CN108556578A - 一种海空两栖双旋翼无人航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海空两栖双旋翼无人航行器，属于运载器技术领域，包括无人航行器艇体、探测侦查设备和控制系统，艇体由包括艇身和艇翼，艇身分割密封为上下两舱室，上舱室的前部是上云台，后部安装电池组和控制系统，下舱室设有下云台、储水舱和尾舱；尾舱有水泵和无刷电机；艇身下部纵向连接一片体，艇身中部两侧布置两个侧面云台；艇翼上的螺旋桨与无刷电机连接，无刷电机与艇翼以可旋转的支撑框架连接，可旋转支撑框架通过传动轴与轴电机与艇翼相连，艇翼后有两舵翼。本发明可实现无人航行器在水下、水面和低空两栖状态下的快速转换，也可在两栖状态下原地转向，并能有效改善在水面航行中的操纵性和耐波性，同时可以预定航速在水下定深航行。

Description

一种海空两栖双旋翼无人航行器

技术领域

本发明属于运载器技术领域，具体涉及一种可用于水下、水面和低空侦查、巡逻和监测的海空两栖双旋翼无人航行器。

背景技术

海空两栖双旋翼无人航行器是一种可以在水下、水面和空中通过遥控或自主模式航行，执行某种或多种使命的无人运载云台。该航行器艇体表面可涂有多种隐身材料，加之体积小巧，可借助海浪、岛礁等近岸复杂环境的掩护，能隐蔽地潜伏在高危险水域长时间执行ISR、精确打击、反潜等多种任务，但是目前的无人航行器艇型或无人机机型多针对特定环境，航行状态单一，比如无人潜艇、水面无人艇和水上无人机，并且此类无人航行器在遇到复杂多变的工作环境时，往往失去优势，不利于实现综合作业任务。

传统的海空两栖艇主要是地效应船和水上飞机，但由于地效翼船属于高速大型船只，而且在低速时它无法脱离水面，不适合用作监测作业的小型无人航行器。水上飞机虽然可以实现水面起降，但其机身重心高，耐波性能和水面航行性能较差，造价和维护费用也很高，且上述各运载器只能在两栖状态下进行作业，不能同时满足水下、水面和空中的作业任务。

一些传统的海空两栖无人航行器虽然能同时满足水下、水面和空中的作业任务，但不能实现两栖状态下的快速转换，不能满足在水下以预定航速定深航行。另外，传统的海空两栖航行器在水下和水面航行时，通常采用单一螺旋桨推进，并依赖于舵实现转向，不仅增大了回转半径，还增大了艇体重量，不利于飞行。且在低空航行时，多采用四个螺旋桨来提供升力，再用额外的螺旋桨来提供前进和转向的推力，不仅结构复杂，重量增加，不利于起飞，而且效率也较低。

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种海空两栖双旋翼无人航行器，该无人航行器不仅可以在水下、水面和空中两栖状态下快速转换和在水下高速定深航行，而且能在两栖状态下原地转向，运动灵活，且结构紧凑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于水下、水面和低空侦查、巡逻和监测的海空两栖双旋翼无人航行器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种海空两栖双旋翼无人航行器，包括无人航行器艇体、探测侦查设备和控制系统，所述的无人航行器艇体包括艇身1、艇翼2及尾部螺旋桨9；所述的艇身1密封分割为上舱室22和下舱室23，所述的上舱室22的前部为上云台13，后部安装电池组与控制系统；所述的下舱室23设有下云台14、储水舱28和尾舱24，所述的尾舱24中安装有水泵17和尾部无刷电机19，所述水泵17的进水管18密封连接在艇尾的进水口，出水管16密封连接储水舱28下部的入水口，所述的艇身下部纵向连接一片体；所述的艇身中部两侧对称布置有侧面云台；所述的艇翼2对称分布在艇身两侧，艇翼2上安装有螺旋桨6，螺旋桨6与无刷电机7连接；所述的无刷电机7与艇翼2之间通过可旋转的支撑框架8连接，支撑框架8在艇宽方向的外端通过轴承与艇翼2连接，内端与传动轴相连，所述的传动轴中部与轴电机20连接；所述的艇翼2尾后端安装有舵翼29，所述的舵翼29通过传动轴与舵翼电机30相连；所述的探测侦查设备安装于艇身的上云台3、下云台14及侧面云台中。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇身1底部安装有减摇板5。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇翼2与艇身1水平相连，艇翼2对称分布在艇身1两侧的中部偏上位置。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇身1两侧分布的艇翼2上安装的螺旋桨6转速相反。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的探测侦查设备包括声呐和高清摄像头。

优选的，所述的高清摄像头采用可旋转式摄像头，并做增稳防抖设计，分别安装于上云台13及下云台14中；所述的声呐采用多波束声呐，安装于下云台14及侧面云台中。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的尾部螺旋桨9连接无刷电机，转向相反。

优选的，所述的无人航行器艇体材料使用碳纤维或铝合金等轻质材料。

优选的，所述的无人航行器艇体使用防水材料。

优选的，所述的无人航行器艇体外侧喷涂防水和隐身材料。

本发明的有益效果在于：本发明公开的一种海空两栖双旋翼无人航行器，结构紧凑，不仅能实现在水下、水面和空中两栖状态下的快速转换，而且能在两栖状态下原地转向，具有环境适应能力强、隐蔽性好和机动性高的优点。

通过艇身尾舱内水泵的作用，可使无人航行器下潜到水下或上升至水面；通过控制尾部的两个螺旋桨的转速和转向，可实现无人航行器在水下和水面的原地转向；通过控制艇翼上两螺旋桨的转速和转向，可使无人航行器从水面航行状态转变为低空飞行状态，同时也可实现在空中的原地转向和在水面的减摇，通过控制两个舵翼可以实现无人航行器在水下高速定深航行。

附图说明

图1为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器的主视图；

图2为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器的俯视图；

图3为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器的左视图；

图4为图2中海空两栖双旋翼无人航行器艇身的A-A剖面图；

图5为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器的艇翼与螺旋桨的连接示意图；

图6为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器两侧艇翼上的螺旋桨之间的连接示意图；

图7为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器两侧艇翼上的舵翼之间的连接示意图；

图8为本发明中海空两栖双旋翼无人航行器中尾舱的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

结合图1至图3，本发明公开了一种海空两栖双旋翼无人航行器，包括无人航行器艇体、探测侦查设备和控制系统，所述的无人航行器艇体包括艇身1、艇翼2及尾部螺旋桨9；所述的艇身1密封分割为上舱室22和下舱室23，所述的上舱室22的前部为上云台13，后部安装电池组与控制系统；所述的下舱室23设有下云台14、储水舱28和尾舱24，所述的尾舱24中安装有水泵17和尾部无刷电机19，所述水泵17的进水管18密封连接在艇尾的进水口，出水管16密封连接储水舱28下部的入水口，所述的艇身下部纵向连接一片体；所述的艇身中部两侧对称布置有侧面云台；所述的艇翼2对称分布在艇身两侧，艇翼2上安装有螺旋桨6，螺旋桨6与无刷电机7连接；所述的无刷电机7与艇翼2之间通过可旋转的支撑框架8连接，结合图6，支撑框架8在艇宽方向的外端通过轴承与艇翼2连接，内端与传动轴相连，所述的传动轴中部与轴电机20连接；所述的艇翼2尾后端安装有舵翼29，结合图7，所述的舵翼29通过传动轴与舵翼电机30相连；所述的探测侦查设备安装于艇身的上云台3、下云台14及侧面云台中。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇身1底部安装有减摇板5。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇翼2与艇身1水平相连，艇翼2对称分布在艇身1两侧的中部偏上位置。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的艇身1两侧分布的艇翼2上安装的螺旋桨6转速相反。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的探测侦查设备包括声呐和高清摄像头。

优选的，所述的高清摄像头采用可旋转式摄像头，并做增稳防抖设计，分别安装于上云台13及下云台14中；所述的声呐采用多波束声呐，安装于下云台14及侧面云台中。

对于一种海空两栖双旋翼无人航行器，所述的尾部螺旋桨9连接无刷电机，转向相反。

优选的，所述的无人航行器艇体材料使用碳纤维或铝合金等轻质材料。

优选的，所述的无人航行器艇体使用防水材料。

优选的，所述的无人航行器艇体外侧喷涂防水和隐身材料。

具体的实现方式通过以下技术方案实现：

本发明包括艇身1，固定水平连接于艇身1两侧中部偏上的艇翼2，两艇翼2相对于艇身1左右对称布置，艇翼2位于艇身1中部偏上，可使无人航行器在水面航行时减少艇翼2与水面的接触，降低阻力，保持航向稳定；艇翼2水平布置，可使无人航行器在水下航行时不会因艇翼2产生的上下不对称的升力出现预期外的上浮或下潜力矩。艇身1中纵剖面的下部安装有减摇板5，可减少无人航行器在水面和水下航行时的横摇，有利于航向的保持；

艇身1尾部布置有两个于艇身1中线面对称的螺旋桨9，螺旋桨9在水面和水下为无人航行器提供推力，并且可以通过分别控制两个螺旋桨9的转速和转向实现无人航行器在水面和水下的小半径回转；艇翼2的中部安装有为无人航行器从水面航行状态转换到低空飞行状态提供升力的螺旋桨6，并且两个螺旋桨6于艇身1的中线面对称布置；艇翼2的后部安装有舵翼29，通过分别控制两舵翼转角，实现无人航行器在水下和空中高速航行时深度和高度调节。

如图4所示，艇身1内部通过纵向水平的中间密封板12将艇身分割为上舱室22和下舱室23，上舱室前部通过25上前密封板、26上后密封板、13上云台和透明的上云台罩3共同构成了上云台水密空间，上云台空间安装高清摄像头，用于无人航行器在水面和低空航行时的侦查；下舱室前部通过27下前密封板、15下后密封板、14下云台和透明的下云台罩4构成一个水密的下云台空间，下云台空间安装高清摄像头和多波束声呐，高清摄像头用于无人航行器在水面和低空航行时的侦查，多波束声呐用于在水下航行时的探测任务；在下舱室23偏后部两舷侧的底部每侧各设有一个侧面云台11，侧面云台11内装有多波束侧扫声呐，用于无人航行器在水下航行时的探测；结合图8，下舱室后部通过后密封板10、中间密封板12与艇尾构成了尾舱24，尾舱内安装进水管18、水泵17、出水管16和无刷电机19，水泵的进水管18密封连接在艇尾的进水口，出水管16密封连接储水舱28下部的入水口。

如图5所示，艇翼2上的两个螺旋桨6转向相反，用于抵消两个桨转动时的扭矩；如图6所示，螺旋桨可以通过支撑框架8绕轴21在-30°～30°的范围内旋转，来提供艇体在低空飞行时前进和后退的推力，选定的无刷电机7的型号、功率和转速相同，两个螺旋桨也相同；艇尾后的两个螺旋桨9转向相反，用于抵消两个桨转动时的扭矩，选定的无刷电机19的型号、功率和转速相同，两个螺旋桨也相同；

艇身1、艇翼2、螺旋桨6和减摇板5均采用碳纤维复合材料或铝合金等轻质材料制成，连接处或整个艇体的蒙皮由碳纤维环氧树脂糊制成，形成一个水密的全封闭的艇体，艇体内空余部分填充轻质浮性材料，增大艇的储备浮力。

本发明的工作过程如下：

接通电源，开启系统，所有操作指令可由遥控器直接发出也可通过无人航行器自身的控制系统进行控制，包括三种实施例：

实施例1

水下航行模式

水泵17启动，将水从艇外通过进水管18抽进储水舱23，随着储水舱的水不断增加，艇的自重增加，浮力减小，艇体下沉，直至艇体下潜到指定的水深时，水泵17停止工作，艇体悬浮于指定的深度；当无人航行器高速航行时，通过控制两舵翼29的转角调节航行深度；当螺旋桨9都以相同转速向后推水时，并配合以控制两舵翼29转角，可使艇在预定深度沿直线航行；当需要向一侧小角度调节航向时，可减小该侧螺旋桨的转速；当需要小半径回转或原地转向时，可改变一侧的螺旋桨转向；当艇需要紧急上浮或下潜时，可以通过控制水泵17工作的同时，控制螺旋桨6的旋转来辅助实现。

实施例2

水面航行模式

水泵17启动，将水从储水舱23通过出水管16排出艇外，随着储水舱的水不断减少，艇的自重减轻，艇体上浮，直至达到指定的吃水时，水泵17停止工作，当螺旋桨9都以相同转速向后推水时，艇沿直线航行，当需要向一侧小角度调节航向时，可减小该侧螺旋桨的转速，当需要小半径回转或原地转向时，可改变一侧的螺旋桨转向；当艇体的横摇较剧烈时，可以通过控制螺旋桨6的不对称的旋转实现减摇；当传感器检测到有较大的波浪或不可绕行的障碍时，螺旋桨6立即启动将艇体抬离水面。

实施例3

低空飞行模式

水泵17启动，将水从储水舱完全排出艇外，同时启动无刷电机7带动螺旋桨6转动产生升力，实现无人航行器垂直起飞，为保证艇体的基本飞行速度，依靠无人航行器的闭环控制装置，通过控制轴电机20来调整螺旋桨6的水平旋转角度，旋转角度越大，速度越大；高速航行时，配合以控制两舵翼29的转角，可实现飞行高度的调节；通过控制螺旋桨6的转速，产生不对称的水平扭矩，可以实现无人航行器飞行时的转向。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海空两栖双旋翼无人航行器，包括无人航行器艇体、探测侦查设备和控制系统，其特征在于：所述的无人航行器艇体包括艇身(1)、艇翼(2)及尾部螺旋桨(9)；所述的艇身(1)密封分割为上舱室(22)和下舱室(23)，所述的上舱室(22)的前部为上云台(13)，后部安装电池组与控制系统；所述的下舱室(23)设有下云台(14)、储水舱(28)和尾舱(24)，所述的尾舱(24)中安装有水泵(17)和尾部无刷电机(19)，所述水泵(17)的进水管(18)密封连接在艇尾的进水口，出水管(16)密封连接储水舱(28)下部的入水口，所述的艇身下部纵向连接一片体；所述的艇身中部两侧对称布置有侧面云台；所述的艇翼(2)对称分布在艇身两侧，艇翼(2)上安装有螺旋桨(6)，螺旋桨(6)与无刷电机(7)连接；所述的无刷电机(7)与艇翼(2)之间通过可旋转的支撑框架(8)连接，支撑框架(8)在艇宽方向的外端通过轴承与艇翼(2)连接，内端与传动轴相连，所述的传动轴中部与轴电机(20)连接；所述的艇翼(2)尾后端安装有舵翼(29)，所述的舵翼(29)通过传动轴与舵翼电机(30)相连；所述的探测侦查设备安装于艇身的上云台(3)、下云台(14)及侧面云台中。

2.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的艇身(1)底部安装有减摇板(5)。

3.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的艇翼(2)与艇身(1)水平相连，艇翼(2)对称分布在艇身(1)两侧的中部偏上位置。

4.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的艇身(1)两侧分布的艇翼(2)上安装的螺旋桨(6)转速相反。

5.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的探测侦查设备包括声呐和高清摄像头。

6.根据权利要求5所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的高清摄像头采用可旋转式摄像头，并做增稳防抖设计，分别安装于上云台(13)及下云台(14)中；所述的声呐采用多波束声呐，安装于下云台(14)及侧面云台中。

7.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的尾部螺旋桨(9)连接无刷电机，转向相反。

8.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的无人航行器艇体材料使用碳纤维或铝合金等轻质材料。

9.根据权利要求1所述的一种海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的无人航行器艇体使用防水材料。

10.根据权利要求1所述的海空两栖双旋翼无人航行器，其特征在于：所述的无人航行器艇体外侧喷涂防水和隐身材料。