CN107097952A - 一种新型多功能盒式联翼水上无人机 - Google Patents

一种新型多功能盒式联翼水上无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型多功能盒式联翼水上无人机，所述新型多功能盒式联翼水上无人机包括船身式机身(1)、盒式联翼(2)、垂直尾翼(3)、螺旋桨推进装置(4)、机身载荷(5)、机翼太阳能发电装置(6)；所述船身式机身(1)包括上部弧形机身(11)、底部多级断阶整流船身(12)、抑制喷溅舭弯(13)；所述底部多级断阶整流船身(12)上设置有上部弧形机身(11)，底部两侧抑制喷溅舭弯(13)位于船身式机身(1)底部的两侧。本发明的水上无人机具有较高的升阻比，可达19以上，水面起降性能好，可适应各种复杂水面起降条件，并实现长期驻留水面作业能力，具有优秀的适应性。

Description

一种新型多功能盒式联翼水上无人机
技术领域
本发明涉及无人机设计和制造领域，特别是涉及新型多功能盒式联翼水上无人机。
背景技术
水资源、水污染问题在江河、湖泊、海洋上的表现越来越重要，无人机与船舶一起成为研究、检测、控制污染和水生物的一种有效途径，同时，洪涝灾害、地质灾害、河流水质长期检测、渔业、反海盗、船运监测、临海权益等均对可靠可行的平台提出了新的需求，水上无人机结合船舶和无人机的优势，在以上方面均有重要应用价值，将成为未来重要研究方向。
水上无人机相比于陆基飞行器，具有独特的水面起降和水面驻留作业能力，同时对起降平台要求低，可灵活装载于普通舰船、渔船、公务船上，在军用和民用上均有广泛用途。而水上无人机设计和制作，面临诸多问题，如水面起飞滑行过程航向稳定性、水面浪花大、水面滑行阻力大等问题，水面降落时存在着水撞击大、上下颠簸、跳跃及航向稳定性等问题，存在损害无人机结构和机载设备的隐患；其次，提高低速飞行稳定性和载荷的一种途径是较大的升阻比，以适应较大任务需求和续航能力；最后，水面长期滞留和作业，需要水上无人机具有优秀的水面防水能力和防腐能力。
本发明的技术问题在于当前的水上无人机设计和制作存在以下几个关键问题：(1)水面起飞和降落的动力学不稳定问题；(2)复杂水况的适应性问题；(3)飞行器航向动态不平衡问题；(4)优秀的水面防水和防腐性能。从而限制了水上无人机的广泛应用。
针对以上问题，本发明采用以下关键技术途径：(1)设计合理的新型盒式连翼布局型式，优化其升阻比性能，降低结构重量，提高低速飞行性能，以适应水面起降需求，提高窄小湖泊河流上的起降能力；(2)将无人机机身设计为船形且前部带有专门设计的抑波槽和多级断阶整流抑波技术，减轻了水动载荷，改善了水况适应性能。(3)两侧设计有力学平衡的水面航向控制器，在机身腹部横截面外侧设置两道舭弯控制水上起降时须状喷溅的方向和强度，以降低喷溅高度，减小航行阻力。(4)此外，为提高无人机任务适用性，可在其机身内部和前部，分别安装不同功能部件，以实现不同的任务需求；并在前机翼和后机翼背部安装安装太阳能发电装置，以解决远距离水上停留的能量补充问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种改善水上起降滑行平稳性并可实现水面长期滞留的新型多功能盒式联翼水上无人机。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种新型多功能盒式联翼水上无人机，所述新型多功能盒式联翼水上无人机包括船身式机身、盒式联翼、垂直尾翼、螺旋桨推进装置、机身载荷、机翼太阳能发电装置；
所述船身式机身包括上部弧形机身、底部多级断阶整流船身、抑制喷溅舭弯；所述底部多级断阶整流船身上设置有上部弧形机身，底部两侧抑制喷溅舭弯位于船身式机身底部的两侧。上部弧形机身可根据实际需求进行修形改进，用于适应不同外形和尺寸的载荷装载，底部多级断阶整流船身采用至少2级以上的断阶对水流进行整流，以拟制水浪的产生，减小起飞时水面阻力，同时调整无人机水面滑行时的稳定性；底部两侧抑制喷溅舭弯位于船身式机身底部两侧，实现进一步拟制水面浪花的产生，保证航行稳定性。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述底部多级断阶整流船身采用至少2级以上。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述盒式联翼为由前机翼、连接翼、后机翼及水平尾翼组成，连接翼用于连接前机翼的翼稍和后机翼的翼稍，前机翼向后掠，同时后机翼向前掠，前机翼偏下方设置，翼根与船身式机身相连接，后机翼偏上方设置，翼根与水平尾翼相连接，前机翼和后机翼的翼梢通过连接翼相连接，前机翼采用上反方式，后机翼采用下反方式，上反角为0.2～5.6度，下反角为0.3～6.8度。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述的前机翼和后机翼为相同或不同类型低速翼型。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述的水平尾翼并支撑后缘升降舵，用于俯仰操纵和稳定性；前机翼的后缘副翼可占用前机翼的所有后缘或部分后缘，航向控制器设置于前机翼的翼稍的下方。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述的载荷安装于船身式机身的内部或前部，所述前部内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的光学传感器、红外传感器、激光传感器或超声波传感器；所述内部上设置有水质取样装置、鱼食抛洒装置、太阳能发电装置的蓄电池或螺旋桨推进装置的发动机中的一种或几种的组合，所述内部的有效载荷重为0.3～15kg。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述的前机翼和后机翼的上部铺设水面驻留时可充电的前机翼上表面太阳能发电装置和后机翼上表面太阳能发电装置。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述前机翼上表面太阳能发电装置和后机翼上表面太阳能发电装置为单晶硅太阳能发电装置、多晶硅太阳能发电装置或薄膜太阳能发电装置。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，新型多功能盒式联翼水上无人机的材质为防水材料。
在上述的新型多功能盒式联翼水上无人机中，所述船身式机身底部上涂覆或沉积一层或多层防腐型疏水薄膜。以降低水面滑行阻力和航行阻力，并提高无人机水面工作寿命。
有益效果：本发明采用盒式联翼结构，具有较高的升阻比，达19以上，利于提高航程和巡航时间；结合船身式机身、多级断阶整流技术、抑制喷溅舭弯、航向控制器等技术，可实现不同水况下水面平稳起飞降落，并减小水面滑行阻力，提高水面起降能力、水面滑行稳定性和航向可控性；载荷多样，可实现多种不同任务的实际需求问题，可根据任务需求，选择合适的水上无人机参数；水面停留时，可采用太阳能发电设备对蓄电池充电，提高续航能力和任务持续能力，无需每次执行任务结束后返回充电或加油。
与现有同任务无人机相比，本发明具有如下优点：
(1)区别于舰载起降、陆基起降、弹射等传统方式，本发明更注重水面任务执行，具备优秀的灵活性，无需特殊的舰载平台和发射方式，直接从水面起降，便于设置监视网点，提高任务持续能力，尤其是水质监测、灾害救援、渔业作业等。
(2)本发明将非常规的盒式联翼结构应用于水上无人机，结合船身式机身、多级断阶整流技术、抑制喷溅舭弯、航向控制器等技术，有效提高了水面起降的平稳性和航向可控性，结合机身底部的防腐疏水薄膜，有效减小了水面滑行阻力。
(3)本发明的高升阻比特性利于提高无人机的航程、航时等飞行性能，并有助于改善水面起飞过程。
(4)本发明任务载荷多样，可根据需求在机身内部、机头部位安装不同任务需求的载荷；同时，也可根据任务载荷大小，调整无人机几何尺寸。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的前视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的载荷布置示意图；
图5为本发明的太阳能发电设备布置示意图；
其中，1船身式机身、11上部弧形机身、12底部多级断阶整流机身、13抑制喷溅舭弯、2盒式联翼、21前机翼、22连接翼、23后机翼、24水平尾翼、25后缘副翼、26后缘升降舵、27航向控制器、3垂直尾翼、31方向舵、4螺旋桨推进装置、5机身载荷、51机身前部载荷位置、52机身内部载荷位置、6机翼太阳能发电装置、61前机翼上表面太阳能发电装置、62后机翼上表面太阳能发电装置。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例1
本发明的一种新型多功能盒式联翼水上无人机，所述新型多功能盒式联翼水上无人机包括船身式机身1、盒式联翼2、垂直尾翼3、螺旋桨推进装置4、机身载荷5、机翼太阳能发电装置6；
所述船身式机身1包括上部弧形机身11、底部多级断阶整流船身12、抑制喷溅舭弯13；所述底部多级断阶整流船身12上设置有上部弧形机身11，底部两侧抑制喷溅舭弯13位于船身式机身1底部的两侧。上部弧形机身11可根据实际需求进行修形改进，用于适应不同外形和尺寸的载荷装载，底部多级断阶整流船身12采用至少2级以上的断阶对水流进行整流，以拟制水浪的产生，减小起飞时水面阻力，同时调整无人机水面滑行时的稳定性；底部两侧抑制喷溅舭弯13位于船身式机身底部两侧，实现进一步拟制水面浪花的产生，保证航行稳定性。
所述底部多级断阶整流船身12采用至少2级以上。
所述盒式联翼2为由前机翼21、连接翼22、后机翼23及水平尾翼24组成，连接翼22用于连接前机翼21的翼稍和后机翼23的翼稍，前机翼21向后掠，同时后机翼23向前掠，前机翼21偏下方设置，翼根与船身式机身1相连接，后机翼23偏上方设置，翼根与水平尾翼24相连接，前机翼21和后机翼23的翼梢通过连接翼22相连接，前机翼21采用上反方式，后机翼23采用下反方式，上反角为4.5度，下反角为5.5度。所述的水平尾翼24并支撑后缘升降舵26，用于俯仰操纵和稳定性；前机翼21的后缘副翼25可占用前机翼的所有后缘或部分后缘，航向控制器27设置于前机翼21的翼稍的下方。
前机翼21和后机翼23为相同或不同类型低速翼型。
所述的载荷5安装于船身式机身1的内部或前部，所述前部51内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的光学传感器；所述内部52上设置有水质取样装置，所述内部52的有效载荷重为15kg。
所述的前机翼21和后机翼23的上部铺设水面驻留时可充电的前机翼上表面太阳能发电装置61和后机翼上表面太阳能发电装置62。
所述前机翼上表面太阳能发电装置61和后机翼上表面太阳能发电装置62为单晶硅太阳能发电装置。
新型多功能盒式联翼水上无人机的材质为防水材料。
所述船身式机身1底部上涂覆或沉积一层或多层防腐型疏水薄膜。以降低水面滑行阻力和航行阻力，并提高无人机水面工作寿命。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：上反角为5.6度，下反角为0.3度。
所述的载荷5安装于船身式机身1的内部或前部，所述前部51内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的激光传感器；所述内部52上设置有水质取样装置、太阳能发电装置6的蓄电池或螺旋桨推进装置4的发动机中的三种的组合，所述内部52的有效载荷重为0.3kg。
所述前机翼上表面太阳能发电装置61和后机翼上表面太阳能发电装置62为多晶硅太阳能发电装置。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：上反角为0.2度，下反角为6.8度。
所述的载荷5安装于船身式机身1的内部或前部，所述前部51内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的红外传感器；所述内部52上设置有水质取样装置和鱼食抛洒装置中的两种的组合，所述内部52的有效载荷重为11kg。
所述前机翼上表面太阳能发电装置61和后机翼上表面太阳能发电装置62为薄膜太阳能发电装置。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：所述的载荷5安装于船身式机身1的内部或前部，所述前部51内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的超声波传感器；所述内部52上设置有鱼食抛洒装置。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1船身式机身、11上部弧形机身、12底部多级断阶整流机身、13抑制喷溅舭弯、2盒式联翼、21前机翼、22连接翼、23后机翼、24水平尾翼、25后缘副翼、26后缘升降舵、27航向控制器、3垂直尾翼、31方向舵、4螺旋桨推进装置、5机身载荷、51机身前部载荷位置、52机身内部载荷位置、6机翼太阳能发电装置、61前机翼上表面太阳能发电装置、62后机翼上表面太阳能发电装置等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述新型多功能盒式联翼水上无人机包括船身式机身(1)、盒式联翼(2)、垂直尾翼(3)、螺旋桨推进装置(4)、机身载荷(5)、机翼太阳能发电装置(6)；
所述船身式机身(1)包括上部弧形机身(11)、底部多级断阶整流船身(12)、抑制喷溅舭弯(13)；所述底部多级断阶整流船身(12)上设置有上部弧形机身(11)，底部两侧抑制喷溅舭弯(13)位于船身式机身(1)底部的两侧。
2.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述底部多级断阶整流船身(12)采用至少2级以上。
3.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述盒式联翼(2)为由前机翼(21)、连接翼(22)、后机翼(23)及水平尾翼(24)组成，连接翼(22)用于连接前机翼(21)的翼稍和后机翼(23)的翼稍，前机翼(21)向后掠，同时后机翼(23)向前掠，前机翼(21)偏下方设置，翼根与船身式机身(1)相连接，后机翼(23)偏上方设置，翼根与水平尾翼(24)相连接，前机翼(21)和后机翼(23)的翼梢通过连接翼(22)相连接，前机翼(21)采用上反方式，后机翼(23)采用下反方式，上反角为0.2～5.6度，下反角为0.3～6.8度。
4.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述的前机翼(21)和后机翼(23)为相同或不同类型低速翼型。
5.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述的水平尾翼(24)并支撑后缘升降舵(26)，前机翼(21)的后缘副翼(25)可占用前机翼的所有后缘或部分后缘，航向控制器(27)设置于前机翼(21)的翼稍的下方。
6.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述的载荷(5)安装于船身式机身(1)的内部(52)或前部，所述前部(51)内设置有腔体，所述腔体内设置有检测或监视的光学传感器、红外传感器、激光传感器或超声波传感器；
所述内部(52)上设置有水质取样装置、鱼食抛洒装置、太阳能发电装置(6)的蓄电池或螺旋桨推进装置(4)的发动机中的一种或几种的组合，所述内部(52)的有效载荷重为0.3～15kg。
7.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述的前机翼(21)和后机翼(23)的上部铺设水面驻留时可充电的前机翼上表面太阳能发电装置(61)和后机翼上表面太阳能发电装置(62)。
8.根据权利要求7所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述前机翼上表面太阳能发电装置(61)和后机翼上表面太阳能发电装置(62)为单晶硅太阳能发电装置、多晶硅太阳能发电装置或薄膜太阳能发电装置。
9.根据权利要求1所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：新型多功能盒式联翼水上无人机的材质为防水材料。
10.根据权利要求1至9任一项所述的新型多功能盒式联翼水上无人机，其特征在于：所述船身式机身(1)底部上涂覆或沉积一层或多层防腐型疏水薄膜。
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