21.1)。齿轮(49)、(49.1)与连接杆之间插入有元件(43)、(43.1)，在该元件的表面上形成有孔，螺纹件(51)、(51.1)穿过该孔，从而确保轴承之间的连接杆的确定位置。元件(52)、(52.1)被通过螺纹件(53)、(53.1)牢固地适配在连接杆上。元件(52)、(52.1)具有足够的长度以分别限定轴承(48)、(55)与(48.1)、(55.1)之间的距离，从而确保水平舵(5)、(5.1)与航行器的对称轴线的确定距离。轴承(55)和(55.1)分别被适配在水平舵(5)、(5.1)与连接杆(21)、(21.1)之间。元件(52)、(52.1)的外表面的部分构造成齿轮，该齿轮分别与牢固地附接至伺服马达(26)、(26.1)的齿轮(27)、(27.1)相啮合，该伺服马达安装在水平舵(5)、(5.1)内部。

图21是图20的前视图，其示出了包含有对应标号的信息。

图22示出了根据图20和图21中示出的可替换结构的在推力单元(2)与连接杆(21)之间的部分A的数据的侧视图。特别地示出了马达(9)，在该马达的轴上牢固地附接有螺旋桨(8)。马达(9)由螺纹件(10)牢固地附接在元件(11)上，该元件通过轴(13)、(14)以允许其相对于元件(44)的旋转的方式安装在元件(44)处，其中，旋转的轴线(74)由连接元件(13)和(14)限定。在图16中示出了前文提到的(74)和(14)。伺服马达(15)牢固地附接在元件(11)上，该伺服马达的轴上牢固地安装有齿轮(16)，根据系统设计的该齿轮与在同心的位置中牢固地附接至元件(44)的齿轮(17)相啮合，其中，连接元件(13)和(14)以使来自伺服马达(15)的齿轮(16)旋转的方式对元件(11)相对于元件(44)的旋转进行驱动，从而引起螺旋桨(8)的攻角的变化，由此实现由其提供的推力方向的变化，其垂直于与由元件(13)和(14)的纵向轴线限定的线垂直地相交的平面。元件(44)通过螺纹件(80)牢固地安装在杆(21)上，使得来自伺服马达(18)的杆(21)的旋转(之前在图20中示出)引起由螺旋桨(8)提供的推力方向的变化。马达(9)由螺纹件(10)牢固地附接在元件(11)上，该元件通过轴(13)、(14)安装在元件(44)处，从而允许其相对于元件(44)旋转，其中，旋转的轴线(74)由连接杆(13)和(14)限定。在图16中示出了前文提到的(74)和(14)。伺服马达(15)牢固地附接在元件(11)上，该伺服马达的轴上牢固地安装有齿轮(16)，根据系统设计的该齿轮与在同心位置中牢固地附接至元件(44)的齿轮(17)相啮合，其中，连接元件(13)和(14)以使来自伺服马达(15)的齿轮(16)旋转的方式牢固地附接至元件(44)，导致螺旋桨(8)的攻角的变化，以便由此实现由其提供的推力方向的变化，其垂直于与由元件(13)、(14)的纵向轴线限定的线垂直地相交的平面。还存在副翼(4)，其中，伺服马达(23)以使牢固地附接至其轴的齿轮(24)与元件(37)的齿轮部分想啮合的方式牢固地安装在副翼上，螺纹件(81)通过该元件而牢固地附接至杆(21)。杆(21)穿过元件(37)的齿轮部分的中心，使得伺服马达(23)的旋转或连接杆(21)的旋转(由于伺服马达(23)是停止的)驱动副翼(4)围绕杆(21)的轴线旋转。在元件(44)和轴承(54)之间(该轴承置于插入副翼(4)与连接杆(21)之间)插入有用作垫片的元件(32)，确保了元件(44)与水平舵(4)之间的特定距离。副翼(5)和杆(21)之间插入了轴承，在附图中示出的一个轴承的端部朝向副翼(4)，其被标号为(55)。轴承(55)与轴承(54)之间设置有垫片，通过该垫片确保了水平舵(4)和(5)之间的适当距离以允许其之间的相对旋转。

Claims (14)

1.一种中性浮力航行器，其特征在于，所述航行器的制导、导航和控制通过由两个推力单元和水平舵产生的力而实现，所述两个推力单元定位于相对于所述航行器的纵向轴线的相对位置中，所述水平舵围绕连接杆而悬置，所述连接杆专有地将由所述推力单元和所述水平舵产生的动力传递至所述航行器的部分(A)，所述部分定位于所述航行器的最前端与在绕流(u)的轴线平行于所述航行器的纵向轴线且所述绕流的轴线的方向为从所述航行器的前部朝向其后部时拖曳力(D)施加于其上的部分之间。

2.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，其特征在于，在所述航行器的外表面上且在与部分(A)的尾端部最接近的位置与所述航行器的后边缘之间，没有形成或适配有任何种类的水平舵或推力单元或者能提供航行器围绕横摇轴线、纵摇轴线和首摇轴线的推力、稳定性和控制的任何种类的器件。

3.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器包括布置在所述航行器的纵向轴线的相对侧上的一对推力单元(2)、(2.1)，所述推力单元的力通过连接杆(21)、(21.1)传递至部分A，所述连接杆(21)、(21.1)所具有的长度使得由附接在所述连接杆上的所述推力单元(2)、(2.1)产生的湍流推力流在所述航行器正交于由所述航行器的纵向轴线和所述绕流的方向确定的平面运动时、在这个水平面与由推力作用点确定的线垂直地相交时以及还在所述绕流的方向、所述推力的方向和所述航行器的纵向轴线平行时不会扰乱所述航行器的边界层。

4.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器包括穿过所述部分(A)的系统，其特征在于，所述系统是刚性的，以便有效地向所述航行器传递来自固定在所述连接杆(21)、(21.1)中的每一个连接杆上的系统的全部的力。

5.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器包括：部分(A)，所述部分(A)是通过如下装置而连接至所述航行器的其余部分的独立部分，所述装置确保将来自一个部分的动力有效地传递至另一个部分，而且还允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线相对地旋转360度。

6.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器用于通过作用在部分A上的动力进行有效控制，所述航行器包括：一组两个水平舵，所述水平舵悬置在每个连接杆的沿着所述杆的纵向轴线的位置中，使得每组水平舵中的一个水平舵处于调节至其对应连接杆的推力单元的推力流中，而另一个水平舵覆盖所述推力流与所述航行器的边界层之间的距离。

7.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器包括：推力单元(2)和(2.1)，所述推力单元包括马达(9)、(9.1)，螺旋桨(8)、(8.1)牢固地适配在所述马达的轴上，所述马达(9)、(9.1)用螺纹件(10)牢固地安装在元件(11)、(11.1)上，所述元件通过轴(13)、(14)和(13.1)、(14.1)分别以允许相对于元件(44)、(44.1)分别关于所述轴(13)、(14)和(13.1)、(14.1)的每个纵轴的旋转轴线而旋转的方式安装在所述元件(44)、(44.1)上。伺服马达(15)、(15.1)分别牢固地安装在所述元件(11)、(11.1)上，齿轮(16)、(16.1)分别牢固地安装在所述伺服马达的轴上，所述齿轮以如下方式与在分别与连接元件(13)、(14)和(13.1)、(14.1)同心的位置中牢固地附接至所述元件(44)、(44.1)的齿轮(17)、(17.1)啮合，所述方式为，分别来自所述伺服马达(15)、(15.1)的齿轮(16)的旋转将驱动所述元件(11)、(11.1)相对于元件(44)、(44.1)旋转，并因此引起由所述螺旋桨中的每个螺旋桨产生的推力的方向变化，推力的方向正交于与由所述连接元件(13)、(14)和(13.1)、(14.1)的轴分别限定的线垂直的平面。

8.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，其特征在于，在适当命令改变所述航行器的方向之后，使所述推力单元(2)、(2.1)和所述水平舵(4)、(4.1)根据下列内容而围绕轴线旋转，所述轴线正交于与由轴(13)、(13.1)的纵向轴线限定的平面竖直地相交：所述连接杆(21)和(21.1)分别通过基部(30)和(30.1)而牢固地适配在元件(31)上。元件(44)、(44.1)以允许使其围绕杆(21)和(21.1)旋转的方式安装在所述杆上。元件(12)、(12.1)分别牢固地附接在元件(44)、(44.1)上，伺服马达(18)、(18.1)分别牢固地安装在元件(12)、(12.1)上，齿轮(19)、(19.1)牢固地安装在所述伺服马达(18)、(18.1)的轴上。所述伺服马达(18)、(18.1)以一方式固定在元件(12)、(12.1)上且处于使得所述齿轮(19)、(19.1)与通过螺纹件(22)、(22.1)牢固地附接至连接杆(21)、(21.1)的齿轮(20)、(20.1)啮合的位置中。来自所述伺服马达(18)、(18.1)的齿轮(19)、(19.1)的旋转驱动元件(12)、(44)、(11)、(9)和(12.1)、(44.1)、(11.1)、(9.1)的旋转，并且因此随着改变正交于由所述连接杆(21)、(21.1)竖直地相交的水平面的推力的方向的作用而改变螺旋桨(8)、(8.1)的攻角。水平舵装置悬置在杆(21)和(21.1)上，每个水平舵装置分别包括两个水平舵(4)、(5)和(4.1)、(5.1)。所述水平舵旨在通过反向旋转来覆盖其有助于控制横摇角(横摇)的对应的杆，并且所述水平舵通过朝向期望方向的单向性旋转控制所述航行器的相对于由所述航行器的轴线所限定的平面的角以及从所述推力单元到所述连接杆的推力的推力的作用点。所述水平舵(4)和(4.1)所具有的长度和定位的位置为使其外表面被安装在对应的杆上的推力单元的推力流围绕。所述水平舵(5)和(5.1)所具有的长度和所处的位置使得所述水平舵的外表面被分别在所述水平舵(4)和(4.1)与所述航行器的壳体之间的绕流(u)围绕。所述水平舵(4)、(5)、(4.1)、(5.1)分别通过伺服马达(23)、(26)、(23.1)、(26.1)而围绕所述连接杆(21)和(21.1)旋转。这通过从刚性附接至齿轮轴(25)、(32)、(25.1)、(32.1)的齿轮(24)、(27)、(24.1)、(27.1)的扭矩传递而实现。齿轮(25)、(32)通过元件(28)以一方式牢固地附接至部件(12)，所述方式为，如果所述伺服马达(23)、(26)处于制动模式中，则在来自致动器(18)的元件(12)的旋转的期间驱动水平舵(4)、(5)旋转。对应的齿轮(25.1)、(32.1)通过元件(28.1)而以一方式牢固地附接至元件(12.1)，该方式为，如果致动器(1.23)、(26.1)是处于停止(制动)下，则在来自致动器(18.1)的元件(12.1)的旋转期间引起水平舵(4.1)、(5.1)旋转。为了有效的性能，除了所述控制的目的之外，水平舵能通过伺服马达围绕所述杆旋转，使得根据从传感器收集的关于来自伺服马达的计算机管理系统的流动指令的包络线角度的数据而占用位置，从而指出在不需要对所述航行器的控制进行辅助时的最小的可能流体阻力。

9.根据权利要求1所述的中性浮力航行器，所述航行器包括：推力单元(2)、(2.1)和水平舵(4)、(4.1)，在适当的命令改变所述航行器方向之后，使所述推力单元和所述水平舵根据下列内容而与由推力单元(2)、(2.1)朝向对应的连接杆的作用点限定的直线竖直地相交的平面正交地旋转：所述连接杆(21)和(21.1)分别通过轴承(47)、(48)和(47.1)、(48.1)以一方式适配至元件(31)，所述方式为，通过伺服马达(18)、(18.1)实现所述推力单元围绕一轴线旋转，所述轴线与由所述航行器的纵向轴线和推力轴限定的平面重合，这是因为它们具有平行于对称轴线的方向且位于使得每个装置作用在所述推力单元连接至所述航行器的壳体的对应连接杆中。所述伺服马达(18)、(18.1)分别通过连接元件(50)、(50.1)以一方式牢固地适配在元件(31)上且位于使牢固地安装在轴上的齿轮分别与齿轮(49)和(49.1)啮合的位置中。齿轮(49)和(49.1)借助于螺纹件(51)、(51.1)牢固地适配至所述杆(21)、(21.1)。元件(43)、(43.1)插在齿轮(49)和(49.1)与所述杆(21)、(21.1)之间，孔形成在所述元件的表面上，所述螺纹件(51)、(51.1)以一方式穿过所述孔，该方式使得所述螺纹件与其对应的杆(21)、(21.1)牢固地连接，所述对应的杆分别限定了其在所述轴承(47)、(48)和(47.1)、(48.1)之间的位置。元件(44)、(44.1)分别借助于螺纹件(80)、(80.1)而牢固地适配在连接杆(21)、(21.1)上，马达基部(11)、(11.1)以一方式轴向地连接在所述元件(44)、(44.1)上，使得所述伺服马达(18)、(18.1)的旋转引起马达(9)、(9.1)的旋转，其进一步地引起螺旋桨(8)、(8.1)的攻角和与由所述推力作用点限定的直线相交的平面正交地提供的推力变化。元件(52)、(52.1)借助于螺纹件(53)、(53.1)而牢固地适配在连接杆上。元件(52)、(52.1)具有足以分别限定轴承(48)、(55)和(48.1)、(55.1)之间距离的长度，从而确保所述水平舵(5)、(5.1)与所述航行器的纵向轴线的确定距离。所述轴承(55)和(55.1)适配至所述水平舵(5)、(5.1)以分别插入所述水平舵(5)、(5.1)与所述连接杆(21)、(21.1)之间。单元(52)、(52.1)的外表面的部分构造成与分别牢固地附接至伺服马达(26)、(26.1)的齿轮(27)、(27.1)啮合的齿轮，所述伺服马达分别固定在所述水平舵(5)、(5.1)上。

10.根据权利要求5所述的中性浮力航行器，其特征在于：

部分A和部分B包括两个独立的系统，所述两个独立的系统以如下方式彼此连接：

A.在施加除旋转力以外的力的情况下确保两个部分之间的刚度

B.允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线旋转360度。下列部件定位在部分A上：

a.所有推进和方向控制系统。

b.传感器，所述航行器的导航所必需的数据通过所述传感器而经过有线系统提供到所述航行器。

所描述的功能的目的在于，假定用于所述航行器的制导、导航和控制的所有必需的系统位于部分A上，并且部分B具有围绕所述航行器的纵向轴线的旋转而对称的形状，升力的中心和重心也位于所述航行器的纵向轴线上，使得包络线围绕其纵向轴线而连续地定向，以用于更有效地实现系统牢固地附接至部分B，而不会对所述航行器的操纵及其流动阻力特性产生任何影响。

11.根据权利要求5所述的中性浮力航行器，所述浮力航行器包括：部分A和部分B，所述部分A和部分B通过调节元件(34)而连接在元件(32)上，所述元件由比位于部分B的前部中的包络线更硬的材料制成。元件(34)是柱形的并且其外表面的一部分形成为使得元件(32)能被夹持在螺母(36)、(36.1)之间，因此能够使固定附接件适配在元件(32)和(34)之间。元件(34)穿过部件(32)的纵向轴线上的孔，并且部件(34)的纵向轴线与所述航行器的纵向轴线重合。齿轮(35)的中心形成有一个孔，所述孔的直径能够使其应用在部件(34)上。通过螺母(34)、(32)与销(77)之间的张力能建立齿轮(35)相对于部件(32)的固定的位置。在与部件(36)附接的相对侧上，齿轮(35)在其外表面上具有用作垫片的构造，所述垫片的长度使得在轴承(25)的内环与螺母(38)完全夹紧期间除了齿轮(40)之外不存在附接在轴承(25)与螺旋桨(8)、(8.1)之间的部件能与所述元件(35)、(36)、(32)、(38)和(33)接触。部件(31)安装在轴承(25)的外表面上，其用作所述连接杆(21)和(21.1)的基部，所有推力和控制力通过所述连接杆连接到所述基部上。伺服马达(39)适配在所述元件(31)上的一位置中，使得牢固地附接到其轴上的齿轮(40)以使所述伺服马达(39)的轴线的旋转驱动所述基部(31)旋转并由此使部分A的全部部件关于元件(32)且因而使得部分B的全部部件旋转的方式与齿轮(35)啮合。元件(34)能为中空的，使得电缆或管道能穿过其腔体，可通过该电缆或管道从部分B至A或反之亦然地传递流体(用于热引擎的燃料)、电压(用于马达)、来自传感器的数据、命令或使得流体环绕部分B(诸如电池、电子设备等等)的冷却元件。为了密封元件(33)的内部，用于与航行器的部分A或外部环境的连接的部分B的所有元件被元件(78)包围，其能够密封(33)的内部。

12.根据权利要求1至2和6所述的中性浮力航行器，其特征在于：部分B的外表面的形状是围绕其纵向轴线旋转的形状，重心与部分B的纵向轴线重合并且沿着所述纵向轴线被正交于所述部分B的纵向轴线运动的负载所确定，所述负载仅用于相对于所提供的推力大小和转角以及所产生的拖曳力大小来调节所述航行器的平衡纵摇角，使得对于所述航行器而言能够实现并维持在围绕所述纵摇轴线的转角中，比如为了当在下列情况中时使牢固地附接在其上的系统更高效率的操作结果：

A.所述航行器克服作用在其上的由绕流引起的力而悬停。

B.所述航行器克服作用在其上的由绕流引起的力而在平行于地平面的平面中运动。

C.所述航行器在绕流的影响下在地平平面中进行可控的慢漂运动。

13.在权利要求1至12中描述的航行器的导航方法，其特征在于：根据环境条件以及所述航行器的任务需要而在通过有线系统对飞行器发出命令之后，导航控制通过下列方法中的一个而实现：

A.在通过有线系统对飞行器发出命令之后，当航行器平衡横摇角被限定时，由推力作用点限定的轴线平行于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统，因此所述航行器的控制根据下列条件而实现：

·推力由两个单元提供

·横摇控制通过推力单元在低外部流速下的反向旋转并通过水平舵在外部低流速下的反向旋转而实现，在所述外部低流速下，所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。

·首摇控制通过所述推力单元在低流速下的反向旋转并通过所述水平舵在外部低流速下的反向旋转而实现，在所述外部低流速下，所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转，直到由推力作用点限定的轴线垂直于由航行器的纵向轴线和期望的方向所限定的平面，并且通过所述推力单元在低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转之后，所述水平舵在该水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。

·纵摇控制通过所述推力单元在低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转而实现，所述水平舵在所述水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。

B.在通过有线系统对飞行器发出命令之后，当所述航行器的平衡纵摇角被限定时，由推力作用点限定的轴线平行于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统，因此所述航行器的控制将根据下列条件而实现：

·推力由两个单元提供

·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现，在所述水平面上，所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。

·首摇控制通过朝向定位得更接近的推力单元的期望方向的旋转而实现。

·纵摇控制通过所述推力单元在相对低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转而实现，所述水平舵在所述水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。

如果在驾驶员发出命令之后，为了实现来自于附接到所述航行器上的系统的更高效率，当所述航行器的平衡纵摇角与地平面不平行时，驾驶员的控制命令以使得所述航行器的控制将根据用于推力、首摇和纵摇的所有上文中描述内容而实现的方式被传递至马达和水平舵致动器系统，其中，横摇控制将根据下列条件而实现：

·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现，在所述水平面上，所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转，在所有情况下，所述航行器的平衡纵摇角和外部流体的流动方向限定了推力水平面的差值的度数的转角，其将不会显著地影响所述航行器围绕其纵向轴线的运动。在所有情况下，所述航行器的平衡纵摇角和所述外部流体的流动方向限定了推力水平的差值的度数的转角，其将显著地影响所述航行器的横摇控制，这将通过在两个推力单元之间提供不同大小的推力来实现。

C.在通过有线系统对飞行器发出命令之后，当所述航行器的平衡纵摇角被限定时，由推力作用点限定的轴线垂直于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统，因此所述航行器的控制将根据下列条件而实现：

·推力由两个单元提供

·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现，在所述水平面上，所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。

·首摇控制通过所述推力单元在相对低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单项旋转而实现，在所述水平面上，所述水平舵能提供朝向期望方向的足够的力。

·纵摇控制通过朝向定位得更靠近的推力单元的期望方向的旋转而实现。

如果在来自于所述驾驶员的命令之后，为了实现来自于被附接到所述航行器上的系统的更高的效率，所述航行器的平衡纵摇角是与所述地平面不平行的一个，所述驾驶员的控制命令以所述航行器的所述控制将被根据下列而实现的方式被传递到马达和所述水平舵舵致动器系统：

·推力由定位得更靠近绕流的推力单元提供。

·横摇控制通过以推力将在将显著地影响所述航行器围绕其纵向轴线的运动的方向上提供的方式提供推力单元的旋转而实现。在横摇控制上，当所述航行器的平衡纵摇角根据外部流的方向而具有能产生足够的动力的度数时，水平舵和不提供推力的推力单元能提供帮助。

·纵摇控制通过朝向所述推力单元的期望方向的旋转而实现。

·首摇控制通过每个推力单元的朝向合力将在转角中的方向的旋转而实现，其将具有使所述航行器的转角朝向期望方向变化的效果，而不会影响围绕所述航行器围绕其纵向轴线的转角。

14.根据权利要求1-10所述的中性浮力航行器，所述航行器包括：数字控制单元，相对于从传感器提供的数据和从所述航行器的制造者提供的限制，通过所述数字控制单元，根据下列条件与所述航行器的控制相关的命令被传递至致动器和动力单元：

A.水平舵的最佳偏离结果和所述航行器的响应，因为驾驶员用计算机分析控制的效果，所以取决于依照其与飞行状态相关的规范的所述航行器的能力而给出最终的命令。

B.围绕航行器的纵向轴线的航行器位置的稳定性。

C.施加在所述航行器上的湍流的标准化。

D.通过引入适当的限制系统而防止所述航行器的过载。限制系统包括：一些测量装置(传感器)；计算机，所述计算机将测量值与由制造者根据所述航行器的结构强度和控制能力而设定的限制值进行比较；以及限制器，如果接近预定的限制值则所述限制器不会限制于所述水平舵的角度以及所提供的推力的大小和发散角。对于具有在本申请中示出的一个规格的航行器而言需要下列条件：

A.限制沿着纵向轴线的负载因数，以防止所述航行器的结构过载。

B.限制旋转速度，以避免横向结构过载。

C.限制部分A和部分B之间旋转的角速度，以便防止由部分B的转动惯量引起的所述航行器的方向系统的结构过载。

D.限制部分A和部分B之间旋转的角速度，以防止所述航行器的方向系统能力超过部分B的转动惯量。

E.限制由移动负载控制的平衡纵摇角，其中，所述平衡纵摇角旨在接近相对于绕流将引起超过所述航行器的结构强度的限制值的环境流的大小，或者由于相对于任务和系统性能而增大了拖曳力是不利的，所以将调整获得航行器的平衡纵摇角的原因。

F.以适当的角度提供推力，使得所述航行器的平衡纵摇角根据所述航行器的拖曳力和所述航行器的重心作用点而被设定，以用于使由牢固地附接在所述航行器的包络线上的系统更高效率地工作。

G.以适当的角度和大小来布置所提供的推力，以用于使所述航行器在侧风的影响下与其纵向轴线成角度地行进时维持在航向上。

H.控制所述航行器围绕横摇轴线的角度，以用于使由推力作用点限定的直线与由外部流的方向和所述航行器的纵向轴线限定的水平面垂直地相交，从而使推力流不会扰乱所述航行器的边界层。