CN107416203B - 一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器 - Google Patents

一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器包括用于实现水上浮力产生和任务载荷安装的机身、用于实现水面浮力产生，太阳能电池板铺设且维持航行横向稳定性的机翼、推进系统，所述机翼连接于机身两侧，所述推进系统安装于机翼下方从翼根向外1/12～3/8的翼展之内。本发明具备长期持续的动态侦察能力，实现了长期持续驻留水面的能力。

Description

一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器
技术领域
本发明涉及太阳能驱动无人航行器，特别是涉及一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器。
背景技术
对海面、湖面、江面等水域情况，水资源、水质污染等问题日益恶化，亟待长期监测、治理，水上飞机、船舶舰艇均可作为水质调查、跟踪、监测的重要手段，同时也是对水面情况、水质变化规律、水污染原因等情况调查的重要途径，也在一定程度上可以完成数据采集工作。但水面、水质情况是连续变化情况，污染源也会出现间断排污现象，同时，对江河湖海等，受大气环境、气候变化、雨季旱季等影响也较为明显，其中的影响规律，仅通过水上飞机、船舶的间断式离散式采集无法实现其实时性数据研究。从军用方向考虑，当前的海上情况复杂，不时面临来自空中、海面、水下武器、侦察监视系统的跟踪、攻击，从实战需求来看，继续实现长期对水面情况的动态侦察监视。
对以上军用和民用存在的情况，连续或实时获取水面、水下、空中目标或水质污染等信息变化情况，或水面各种信息情况的动态侦察及监视，成为需求解决的重要问题，水空两栖无人航行器有望成为解决上述问题的侦察监视平台。
本发明的技术问题在于当前的水上飞机、船舶等平台用于以上需求时存在以下几个关键问题：(1)无法保证当地情报信息或数据的连续性；(2)侦察、监视、采样成本较大；(3)探测、侦察、监视的视角全方位需求，即同时实现水下、水面、空中探测；(4)投放、回收便利性，低成本需求。以上关键问题在较大程度上上限制了水上(无人)飞机、船舶等平台在同时满足以上需求的广泛引用。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种具备长期持续的动态侦察能力的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器包括用于实现水上浮力产生和任务载荷安装的机身、用于实现水面浮力产生，太阳能电池板铺设且维持航行横向稳定性的机翼、推进系统，所述机翼连接于机身两侧，所述推进系统安装于机翼下方从翼根向外1/12～3/8的翼展之内。
进一步地，所述机身包括上视(空中)侦察监视载荷舱、下视(水下)侦察监视载荷舱、用于实现水面航向稳定性的垂尾、实现航行器水面快速航行并提供其横侧向稳定性的水翼及其圆弧形过渡方式的机身结构；所述上视(空中)侦察监视载荷舱内装载有可见光探测器和红外探测器，所述下视(水下)侦察监视载荷舱装载有水下声纳探测器，所述垂尾内部装载有天线通信系统。
进一步地，所述机翼上设置有太阳能电池板、用于实现航行器航向稳定性的翼梢小翼、用于航行器快速地效飞行状态下的升降控制的升降舵及机翼结构。
进一步地，所述太阳能电池板为单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板、薄膜太阳能电池板或柔性太阳能电池发电装置中的任意一种。
更进一步地，所述翼梢小翼的倾斜角范围为120～180度，所述升降舵位于机翼后缘，所述机翼结构的翼型采用低速厚翼型，机翼的前缘和后缘为直线或弧线，前缘采用后掠方式，后掠角度为0～30度。
进一步地，所述推进系统包括便于航行器方向控制的螺旋桨矢量推进装置、螺旋桨、实现方向控制的水下垂直机翼方向舵和水下垂直机翼组成；所述水下垂直机翼方向舵设置于水下垂直机翼的后缘，所述水下垂直机翼为对称翼型或非对称翼型。
进一步地，所述水下垂直机翼的垂直高度为机翼展长的1/2～1/8。
更进一步地，所述机身、机翼和推进系统的材质为防水耐腐蚀材料，太阳能蓄电池分布于垂直机翼内部或机身结构内。
有益效果：本发明具备长期持续的动态侦察能力，实现了长期持续驻留水面的能力。
与现有相似的航行器相比，本发明具有如下优点：
(1)采用太阳能驱动，结合水翼、机翼等，可长期持续稳定驻留水面；立体化侦察监视，同时完成水下、水面、空中目标的监视、跟踪、预警；可实现水面和空中两栖航行，根据需要可实现水面快速贴水地效飞行。
(2)针对海面、水面数据采集、研究的连续性需求，尤其是军事需求上的同时实现来自空中、水下、水面等威胁目标的侦察、监视、跟踪，要求水面航行器具备长期持续的动态侦察，本发明采用航空器结合水面舰船设计，实现了长期持续驻留水面的能力，兼具对水下、水面、空中威胁目标的实时动态侦察监视，结合太阳能驱动，实现投放后不管，可广泛应用于民用、军用方面。
附图说明
图1为本发明的无人航行器斜视图；
图2为本发明的无人航行器斜视图；
图3为本发明的无人航行器前视图；
图4为本发明的无人航行器俯视图；
图中，1机身、11上视的侦察监视载荷舱、12下视的侦察监视载荷舱、13垂尾、14水翼、15机身结构、2机翼、21太阳能电池板、22翼梢小翼、23升降舵、24机翼结构、3推进系统、31螺旋桨矢量推进装置、32螺旋桨、33水下垂直机翼方向舵、34水下垂直机翼。
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
如图1至图4所示，本发明提供了一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器包括用于实现水上浮力产生和任务载荷安装的机身1、用于实现水面浮力产生，太阳能电池板铺设且维持航行横向稳定性的机翼2、推进系统3，所述机翼2连接于机身1两侧，所述推进系统3安装于机翼2下方从翼根向外1/12的翼展之内。
所述机身1包括上视(空中)侦察监视载荷舱11、下视(水下)侦察监视载荷舱12、用于实现水面航向稳定性的垂尾13、实现航行器水面快速航行并提供其横侧向稳定性的水翼14及其圆弧形过渡方式的机身结构15；所述上视(空中)侦察监视载荷舱11内装载有可见光探测器和红外探测器，所述下视(水下)侦察监视载荷舱12装载有水下声纳探测器，所述垂尾13内部装载有天线通信系统。
所述机翼2上设置有太阳能电池板21、用于实现航行器航向稳定性的翼梢小翼22、用于航行器快速地效飞行状态下的升降控制的升降舵23及机翼结构24。
所述太阳能电池板21为单晶硅太阳能电池板。
所述翼梢小翼22的倾斜角范围为120度，所述升降舵23位于机翼后缘，所述机翼结构24的翼型采用低速厚翼型，机翼2的前缘和后缘为直线或弧线，前缘采用后掠方式，后掠角度为0度。
所述推进系统3包括便于航行器方向控制的螺旋桨矢量推进装置31、螺旋桨32、实现方向控制的水下垂直机翼方向舵33和水下垂直机翼34组成；所述水下垂直机翼方向舵33设置于水下垂直机翼34的后缘，所述水下垂直机翼34为对称翼型或非对称翼型。
所述水下垂直机翼34的垂直高度为机翼展长的1/2。
所述机身1、机翼2和推进系统3的材质为防水耐腐蚀材料，太阳能蓄电池分布于垂直机翼34内部或机身结构15内。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：所述推进系统3安装于机翼2下方从翼根向外1/6的翼展之内。
所述太阳能电池板为多晶硅太阳能电池板。
所述翼梢小翼22的倾斜角范围为150度，所述升降舵23位于机翼后缘，所述机翼结构24的翼型采用低速厚翼型，机翼2的前缘和后缘为直线或弧线，前缘采用后掠方式，后掠角度为15度。
所述水下垂直机翼34为对称翼型或非对称翼型，所述水下垂直机翼34的垂直高度为机翼展长的1/6。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：所述推进系统3安装于机翼2下方从翼根向外3/8的翼展之内。
所述太阳能电池板为薄膜太阳能电池板。
所述翼梢小翼22的倾斜角范围为180度，所述升降舵23位于机翼后缘，所述机翼结构24的翼型采用低速厚翼型，机翼2的前缘和后缘为直线或弧线，前缘采用后掠方式，后掠角度为30度。
所述水下垂直机翼34为对称翼型或非对称翼型，所述水下垂直机翼34的垂直高度为机翼展长的1/8。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：所述太阳能电池板为柔性太阳能电池发电装置。
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机身、11上视的侦察监视载荷舱、12下视的侦察监视载荷舱、13垂尾、14水翼、15机身结构、2机翼、21太阳能电池板、22翼梢小翼、23升降舵、24机翼结构、3推进系统、31螺旋桨矢量推进装置、32螺旋桨、33水下垂直机翼方向舵、34水下垂直机翼等术语，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 (6)

1.一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器包括用于实现水上浮力产生和任务载荷安装的机身(1)、用于实现水面浮力产生，太阳能电池板铺设且维持航行横向稳定性的机翼(2)、推进系统(3)，所述机翼(2)连接于机身(1)两侧，所述推进系统(3)安装于机翼(2)下方从翼根向外1/12～3/8的翼展之内；所述机身(1)包括上视的侦察监视载荷舱(11)、下视的侦察监视载荷舱(12)、用于实现水面航向稳定性的垂尾(13)、实现航行器水面快速航行并提供其横侧向稳定性的水翼(14)及其圆弧形过渡方式的机身结构(15)；所述上视的侦察监视载荷舱(11)内装载有可见光探测器和红外探测器，所述下视的侦察监视载荷舱(12)装载有水下声纳探测器，所述垂尾(13)内部装载有天线通信系统；所述推进系统(3)包括便于航行器方向控制的螺旋桨矢量推进装置(31)、螺旋桨(32)、实现方向控制的水下垂直机翼方向舵(33)和水下垂直机翼(34)组成；所述水下垂直机翼方向舵(33)设置于水下垂直机翼(34)的后缘，所述水下垂直机翼(34)为对称翼型或非对称翼型。
2.根据权利要求1所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述机翼(2)上设置有太阳能电池板(21)、用于实现航行器航向稳定性的翼梢小翼(22)、用于航行器快速地效飞行状态下的升降控制的升降舵(23)及机翼结构(24)。
3.根据权利要求2所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述太阳能电池板(21)为单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板、薄膜太阳能电池板或柔性太阳能电池发电装置中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述翼梢小翼(22)的倾斜角范围为120～180度，所述升降舵(23)位于机翼后缘，所述机翼结构(24)的翼型采用低速厚翼型，机翼(2)的前缘和后缘为直线或弧线，前缘采用后掠方式，后掠角度为0～30度。
5.根据权利要求4所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述水下垂直机翼(34)的垂直高度为机翼展长的1/2～1/8。
6.根据权利要求1至5任一项所述的可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，其特征在于：所述机身(1)、机翼(2)和推进系统(3)的材质为防水耐腐蚀材料，太阳能蓄电池分布于垂直机翼(34)内部或机身结构(15)内。
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