CN109260675A - 一种手持式水下飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式水下飞行器，包括电池仓和推进器。推进器为至少两个、对称分布于电池仓两侧，并与电池仓连接。推进器的轴线与电池仓的轴线具有非平行的特殊设计，非平行的夹角使各个推进器在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消，并使得水下飞行器的运动保持平衡、可直线前进。推进器的轴线与电池仓轴线的非平行设计会产生极小的动力损耗，但是避免了水流冲击人体而造成的更大的动力损耗，整体提高了使用时水下飞行器在水中前进的推力；同时由于水不会冲击使用者面部，有效地防止了使用者呛水，令使用者更舒适且安全，整体使用体验有效提高。

Description

一种手持式水下飞行器

技术领域

本发明涉及水下推进设备领域，尤其涉及一种手持式水下飞行器。

背景技术

普通具有多个推进器的水下飞行器，推进器轴线相互平行，且推进器的轴线与水下飞行器运动的方向平行，而水下飞行器体积又比较小。此类产品使用时，推进器的螺旋桨喷水很容易喷射溅打到使用者的脸上或者身上，游泳初学者或者体型较宽的人，会更加明显，这样一方面损耗了很多推力，另一方面为了不让水冲击脸部、影响视线，就必须调整手臂或者身体的姿势，这样就一定程度的限制了身体的自由，会降低整体的体验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种手持式水下飞行器，以解决上述技术问题的至少一种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种手持式水下飞行器，包括电池仓和推进器；推进器为至少两个、对称分布于电池仓两侧，并与电池仓连接；推进器的轴线与电池仓的轴线具有非平行夹角的特殊设计。

本发明的有益效果是：推进器关于电池仓对称设置，可以保证本发明的平衡，维持水下飞行器的直线前进运动；通过将推进器的轴线与电池仓的轴线设置为具有一定夹角，当水下飞行器在水中前进时，推进器的出水与水下飞行器的运动方向有角度偏差，推进器的出水不会逆着水下飞行器的运动方向喷到使用者脸上或身上；且由于推进器的对称设置，各个推进器在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消，使得水下飞行器的运动保持平衡，且能直线前进；推进器的轴线与电池仓的轴线具一定夹角的设置产生很小的自然损耗，但是避免了水流冲击人体而造成的更大的动力损耗，提高了水下飞行器在水中前进的效率；同时由于水不会冲击使用者面部，有效地防止了使用者呛水，令使用者更舒适且安全，整体使用体验有效提高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，推进器的进水端偏向电池仓，夹角大于0°且小于45°。

采用上述进一步方案的有益效果是：推进器与电池仓的夹角不宜太大，夹角过大时，在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消时会产生较大的自然损耗，浪费能源。

进一步，夹角角度优选为0-10°，且最佳夹角为5°。

采用上述进一步方案的有益效果是：当推进器的轴线与电池仓的轴线为0-10°的夹角时相对于夹角大于10°且小于45°时，在本发明相同运行速度时，推进器能耗明显降低；推进器与电池仓的夹角为5°时，合理的减少了自然损耗，但是避免了水流冲击到人体而造成的更多的损耗，整体提高了使用时产品向前的推力。

进一步，推进器为两个，两个推进器之间通过浮力块连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：两个推进器之间通过浮力块连接，既能减小阻力，又能增加浮力，无需增加外部浮块，避免外部浮块设备坠入水中沉底丢失，降低设备成本，减少操作步骤。

进一步，浮力块设置在电池仓的前方，浮力块为中部向前凸出的弧形板。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将浮力块设置在电池仓的前方且浮力块为中部向前凸出的弧形板，浮力块可以起到在水下飞行器运动的过程中，凸出的弧形板有利用减小水下飞行器前进的阻力。

进一步，推进器和电池仓通过浮力桥连接，浮力桥上设有把手。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过浮力桥连接推进器和电池仓，而且浮力桥也起到了增加浮力的作用；浮力桥上设有把手，把手便于使用者手持水下飞行器，握持方便。

进一步，浮力桥包括平行设置的上浮力板和下浮力板，上浮力板的两端和下浮力板的两端均分别与两个推进器连接；电池仓的上端安装在上浮力板的下表面中部，下端安装在下浮力板的上表面中部；电池仓的两侧对称设有把手，把手的上端与上浮力板连接，把手的下端与下浮力板连接；其中一个把手上设有推进器开关，另一个把手上设有电源开关。

采用上述进一步方案的有益效果是：平行设置的上浮力板和下浮力板，不仅整体提高了水下飞行器的浮力，而且外形美观；电池仓安装在上浮力板和下浮力板的中部，保证了水下飞行器的平衡；电池仓的两侧对称设有把手，保证了水下飞行器的平衡；把手的上端与上浮力板连接，把手的下端与下浮力板连接，竖直设置的把手便于使用者手持，握持更方便舒适；其中一个把手上设有推进器开关，另一个把手上设有电源开关，推进器开关、电源开关设置在把手上，方便使用者操作。

进一步，浮力块、上浮力板、下浮力板和把手均为中空结构。

采用上述进一步方案的有益效果是浮力块、上浮力板、下浮力板和把手均为中空结构,中空结构增加了浮力，而且降低了水下飞行器的重量，降低成本。

进一步，推进器为可变速推进器，用于控制可变速推进器的档位调节开关设置在把手上或设置在电池仓的侧壁上，每个可变速推进器对应设有一个档位调节开关。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过档位调节开关，使用者可以自行控制可变速推进器的运动速度和方向。

进一步，还包括状态显示屏，状态显示屏设置在电池仓的外侧壁上，电池仓内的电源和推进器均与状态显示屏电路连接；状态显示屏用于显示电池仓内的电源和推进器的参数信息；

还包括压力传感器，压力传感器安装在电池仓的下侧前部；压力传感器与状态显示屏电路连接，状态显示屏用于显示压力传感器的检测数据；

还包括指示灯，指示灯设置在状态显示屏上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过压力传感器可有效测量运动速度及入水深度，可在状态显示屏上显示，当深度达到一定值是指示灯闪烁，提醒用户可能达到危险深度；状态显示屏可实时显示水下飞行器的信息。

附图说明

图1为本发明仰视图；

图2为本发明立体示意图；

图3为本发明控制示意图；

图4为实施例2中测试实验采用的简化模型示意图；

图5为实施例2中测试实验流场模型示意图；

图6a为夹角α为0°时模拟测试结果示意图；

图6b为夹角α为5°时模拟测试结果示意图；

图6c为夹角α为10°时模拟测试结果示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-推进器开关，2-电源开关，3-状态显示屏，4-右推进器本体，5-左推进器本体，6-浮力块，7-右把手，8-左把手，9-右推进筒，10-左推进筒，11-设备外接槽，12-电池仓，13-档位调节开关，13-压力传感器，15-上浮力板，16-下浮力板,17-动域,18-静域,19-人体仿真,20-推进器出水水流。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1和2所示，一种手持式水下飞行器，包括电池仓12和推进器，推进器为至少两个且关于电池仓12对称设置，并与电池仓12连接，推进器的轴线与电池仓12的轴线具有夹角。

本实施例的有益效果是：推进器关于电池仓12对称设置，可以保证本水下飞行器的平衡，维持水下飞行器的直线前进运动；通过将推进器的轴线与电池仓12的轴线设置为非平行夹角，当水下飞行器在水中前进时，推进器的出水与水下飞行器的运动方向具有一定的角度偏差，推进器的出水不会逆着水下飞行器的运动方向喷到使用者脸上或身上、阻碍视线或损耗动力，且由于推进器的对称设置，各个推进器在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消，使得水下飞行器的运动保持平衡，且能直线前进，推进器的轴线与电池仓12的轴线具有夹角的设置产生很小的自然损耗，但是避免了水流冲击人体而造成的更大的动力损耗，提高了使用时水下飞行器在水中前进的效率；同时由于水不会冲击使用者面部，有效地防止了使用者呛水，令使用者更舒适且安全，整体使用体验有效提高。

实施例2

如图1和2所示，一种手持式水下飞行器，包括电池仓12和推进器，推进器为至少两个且关于电池仓12对称设置，并与电池仓12连接，推进器的轴线与电池仓12的轴线具有夹角。

电池仓12内具有电源，电源通过电路与推进器连接，为推进器提供能量。

具体的，本实施例中，推进器为两个，左推进器和右推进器，推进器的进水端均偏向电池仓12，在另一些具体实施中，推进器可以为三个，三个推进器分别通过连接杆与电池仓12对称设置，推进器的进水端均偏向电池仓12，在还有一些具体实施例中，推进器为四个，电池仓12的两侧均分别连接有两个推进器，推进器的进水端均偏向电池仓12。

推进器包括推进器本体和推进筒，左推进器本体5安装在左推进筒10内，右推进器本体4安装在右推进筒9内。

具体的，两个推进器与电池仓12之间可以通过连接杆连接，本实施例中，优选的，推进器和电池仓12通过浮力桥连接，且在浮力桥上设有便于使用者握持的把手，通过浮力桥连接推进器和电池仓12，而且浮力桥也起到了增加浮力的作用；浮力桥上设有把手，把手便于使用者手持水下飞行器，握持方便。

推进器关于电池仓12对称设置，可以保证本发明的平衡，维持水下飞行器的直线前进运动；通过将推进器的轴线与电池仓12的轴线设置为具有夹角，当水下飞行器在水中前进时，推进器的出水与水下飞行器的运动方向具有一定的夹角，推进器的出水不会逆着水下飞行器的运动方向喷到使用者脸上或身上，且由于推进器的对称设置，各个推进器在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消，使得水下飞行器的运动保持平衡，且能直线前进，推进器的轴线与电池仓12的轴线具有夹角的设置产生很小的自然损耗，但是避免了水流冲击人体而造成的更大的动力损耗，提高了使用时水下飞行器在水中前进的效率；同时由于水不会冲击使用者面部，有效地防止了使用者呛水，令使用者更舒适且安全，整体使用体验有效提高。

具体的，推进器的轴线与电池仓12轴线的夹角为α，0°<α<45°，最佳夹角为5°，推进器与电池仓12的夹角不宜太大，夹角过大时，在非水下飞行器的运动方向上的产生的分力相互抵消时会产生较大的自然损耗，浪费能源。

夹角α角度优选为0-10°，且最佳夹角α为5°，当推进器的轴线与电池仓的轴线为0-10°的夹角时相对于夹角大于10°且小于45°时，在本发明相同运行速度时，推进器能耗明显降低；推进器与电池仓12的夹角为5°时，合理的减少了自然损耗，但是避免了水打到人身上而造成的更多的损耗，整体提高了人在使用的时候的推力。

进一步，两个推进器之间通过浮力块6连接，既能减小阻力，又能增加浮力，无需增加外部浮块，避免外部浮块设备坠入水中沉底丢失，降低设备成本，减少操作步骤，现有技术中，一般需要另行增加外部浮块来提高浮力。

优选的，如图1所示，浮力块6设置在电池仓12的前方，浮力块6为中部向前凸出的弧形板，浮力块6整体呈V形，弯折处朝前。通过将浮力块6设置在电池仓12的前方且浮力块6为中部向前凸出的弧形板，浮力块6可以起到在水下飞行器运动的过程中，凸出的弧形板有利用减小水下飞行器前进的阻力。

如图1和2所示，浮力桥包括平行设置的上浮力板15和下浮力板16，上浮力板15的两端和下浮力板16的两端均分别与两个推进器连接；电池仓12的上端安装在上浮力板15的下表面中部，下端安装在下浮力板16的上表面中部；电池仓12的两侧对称设有把手，具体的，本实施例中包括左把手8和右把手7，把手的上端与上浮力板15连接，把手的下端与下浮力板16连接；其中一个把手上设有推进器开关1，另一个把手上设有电源开关2。

可以理解的是，平行设置的上浮力板15和下浮力板16，不仅整体提高了水下飞行器的浮力，而且外形美观；电池仓12安装在上浮力板15和下浮力板16的中部，保证了水下飞行器的平衡；电池仓12的两侧对称设有把手，保证了水下飞行器的平衡；把手的上端与上浮力板15连接，把手的下端与下浮力板16连接，竖直设置的把手便于使用者手持，握持更方便舒适；其中一个把手上设有推进器开关1，另一个把手上设有电源开关2，推进器开关1、电源开关2设置在把手上，方便使用者操作。

优选的，浮力块6、上浮力板15、下浮力板16和把手均为中空结构。中空结构增加了浮力，而且降低了水下飞行器的重量，降低成本,而且中空的结构便于电路的走线排布。

优选的，推进器为可变速推进器，用于控制可变速推进器的档位调节开关13设置在把手上或设置在电池仓12的侧壁上，每个可变速推进器对应设有一个档位调节开关13。

具体的，推进器为可变速螺旋桨推进器，推进器的可变速调节为现有技术，本领域技术人员可直接购买可变速推进器，也可以根据本领域的常识实现推进器的可变速。

可以理解的是，通过档位调节开关13，使用者可以自行控制可变速推进器的运动速度和方向。

如图1所示，还包括状态显示屏3，状态显示屏3设置在电池仓12的外侧壁上，便于使用者观察，电池仓12内的电源和推进器均与状态显示屏3电路连接；状态显示屏3用于显示电池仓12内的电源和推进器的参数信息；

如图2所示还包括压力传感器13，压力传感器13安装在电池仓12的下侧前部；压力传感器13与状态显示屏3电路连接，状态显示屏3用于显示压力传感器13的检测数据；在一些实施例中，水下飞行器没有安装浮力块6，则压力传感器13直接安装在电池仓12的下侧前部；在另一些实施例中，水下飞行器安装有浮力块6，电池仓12的前端与浮力块6连接，压力传感器13直接安装在电池仓12的下侧前部且在浮力块6的外部，便于压力传感器13的检测。

还包括指示灯，指示灯设置在状态显示屏3上。可以理解的是，通过压力传感器13可有效测量运动速度及入水深度，可在状态显示屏3上显示，当深度达到一定值是指示灯闪烁，提醒用户可能达到危险深度；状态显示屏3可实时显示水下飞行器的信息。

电池仓下侧壁安装有设备外接槽11，用于将外部设备安装在电池仓上，使得水下飞行器可以搭载其它设备。

如图3所示，压力传感器13：与微控制芯片(以下简称MCU)通过排线连接，排线兼顾传输电力和数据，由MCU向传感器发送读指令来读取传感器内部数据，并完成相关运算得出所需数据；

其他传感器：水下飞行器机体内控制板上搭载，不需要外部线路连接，在MCU内完成数据的读取和运算(如电量)；

状态显示屏3：与控制板的MCU通过排线连接，排线兼顾传输电力和数据，由MCU控制显示屏上所显示的内容，包括但不限于所得到的传感器数值(如品牌LOGO)；

螺旋桨推进器：与MCU之间通过螺旋桨控制器来连接(螺旋桨控制器归至螺旋桨类别内)，由电池直接进行电力供应，螺旋桨转速直接受MCU所得用户输入档位指令控制(不同档位可产生不同转速，从而产生不同的推力)；

调速和开关:开关和调速均由密封舱(电池仓12)外磁性体所在不同位置来控制。密封舱(电池仓12)内的磁性感应元件可感应外部磁性体的不同位置，从而产生相应的信号给MCU，达到用户对水下飞行器输入开关和调速指令的目的。

整体：用户通过外部的磁性开关来控制机体的电源开关2状态和转速情况(此为人机之间的输入)，显示屏可显示(由MCU控制)本次运行时的所处环境信息(由MCU控制传感器获得)及机体状态信息(此为人机之间的输出)，完成人机之间的交互过程。

显然，水下飞行器具有防水性和密封性，本领域技术人员可以根据实际需要进行密封防水设置，不需要付出创造性劳动，在此就不再进行说明。

本实施例的有益效果是；本实施例具有实施例1的全部有益效果，同时全封闭浮力设计，两个推进筒之间设计有浮力块6、上浮力板15和下浮力板16，既能减小阻力，又能增加浮力，无需增加外部浮块，避免设备坠入水中沉底丢失，降低设备成本，减少操作步骤；推进器的速度可通过档位调节，并设有压力传感器13可有效测量运动速度及入水深度，可在状态显示屏3上显示，当深度达到一定值是指示灯闪烁，提醒用户可能达到危险深度；状态显示屏3可显示设备工作状态，包括电压、电流、速度、深度、电量等，出现异常会根据指示灯闪烁发出警报。

本发明所述的手持式水下飞行器产生了显著的有益效果，上面详细说明了本发明的结构，下面通过试验数据说明推进器的轴线与电池仓12轴线的夹角α对本发明的影响。

夹角α对推进器的工作效率会有一定的影响，因此，为了使推进器达到更好的工作效果，需要测试夹角α与推进器工作效率之间的关系。

由于夹角α在大于10°且小于45°时，在本发明相同运行速度时，推进器能耗明显降低，本次实验主要测试0-10°的夹角的数据并进行分析。

以下测试时两推进器的轴心距离为471.06mm(该距离为两推进器轴心距离)。由于仿真实验采用简化模型，为减小简化模型与原模型之间的差别带来的影响，实验测试的夹角α取0°、5°、10°三个值。

实验采用的本发明简化模型示意图4所示。

流场模型图5所示。其中两个动域取两个推进器导流罩内的区域，为两个底面半径分别为51.5mm、48.5mm，高为102mm的圆台体，与导流罩形状相适应。动域18的转速为3000rpm，旋转轴为动域的轴线。静域17取半径为600mm，高为2700mm的圆柱，仿真人体19在静域17内模拟人体双手手持本发明。

仿真流场的初始条件设定为：inlet面(进水面)水流流速为1m/s；动域旋转速度为3000rpm，旋转原点为动域中心坐标，旋转轴方向与动域中轴方向相同。

测试结果如图6a、图6b和图6c所示，测试结果为，图6a中，所成夹角为0°时，推进器出水水流20与仿真人体19有重合，即由推进器射出的水流会打到人体上，进而影响流域内的速度；而当所成夹角为5°或10°时，由推进器射出的水流不会打到人体上，但是当夹角为10°时行进方向上的速度损失则过大，因而当推进器角度为5°时是最合适的。

桨叶受力数据如下所示：

夹角α	0°	5°	10°
				桨叶受力(左)	42.7126N	55.0803N	40.1476N
桨叶受力(右)	41.8660N	54.5863N	40.0178N
				桨叶受力(左右均值)	42.2893N	54.8333N	40.0827N

从上述数据中可看出当夹角α为5°时，左右桨叶受力均为最大值，此时推进器能产生最大推力，此时的夹角为最优夹角。

仿真中得到的流场水流速度如下所示：

由仿真结果可以看出，静域的平均y轴方向速度在5°时是最大的。

从上述数据可看出当夹角α为5°时，推进器在前进过程中的速度达到最大值，此时的夹角为最优夹角。

综上所述，推进器的轴线与电池仓12轴线的夹角α的最佳角度为5°。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种手持式水下飞行器，其特征在于，包括电池仓和推进器，所述推进器为至少两个且关于所述电池仓对称设置，并与所述电池仓连接，所述推进器的轴线与所述电池仓的轴线具有夹角。

2.根据权利要求1所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述推进器的进水端偏向所述电池仓，所述夹角大于0°且小于45°。

3.根据权利要求2所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述夹角为5°。

4.根据权利要求1至3任一项所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述推进器为两个，两个所述推进器之间通过浮力块连接。

5.根据权利要求4所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述浮力块设置在所述电池仓的前方，所述浮力块为中部向前凸出的弧形板。

6.根据权利要求4所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述推进器和所述电池仓通过浮力桥连接，所述浮力桥上设有把手。

7.根据权利要求6所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述浮力桥包括平行设置的上浮力板和下浮力板，所述上浮力板的两端和所述下浮力板的两端均分别与两个所述推进器连接；所述电池仓的上端安装在所述上浮力板的下表面中部，下端安装在所述下浮力板的上表面中部；所述电池仓的两侧对称设有所述把手，所述把手的上端与所述上浮力板连接，所述把手的下端与所述下浮力板连接；其中一个所述把手上设有推进器开关，另一个所述把手上设有电源开关。

8.根据权利要求6所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述浮力块、所述上浮力板、所述下浮力板和所述把手均为中空结构。

9.根据权利要求7所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，所述推进器为可变速推进器，用于控制所述可变速推进器的档位调节开关设置在所述把手上或设置在所述电池仓的侧壁上，每个所述可变速推进器对应设有一个所述档位调节开关。

10.根据权利要求1所述一种手持式水下飞行器，其特征在于，还包括状态显示屏，所述状态显示屏设置在所述电池仓的外侧壁上，所述电池仓内的电源和所述推进器均与所述状态显示屏电路连接；所述状态显示屏用于显示所述电池仓内的电源和所述推进器的参数信息；

还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述电池仓的下侧前部；所述压力传感器与所述状态显示屏电路连接，所述状态显示屏用于显示所述压力传感器的检测数据；

还包括指示灯，所述指示灯设置在所述状态显示屏上。