CN108312795B - 一种可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法 - Google Patents

一种可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现空中‑水下自主运动的两栖航行器和航行方法，包括主体舱，所述主体舱尾端设置水平尾翼和垂直尾翼，所述主体舱上还连接环形翼，环形翼两侧通过转轴转动连接跨介质推进器，所述跨介质推进器包括安装驱动电机的轮毂定子，轮毂定子外侧通过定子支撑架连接整流导管定子，所述整流导管定子连接转轴，且所述轮毂定子两端分别转动连接轮毂转子和水下螺旋桨，所述轮毂转子外侧通过转子支撑架连接整流导管转子，所述整流导管转子上连接空气螺旋桨叶片，所述轮毂转子还连接整流帽罩，所述主体舱内设置压载水舱，实现了航行器水空两栖航行，且具有自主性高、适应性强、依靠外界辅助小的优点。

Description

一种可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法
技术领域
本发明涉及航空和船舶的交叉领域，尤其涉及一种可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法。
背景技术
两栖航行器是可在空中飞行和水下潜航的新概念航行器，在军用方面，由于它兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，可获取空中、水面、水下的敌我信息，并可针对敌方作战体系弱点，综合利用空中和水中的优势手段，进行高效突防、打击或多任务作业；在民用方面，由于它兼具飞行器的快速巡航能力和潜航器的水下作业能力，可一举实现救援、勘探、工程施工等方面“锁定目标—快速达到—实施作业—安全返回”的一系列动作，具有实施效率高、辅助装备少、实施成本低的优点。然而，两栖航行器既要在水中自主航行，又要在空中自主飞行，由于空气与水的物性参数相差较大，使得针对空中-水下的两栖航行器设计难度较大；因此，较为常见的两栖航行器大多为水-陆、陆-空、水面-水下或水面-空中的两栖航行器，可以真正在空中和水下实现自主航行的两栖航行器并不多见。
发明内容
本申请人针对以上缺点，进行了研究改进，提供一种可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种实现空中-水下自主运动的两栖航行器，包括主体舱，所述主体舱尾端设置水平尾翼和垂直尾翼，所述主体舱上还连接环形翼，环形翼两侧通过转轴转动连接跨介质推进器，所述跨介质推进器包括安装驱动电机的轮毂定子，轮毂定子外侧通过定子支撑架连接整流导管定子，所述整流导管定子连接转轴，且所述轮毂定子两端分别转动连接轮毂转子和水下螺旋桨，所述轮毂转子外侧通过转子支撑架连接整流导管转子，所述整流导管转子上连接空气螺旋桨叶片，所述轮毂转子还连接整流帽罩，所述主体舱内设置压载水舱。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述空气螺旋桨叶片转动连接在整流导管转子外侧设置的铰链支架上，且整流导管转子连接液压驱动缸，所述液压驱动缸驱动端转动连接连杆，连杆另一端转动连接空气螺旋桨叶片，且连杆通过导向杆连接在整流导管转子上开设导轨上。
包括以下步骤：
(1)空中飞行：此时跨介质推进器处于水平状态，液压驱动缸驱动端收缩，即可通过连杆带动空气螺旋桨叶片展开，轮毂定子内的驱动电机带动轮毂转子转动，轮毂转子即可通过转子支撑架带动整流导管转子和其上的空气螺旋桨叶片转动，且此时水下螺旋桨不转动，空气螺旋桨叶片转动产生的推力即可克服航行器飞行过程中的阻力，环形翼产生的升力可以克服航行器自身的重力，垂直尾翼和水平尾翼通过配合可以实现对航行器飞行姿态的控制；
(2)降落潜水：航行器先飞行到近水面，通过转轴带动跨介质推进器转动到竖直向上，以提供向上的推力，在此状态使航行器平稳降落于水面，然后液压驱动缸驱动端伸出，即可通过连杆带动空气螺旋桨叶片收缩至整流导管转子和整流导管定子表面，此时整流导管转子和其上空气螺旋桨叶片不再旋转，位于轮毂定子内的驱动电机驱动水下螺旋桨反转，同时压载水舱吸入压载水，在两者共同作用下使航行器快速入水；
(3)水下潜航：待航行器进入水下到一定深度后，通过转轴可带动跨介质推进器旋转到水平状态，位于轮毂定子内的驱动电机驱动水下螺旋桨正转，产生向后的推力，使航行器克服阻力向前运动，通过调节水平尾翼使环形翼产生负浮力，以确保航行器在水下航行时不上浮；
(4)出水起飞：航行器潜航至水面附近，待航行器上浮至水面后，通过转轴可带动跨介质推进器旋转到竖直状态，液压驱动缸驱动端再次收缩，即可通过连杆带动空气螺旋桨叶片展开，此时水下螺旋桨停止转动，整流导管转子和其上空气螺旋桨叶片开始转动，使航行器缓慢升空，待航行器上升到一定高度后，通过转轴可带动跨介质推进器旋转到水平状态，产生推力使航行器进行高速飞行；
(5)重复(1)-(4)步骤即可实现航行器反复出入水空两栖航行。
本发明的有益效果如下：所述可实现空中-水下自主运动的两栖航行器和航行方法，实现了航行器水空两栖航行，且具有自主性高、适应性强、依靠外界辅助小的优点。
附图说明
图1为本发明提供的实现空中-水下自主运动的两栖航行器空中飞行时的结构示意图。
图2为本发明提供的实现空中-水下自主运动的两栖航行器降落水面或水面起飞时的结构示意图。
图3为本发明提供的实现空中-水下自主运动的两栖航行器水下潜航时的结构示意图。
图4为本发明提供的实现空中-水下自主运动的两栖航行器跨介质推进器的结构示意图。
图5为本发明提供的实现空中-水下自主运动的两栖航行器跨介质推进器的空气螺旋桨叶片连接示意图。
图中：1、主体舱；2、水平尾翼；3、垂直尾翼；4、环形翼；5、转轴；6、跨介质推进器；61、轮毂定子；62、定子支撑架；63、整流导管定子；64、轮毂转子；65、水下螺旋桨；66、转子支撑架；67、整流导管转子；671、铰链支架；672、液压驱动缸；68、空气螺旋桨叶片；681、连杆；69、整流帽罩。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1至图5所示，本实施例的实现空中-水下自主运动的两栖航行器，包括主体舱1，主体舱1尾端设置水平尾翼2和垂直尾翼3，主体舱1上还连接环形翼4，环形翼4两侧通过转轴5转动连接跨介质推进器6，跨介质推进器6包括安装驱动电机的轮毂定子61，轮毂定子61外侧通过定子支撑架62连接整流导管定子63，整流导管定子63连接转轴5，且轮毂定子61两端分别转动连接轮毂转子64和水下螺旋桨65，轮毂转子64外侧通过转子支撑架66连接整流导管转子67，整流导管转子67上连接空气螺旋桨叶片68，轮毂转子64还连接整流帽罩69，主体舱1内设置压载水舱。
空气螺旋桨叶片68转动连接在整流导管转子67外侧设置的铰链支架671上，且整流导管转子67连接液压驱动缸672，液压驱动缸672驱动端转动连接连杆681，连杆681另一端转动连接空气螺旋桨叶片68，且连杆681通过导向杆连接在整流导管转子67上开设导轨上。
所述实现空中-水下自主运动的两栖航行器航行时，包括以下步骤：
(1)空中飞行：此时跨介质推进器6处于水平状态，液压驱动缸672驱动端收缩，即可通过连杆681带动空气螺旋桨叶片68展开，轮毂定子61内的驱动电机带动轮毂转子64转动，轮毂转子64即可通过转子支撑架66带动整流导管转子67和其上的空气螺旋桨叶片68转动，且此时水下螺旋桨65不转动，空气螺旋桨叶片68转动产生的推力即可克服航行器飞行过程中的阻力，环形翼4产生的升力可以克服航行器自身的重力，垂直尾翼3和水平尾翼2通过配合可以实现对航行器飞行姿态的控制；
(2)降落潜水：航行器先飞行到近水面，通过转轴5带动跨介质推进器6转动到竖直向上，以提供向上的推力，在此状态使航行器平稳降落于水面，然后液压驱动缸672驱动端伸出，即可通过连杆681带动空气螺旋桨叶片68收缩至整流导管转子67和整流导管定子63表面，此时整流导管转子67和其上空气螺旋桨叶片68不再旋转，位于轮毂定子61内的驱动电机驱动水下螺旋桨65反转，同时压载水舱吸入压载水，在两者共同作用下使航行器快速入水；
(3)水下潜航：待航行器进入水下到一定深度后，通过转轴5可带动跨介质推进器6旋转到水平状态，位于轮毂定子61内的驱动电机驱动水下螺旋桨65正转，产生向后的推力，使航行器克服阻力向前运动，通过调节水平尾翼2使环形翼4产生负浮力，以确保航行器在水下航行时不上浮；
(4)出水起飞：航行器潜航至水面附近，待航行器上浮至水面后，通过转轴5可带动跨介质推进器6旋转到竖直状态，液压驱动缸672驱动端再次收缩，即可通过连杆681带动空气螺旋桨叶片68展开，此时水下螺旋桨65停止转动，整流导管转子67和其上空气螺旋桨叶片68开始转动，使航行器缓慢升空，待航行器上升到一定高度后，通过转轴5可带动跨介质推进器6旋转到水平状态，产生推力使航行器进行高速飞行；
(5)重复步骤(1)-(4)即可实现航行器反复出入水空两栖航行。以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种实现空中-水下自主运动的两栖航行器，其特征在于：包括主体舱(1)，所述主体舱(1)尾端设置水平尾翼(2)和垂直尾翼(3)，所述主体舱(1)上还连接环形翼(4)，环形翼(4)两侧通过转轴(5)转动连接跨介质推进器(6)，所述跨介质推进器(6)包括安装驱动电机的轮毂定子(61)，轮毂定子(61)外侧通过定子支撑架(62)连接整流导管定子(63)，所述整流导管定子(63)连接转轴(5)，且所述轮毂定子(61)两端分别转动连接轮毂转子(64)和水下螺旋桨(65)，所述轮毂转子(64)外侧通过转子支撑架(66)连接整流导管转子(67)，所述整流导管转子(67)上连接空气螺旋桨叶片(68)，所述轮毂转子(64)还连接整流帽罩(69)，所述主体舱(1)内设置压载水舱。
2.根据权利要求1所述的实现空中-水下自主运动的两栖航行器，其特征在于：所述空气螺旋桨叶片(68)转动连接在整流导管转子(67)外侧设置的铰链支架(671)上，且整流导管转子(67)连接液压驱动缸(672)，所述液压驱动缸(672)驱动端转动连接连杆(681)，连杆(681)另一端转动连接空气螺旋桨叶片(68)，且连杆(681)通过导向杆连接在整流导管转子(67)上开设导轨上。
3.根据权利要求2所述的实现空中-水下自主运动的两栖航行器航行方法，包括以下步骤：
(1)空中飞行：此时跨介质推进器(6)处于水平状态，液压驱动缸(672)驱动端收缩，即可通过连杆(681)带动空气螺旋桨叶片(68)展开，轮毂定子(61)内的驱动电机带动轮毂转子(64)转动，轮毂转子(64)即可通过转子支撑架(66)带动整流导管转子(67)和其上的空气螺旋桨叶片(68)转动，且此时水下螺旋桨(65)不转动，空气螺旋桨叶片(68)转动产生的推力即可克服航行器飞行过程中的阻力，环形翼(4)产生的升力可以克服航行器自身的重力，垂直尾翼(3)和水平尾翼(2)通过配合可以实现对航行器飞行姿态的控制；
(2)降落潜水：航行器先飞行到近水面，通过转轴(5)带动跨介质推进器(6)转动到竖直向上，以提供向上的推力，在此状态使航行器平稳降落于水面，然后液压驱动缸(672)驱动端伸出，即可通过连杆(681)带动空气螺旋桨叶片(68)收缩至整流导管转子(67)和整流导管定子(63)表面，此时整流导管转子(67)和其上空气螺旋桨叶片(68)不再旋转，位于轮毂定子(61)内的驱动电机驱动水下螺旋桨(65)反转，同时压载水舱吸入压载水，在两者共同作用下使航行器快速入水；
(3)水下潜航：待航行器进入水下到一定深度后，通过转轴(5)可带动跨介质推进器(6)旋转到水平状态，位于轮毂定子(61)内的驱动电机驱动水下螺旋桨(65)正转，产生向后的推力，使航行器克服阻力向前运动，通过调节水平尾翼(2)使环形翼(4)产生负浮力，以确保航行器在水下航行时不上浮；
(4)出水起飞：航行器潜航至水面附近，待航行器上浮至水面后，通过转轴(5)可带动跨介质推进器(6)旋转到竖直状态，液压驱动缸(672)驱动端再次收缩，即可通过连杆(681)带动空气螺旋桨叶片(68)展开，此时水下螺旋桨(65)停止转动，整流导管转子(67)和其上空气螺旋桨叶片(68)开始转动，使航行器缓慢升空，待航行器上升到一定高度后，通过转轴(5)带动跨介质推进器(6)旋转到水平状态，产生推力使航行器进行高速飞行；
(5)重复(1)-(4)步骤即可实现航行器反复出入水空两栖航行。
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