CN107792359A - 一种水空两用无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水空两用无人机，由发动机、腹鳍、中央翼、串列双翼和安装有吃水舱的双机身组成；无人机采用同一套动力系统，通过将串列双翼的外翼同时作为无人机在空中飞行和水上航行时的升力部件，使其结构可同时为无人机的两种工作模式提供所需升力，减小无人机的结构重量，提高无人机的性能。通过矢量发动机与中央翼的配合提高无人机在水上的航行速度、使无人机从水上起飞以及在无人机的飞行模式下起到动力增升、延缓失速的作用。通过将带有可活动舵面的腹鳍布置于机身下部能在无人机的飞行模式下起到垂直尾翼的作用，同时可作为无人机在水上航行模式下的水舵和水翼部分的固定支撑结构，使无人机的航向稳定和具有操纵性。

Description

一种水空两用无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地说，涉及一种空中飞行和水上航行的水空两用无人机。

背景技术

目前，只有水上飞机能够执行水空两栖侦察、运输的任务，但是水上飞机是针对空中飞行研制的，在水上航行状态下速度较慢、抗风浪能力较差且无法长时间航行。随着航空和航海技术的发展，既能在空中长时间巡航执行侦察和监视任务，又能在水上高速航行执行搜救和隐蔽突击任务的水空两栖飞行器是未来的一个发展方向。

在专利201520802200.9中公开了“一种水空两用无人机”，该水空两用无人机在机翼上安装有用于飞行模态的飞行动力系统，在机身后部侧下方安装有用于水上航行模态的喷泵喷水推进器，通过两套独立的动力系统分别为无人机在空中飞行和水上航行两种模态提供动力，保证两用无人机在任一种模态下均能够长时间地工作。该水空两用无人机虽然能实现无人机在空中和水上两种模态下的长时间工作，但是由于采用了两套独立的动力系统，其结构重量较重，整个无人机系统的效率较低。此外，由于无人机在水上航行状态采用传统船只的航行模式，其航行速度较慢。

发明内容

为避免现有技术存在的不足，本发明提出一种水空两用无人机。该无人机采用同一套动力系统，具有水上航行和空中飞行两种工作模式；在起飞过程中，通过增加发动机的推力提高航行速度，从而增加无人机的升力使其逐渐脱离水面，随后机翼外翼向上旋转并锁定，发动机喷口转至水平位置，无人机进入飞行模式；在降落过程中，无人机采用水上飞机降落模式，即无人机以5～15°的正迎角接触水面，待速度降低后将机翼外翼旋转向下并锁定形成水翼结构，发动机喷口向下偏转，无人机进入水上航行模式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括发动机、吃水舱、腹鳍、中央翼、机身和串列双翼，所述机身呈圆柱形，在机头和机身尾部分别向前向后渐收成流线型，机身下面设置有船体形的吃水舱，中央翼位于两个机身之间并与两个机身连接为一体结构；

所述串列双翼包括机翼内翼、转轴、机翼外翼，机翼内翼分别固定在两个机身外侧的前部与后部，机翼外翼位于机翼内翼的外侧端，机翼外翼与机翼内翼通过转轴铰接并安装有限位和锁紧机构；所述串列双翼有正安装角，机翼内翼采用正弯度翼型，机翼外翼采用对称翼型，在平飞时机翼内翼、机翼外翼产生正升力，机翼外翼通过转轴向下旋转至与机身下部的腹鳍连接，机翼外翼作为水翼并与机翼内翼、腹鳍和机身形成口框形结构，实现无人机在水上的航行；

所述腹鳍为多个，腹鳍分别固定在两个机身下部与串列双翼相对应的部位，腹鳍上安装有活动舵面，飞行时腹鳍用来作垂尾使无人机的航向操纵稳定,水上航行时用作水舵和水翼固定结构；

所述发动机为两台，两台发动机分别安装在两个机身内侧位于中央翼前缘的前部；水上航行时发动机喷口向下偏转，使高速喷流流向中央翼下方，在中央翼的下方和水面间形成高压气垫产生航行所需的部分升力；飞行时发动机喷口保持水平位置，使高速喷流流经中央翼上表面增升动力。

所述中央翼展弦比为0.3～2。

所述串列双翼展弦比为8～15，串列双翼上反角为-5～5°。

有益效果

本发明提出的一种水空两用无人机，通过将串列双翼的外翼段同时作为无人机在空中飞行和水上航行时的升力部件，使其结构可同时为无人机的两种工作模式提供所需升力，减小无人机的结构重量，提高了无人机的性能；通过矢量发动机与中央翼的配合提高无人机在水上的航行速度、使无人机从水上起飞以及在无人机的飞行模式下起到动力增升、延缓失速的作用；通过将四个带有可活动舵面的腹鳍布置于机身下部，能在无人机的飞行模式下起到垂直尾翼的作用，同时，可作为无人机在水上航行模式下的水舵和水翼部分的固定支撑结构。

水空两用无人机采用同一套动力系统，具有水上航行和空中飞行两种工作模式；在起飞过程中，通过增加发动机的推力提高航行速度，从而增加无人机的升力使其逐渐脱离水面，随后机翼外翼段向上旋转并锁定，发动机喷口转至水平位置，无人机进入飞行模式；在降落过程中，无人机采用传统水上飞机降落模式，即无人机以5°～15°的正迎角接触水面，待速度降低后，将机翼外翼旋转向下并锁定形成水翼结构，发动机喷口向下偏转，无人机进入水上航行模式。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种水空两用无人机作进一步的详细说明。

图1为本发明水空两用无人机结构示意图。

图2为本发明水空两用无人机在航行状态示意图。

图3为本发明水空两用无人机在飞行状态的下部结构示意图。

图4为本发明水空两用无人机在航行状态的下部结构示意图。

图5a为本发明水空两用无人机在飞行状态的俯视图。

图5b为本发明水空两用无人机在飞行状态的正视图。

图5c为本发明水空两用无人机在飞行状态的侧视图。

图6a为本发明水空两用无人机在航行状态的俯视图。

图6b为本发明水空两用无人机在航行状态的正视图。

图6c为本发明水空两用无人机在航行状态的侧视图。

图中:

1.发动机 2.吃水舱 3.腹鳍 4.中央翼 5.机身 6.机翼内翼 7.转轴 8.机翼外翼

具体实施方式

本实施例是一种水空两用无人机。

参阅图1～图6c，本实施例水空两用无人机由发动机1、吃水舱2、腹鳍3、中央翼4、机身5和串列双翼组成；其中，机身5呈圆柱形，在机头和机身尾部分别向前向后渐收成流线型，机身5下面设置有船体形的吃水舱2，中央翼4位于两个机身5之间，且与两个机身5连接为一体结构。

本实施例中,串列双翼包括机翼内翼6、转轴7、机翼外翼8，机翼内翼6分别固定在两个机身5外侧的前部与后部，机翼外翼8位于机翼内翼6的外侧端，机翼外翼8与机翼内翼6通过转轴7铰接并安装有限位和锁定机构。串列双翼有正安装角，机翼内翼6采用正弯度翼型，机翼外翼8采用对称翼型，串列双翼展弦比为8～15，串列双翼上反角为-5～5°。在平飞时机翼内翼6、机翼外翼8有正安装角产生正升力。机翼外翼8通过转轴7向下旋转至与机身5下部相应位置的腹鳍3连接，机翼外翼8作为水翼并与机翼内翼6、腹鳍3和机身5形成口框形结构，实现无人机在水上的航行。本实施例中腹鳍为四个，四个腹鳍3分别固定在两个机身5下部与串列双翼相对应的部位，腹鳍3上安装有活动舵面，飞行时腹鳍3用来作垂尾使无人机的航向操纵稳定；水上航行时用作水舵和水翼固定结构。

本实施例中，发动机1为两台，发动机1的喷口可上下偏转，两台发动机分别安装在两个机身5内侧位于中央翼4前缘的前部。水上航行时发动机1喷口向下偏转，使高速喷流流向中央翼4下方，在中央翼4的下方和水面间形成高压气垫产生航行所需的部分升力；在飞行时发动机1喷口保持水平位置，使高速喷流流经中央翼上表面，起到动力增升、延缓失速的功能。中央翼4展弦比为0.3～2。

水空两用无人机工作模式:

空中飞行模式:在空中飞行模式下无人机为串列翼气动布局，机翼外翼8位于水平位置；发动机1的喷口水平向后使高速喷流流经中央翼4的上表面，起到动力增升、延缓失速的作用。在空中飞行状态，无人机飞行所需的升力来自于中央翼4、机翼内翼6和机翼外翼8，维持无人机飞行所需的动力来自位于机头内侧的两台发动机1。

水上航行模式:在水上航行模式下无人机采用了水翼和冲翼技术，机翼外翼8通过转轴7旋转至机身5下方，翼尖与腹鳍3的下段连接并通过锁定机构锁定，机身5、机翼内翼6、机翼外翼8和腹鳍3形成口框形结构，机翼外翼8作为水翼与水面接触为无人机提供升力。水上航行时位于机身头部内侧的两台发动机1的喷口转至斜向下,使高速喷流流向中央翼4的下方，在中央翼4的下方和水面之间产生高压气垫提供航行所需的部分升力。在航行状态下，机翼外翼8的翼尖部分作为水翼工作在水下环境，腹鳍3浸入水中充当水舵保证航向的稳定性和操纵性。水上航行模式下维持无人机航行所需的升力来自中央翼4、机翼内翼6和机翼外翼8，航行所需的动力来自位于机头内侧的两台发动机1。在停泊状态下，吃水舱2、腹鳍3和机翼外翼8浸没在水下，无人机漂浮所需的浮力来自吃水舱2。

本实施例中，通过机翼内翼6外侧的转轴7将机翼外翼8上下旋转，以及通过调整发动机1的喷口方向，使得同一套动力系统和结构部件为水空两用无人机在空中飞行和水上航行两种工作模式下提供升力和动力，减少了无人机的结构重量，提高了系统的工作效率；通过改变发动机1喷口的喷流方向和中央翼4配合，实现无人机在水上的起飞工作。

Claims (3)

1.一种水空两用无人机，其特征在于:包括发动机、吃水舱、腹鳍、中央翼、机身和串列双翼，所述机身呈圆柱形，在机头和机身尾部分别向前向后渐收成流线型，机身下面设置有船体形的吃水舱，中央翼位于两个机身之间并与两个机身连接为一体结构；

所述串列双翼包括机翼内翼、转轴7、机翼外翼，机翼内翼分别固定在两个机身外侧的前部与后部，机翼外翼位于机翼内翼的外侧端，机翼外翼与机翼内翼通过转轴铰接并安装有限位和锁紧机构；所述串列双翼有正安装角，机翼内翼采用正弯度翼型，机翼外翼采用对称翼型，在平飞时机翼内翼、机翼外翼产生正升力，机翼外翼通过转轴向下旋转至与机身下部的腹鳍连接，机翼外翼作为水翼并与机翼内翼、腹鳍和机身形成口框形结构，实现无人机在水上的航行；

所述腹鳍为多个，腹鳍分别固定在两个机身下部与串列双翼相对应的部位，腹鳍上安装有活动舵面，飞行时腹鳍用来作垂尾使无人机的航向操纵稳定,水上航行时用作水舵和水翼固定结构；

所述发动机为两台，两台发动机分别安装在两个机身内侧位于中央翼前缘的前部；水上航行时发动机喷口向下偏转，使高速喷流流向中央翼下方，在中央翼的下方和水面间形成高压气垫产生航行所需的部分升力；飞行时发动机喷口保持水平位置，使高速喷流流经中央翼上表面增升动力。

2.根据权利要求1所述的水空两用无人机，其特征在于:所述中央翼展弦比为0.3～2。

3.根据权利要求1所述的水空两用无人机，其特征在于:所述串列双翼展弦比为8～15，串列双翼上反角为-5～5°。