CN105539831A - 一种适用于海空两栖的动力推进装置及多轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于海空两栖的动力推进装置，包括框式保持架、倾转电机、固定设置在保持架中部的动力电机、相隔一定距离同轴转动设置的空用螺旋桨和水用螺旋桨，空用螺旋桨通过单向转动机构与动力电机驱动连接，水用螺旋桨与动力电机驱动连接，倾转电机的转轴通过连接板固定在所述保持架的外侧，且所述倾转电机的旋转轴心与空用螺旋桨和水用螺旋桨的旋转轴线垂直。本发明还提供了一种适用于海空两栖的多轴飞行器。本发明采用同一个电机同时适应空中与水下两种不同的工作环境，减轻了海空两栖飞行器重量，简化飞行器结构，同时使用倾转电机控制动力输出的方向，增加两栖飞行器的机动性，强化了两栖飞行器完成复杂任务的能力。

Description

一种适用于海空两栖的动力推进装置及多轴飞行器

技术领域

本发明涉及一种无人机动力装置,尤其涉及一种适用于海空两栖的动力推进装置及多轴飞行器。

背景技术

四轴飞行器,是一种具有四个螺旋桨旋转轴且旋转轴呈十字形交叉分布的飞行器,它是一种微型飞行器,也是一种智能机器人,最初由航空模型爱好者自制成功,后来很多自动化厂商发现它可以用于多种用途而积极参于研制四轴飞行器利用作为飞行引擎进行空中飞行,它的尺寸较小，重量较轻，适合携带,并能够携带一定的任务载荷,同时,四轴飞行器具备自主导航飞行能力,能够在复杂危险的环境下完成特定的飞行任务，此外，四轴飞行器也可以用于娱乐。

随着四轴飞行器用途越来越饿广泛，飞行器对适应各种环境的能力的要求也越来越高，因此能够在水下工作的两栖飞行器也逐渐成为研究热点。但目前的两栖飞行器大多采用两套独立的动力系统，分别适用于空中和水下两种工作环境，这样的飞行器由于电机数量多、结构复杂，导致机身重量大，机动性较差，难以满足实际工作的要求。

发明内容

本发明的目的在于：为了拓展飞行器在不同作业环境下（水体环境、空气环境）的适应性，增加飞行器的机动性，本发明提供了一种适用于海空两栖的动力推进装置及多轴飞行器。采用电机提供动力，通过改变电机旋转方向，使单向轴承锁死或自由转动，从而改变动力传递路线，实现空中与水下两种工作模式的转换。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于海空两栖的动力推进装置，包括框式保持架、倾转电机、固定设置在保持架中部的动力电机、相隔一定距离同轴转动设置的空用螺旋桨和水用螺旋桨，所述空用螺旋桨通过单向转动机构与动力电机驱动连接，所述水用螺旋桨与动力电机驱动连接，所述倾转电机的转轴通过连接板固定在所述保持架的外侧，且所述倾转电机的旋转轴心与空用螺旋桨和水用螺旋桨的旋转轴线垂直。

进一步地，所述动力电机为双轴电机，两输出轴穿过保持架，所述空用螺旋桨通过单向转动机构与其中一个输出轴相连接，所述水用螺旋桨与另一个输出轴相连接。

进一步地，还包括转动地贯穿安装在保持架上的螺旋桨轴、将动力电机的动力传输至螺旋桨轴的传动齿轮组，所述螺旋桨轴一端通过单向转动机构连接有空用螺旋桨，另一端固定设置有水用螺旋桨。

进一步地，所述的单向转动机构为单向轴承，所述单向轴承的轴承内圈与螺旋桨轴固定连接，所述单向轴承的轴承外圈与空用螺旋桨固定连接。

进一步地，所述传动齿轮组包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮固定设置在螺旋桨轴上且位于保持架外侧，所述动力电机的输出轴穿过保持架固定连接主动齿轮。

进一步地，所述螺旋桨轴通过深沟球轴承安装在保持架上，所述动力电机的输出轴与保持架之间设置有深沟球轴承。

进一步地，所述动力电机的输出轴与保持架之间设置有深沟球轴承。

进一步地，所述水用螺旋桨通过第二定位环和第三定位环进行轴向固定，所述空用螺旋桨通过第一定位环进行轴向固定，所述第一定位环、第二定位环、第三定位环结构相同，包括设置有径向螺纹孔的环形体、与径向螺纹孔螺纹配合的紧定螺钉。

进一步地，所述动力电机为双向转动的无刷无感电机。

一种设置有如权所述动力推进装置的多轴飞行器，包括机身，所述机身为防水的圆筒结构，所述机身的两侧分别对称地设置有两根平行的连接杆，还包括四个适用于海空两栖的动力推进装置，所述连接杆的自由端与所述适用于海空两栖的动力推进装置的倾转电机壳体固定连接。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

面积和尺寸较大的空用螺旋桨直接在水中转动时，由于水的粘性及密度远远大于空气，会产生很大的转动阻力，从而烧坏电机，因此两栖飞行器在水下航行时空用螺旋桨必须停止转动。目前的海空两栖飞行器一般是使用两套独立控制的电机分别驱动空用螺旋桨和水用螺旋桨，这样的两栖飞行器结构复杂，重量大；本发明的优点在于：使用同一个动力电机作为动力源，当动力电机正向转动时，此时单向轴承锁死，适合在空气中使用的空用螺旋桨转动，用于在空中飞行；当动力电机反向转动时，适合在水中工作的水用螺旋桨转动，用于在水下航行，此时由于单向轴承处于自由转动状态，空用螺旋桨不转动，同时满足飞行器在空中与水下两种不同的工作环境，大大降低了两栖飞行器的重量，增加两栖飞行器的机动性能；同时，配合倾转电机来控制动力输出的方向，增加了飞行器的空间运动的自由度，使两栖飞行器能够完成多种复杂的任务。

附图说明

图1为本发明实施例一的动力推进装置结构示意图。

图2为本发明实施例一的动力推进装置的爆炸示意图。

图3是本发明实施例二的动力推进装置结构示意图。

图4为本发明实施例三在水中航行时的结构及状态示意图。

图5为本发明实施例三在空中飞行时的结构及状态示意图。

图中所示为：1-空用螺旋桨；2-第一定位环；3-单向轴承；4-传动齿轮组；4-1-主动齿轮；4-2-从动齿轮；5-保持架；6-动力电机；7-螺旋桨轴；8-第二定位环；9-水用螺旋桨；10-第三定位环；11-连接板；12-倾转电机；13-深沟球轴承；14-连接杆；15-机身。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1和图2所示，一种适用于海空两栖的动力推进装置，包括框式保持架5、固定设置在保持架5中部的动力电机6、转动地贯穿安装在保持架5上的螺旋桨轴7、将动力电机6的动力传输至螺旋桨轴7的传动齿轮组4、倾转电机12，所述螺旋桨轴7一端通过单向轴承连接有空用螺旋桨1，另一端固定设置有水用螺旋桨9，所述的单向转动机构为单向轴承，所述单向轴承3的轴承内圈与螺旋桨轴7固定连接，所述单向轴承3的轴承外圈与空用螺旋桨1固定连接，其中，空用螺旋桨1为尼龙制作的螺旋桨，半径为11英寸，桨角为45度；水用螺旋桨9为尼龙制作的全浸桨，直径为30cm，螺距为25cm；单向轴承3的内径为3mm；所述动力电机6为2212无刷无感电机，可根据控制双向转动；传动齿轮组4包括主动齿轮4-1与从动齿轮4-2，两个齿轮的齿数相等，模数相等，齿轮齿数为34，模数为0.5。

所述倾转电机12的转轴通过连接板11固定在所述保持架5的外侧，且所述倾转电机12的旋转轴心与螺旋桨轴7垂直，用于控制保持架5的倾转或固定在一定角度，使得动力推进装置在海空两栖环境中进行切换和调整。

所述传动齿轮组4包括相啮合的主动齿轮4-1和从动齿轮4-2，所述从动齿轮4-2固定设置在螺旋桨轴7上且位于保持架5外侧，所述动力电机6的输出轴穿过保持架5固定连接主动齿轮4-1，本实施例的两个齿轮的齿数相等，模数相等，齿轮齿数为34，模数为0.5。

所述螺旋桨轴7通过深沟球轴承13安装在保持架5上，所述动力电机6的输出轴与保持架5之间设置有深沟球轴承13，以减少摩擦。

所述水用螺旋桨9通过设置在螺旋桨轴7上的第二定位环8和第三定位环10进行固定，所述空用螺旋桨1通过设置在螺旋桨轴7上的第一定位环2固定，所述第一定位环2、第二定位环8、第三定位环10结构相同，包括设置有径向螺纹孔的环形体、与径向螺纹孔螺纹配合的紧定螺钉，分别用于固定空用螺旋桨1和水用螺旋桨9。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述动力电机6为双轴电机，两输出轴穿过保持架5，所述空用螺旋桨1通过单向转动机构与其中一个输出轴相连接，所述水用螺旋桨9与另一个输出轴相连接。所述动力电机6的输出轴与保持架5之间设置有深沟球轴承13。本实施例结构简单，减少自重。

实施例三

如图3至图4所示，一种适用于海空两栖的多轴飞行器，包括机身15，所述机身为防水的圆筒结构，可悬浮在水中，所述机身的两侧分别对称地设置有两根平行的连接杆14，还包括四个如实施例一所述的动力推进装置，当然也可以根据需要采用如实施例二所述的动力推进装置。所述连接杆14的自由端与所述适用于海空两栖的动力推进装置的倾转电机12壳体固定连接，四个动力推进装置对称安装，相邻两个螺旋桨中轴线距离相等。

本实施例的多轴飞行器包括有空中环境的飞行工作过程和水下环境的潜航工作过程。其中：

一、空中环境

如图4所示，倾转电机12将四个动力推进装置旋转至螺旋桨平面平行于机身平面并锁定在此角度，空用螺旋桨1在上，在这种模式下，动力电机6朝一定方向正转旋转，此时动力电机6将转动运动传递到主动齿轮4-1，主动齿轮4-1将转动运动传递到从动齿轮4-2，从动齿轮4-2使螺旋桨轴7转动，螺旋桨轴7通过单向轴承3使空用螺旋桨1转动，此时单向轴承3为锁死状态，同时螺旋桨轴7带动水用螺旋桨9转动，水用螺旋桨9在空中转动不会影响飞行器在空中的运动；与传统四轴飞行器的飞行类似，该多轴飞行器通过分别控制四个推进装置的动力电机6的转速来控制该两栖飞行器在空中的运动。

二、水下环境

如图3所示，所述倾转电机12将四个动力推进装置旋转至螺旋桨平面垂直于机身平面的位置，在这种模式下，控制动力电机6朝与在空中环境时电机转动方向的相反方向转动，所述动力电机6将转动运动传递到主动齿轮4-1，主动齿轮4-1将转动运动传递到从动齿轮4-2，从动齿轮4-2使螺旋桨轴7转动，螺旋桨轴7带动水用螺旋桨9转动，此时单向轴承3为自由转动状态，空用螺旋桨1无动力输出，将会随着水流自由转动；通过水用螺旋桨9即可使该多轴飞行器在水中前进，通过倾转电机12微量调整各个推进装置的角度来控制两栖飞行器的前进方向。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于海空两栖的动力推进装置，其特征在于：包括框式保持架（5）、倾转电机（12）、固定设置在保持架（5）中部的动力电机（6）、相隔一定距离同轴转动设置的空用螺旋桨（1）和水用螺旋桨（9），所述空用螺旋桨（1）通过单向转动机构与动力电机（6）驱动连接，所述水用螺旋桨（9）与动力电机（6）驱动连接，所述倾转电机（12）的转轴通过连接板（11）固定在所述保持架（5）的外侧，且所述倾转电机（12）的旋转轴心与空用螺旋桨（1）和水用螺旋桨（9）的旋转轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的动力推进装置，其特征在于：所述动力电机（6）为双轴电机，两输出轴穿过保持架（5），所述空用螺旋桨（1）通过单向转动机构与其中一个输出轴相连接，所述水用螺旋桨（9）与另一个输出轴相连接。

3.根据权利要求1所述的动力推进装置，其特征在于：还包括转动地贯穿安装在保持架（5）上的螺旋桨轴（7）、将动力电机（6）的动力传输至螺旋桨轴（7）的传动齿轮组（4），所述螺旋桨轴（7）一端通过单向转动机构连接有空用螺旋桨（1），另一端固定设置有水用螺旋桨（9）。

4.根据权利要求2或3所述的动力推进装置，其特征在于：所述的单向转动机构为单向轴承（3），所述单向轴承（3）的轴承内圈与螺旋桨轴（7）固定连接，所述单向轴承（3）的轴承外圈与空用螺旋桨（1）固定连接。

5.根据权利要求3所述的动力推进装置，其特征在于：所述传动齿轮组（4）包括相啮合的主动齿轮（4-1）和从动齿轮（4-2），所述从动齿轮（4-2）固定设置在螺旋桨轴（7）上且位于保持架（5）外侧，所述动力电机（6）的输出轴穿过保持架（5）固定连接主动齿轮（4-1）。

6.根据权利要求3所述的动力推进装置，其特征在于：所述螺旋桨轴（7）通过深沟球轴承（13）安装在保持架（5）上，所述动力电机（6）的输出轴与保持架（5）之间设置有深沟球轴承（13）。

7.根据权利要求2所述的动力推进装置，其特征在于：所述动力电机（6）的输出轴与保持架（5）之间设置有深沟球轴承（13）。

8.根据权利要求2或3所述的动力推进装置，其特征在于：所述水用螺旋桨（9）通过第二定位环（8）和第三定位环（10）进行轴向固定，所述空用螺旋桨（1）通过第一定位环（2）进行轴向固定，所述第一定位环（2）、第二定位环（8）、第三定位环（10）结构相同，包括设置有径向螺纹孔的环形体、与径向螺纹孔螺纹配合的紧定螺钉。

9.根据权利要求1所述的动力推进装置，其特征在于：所述动力电机（6）为双向转动的无刷无感电机。

10.一种设置有如权利要求1至9中任一项所述动力推进装置的多轴飞行器，包括机身（15），所述机身为防水的圆筒结构，所述机身的两侧分别对称地设置有两根平行的连接杆（14），其特征在于：还包括四个适用于海空两栖的动力推进装置，所述连接杆（14）的自由端与所述适用于海空两栖的动力推进装置的倾转电机（12）壳体固定连接。