CN109606042A - 一种水陆空三栖交通工具 - Google Patents

Abstract

一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，包括主体内部的控制系统、主体上方可折叠的飞行器动力系统、主体内的水陆动力系统、主体内连接控制系统的储能室、主体中心的驾驶及乘坐室。本发明的优点：乘坐该交通工具就能实现海陆空无障碍行驶，实用并且方便。采用可折叠倾斜翼飞行器可以垂直起降，可调节转向的螺旋桨使得可以高速飞行，停放或者陆地行驶时，折叠的机翼无疑减小了占地面积。还可以利用风能发电，提高了续航能力。

Description

一种水陆空三栖交通工具

技术领域

本发明是一种新型的交通工具，具体涉及一种水陆空三栖交通工具。

背景技术

信息和物质是与我们最紧密接触以及强烈需求的东西，现如今信息已经可以做到光速传输，这样，物质运输就成为限制经济发展的一重大因素。

城市的高速发展，导致人口密集，交通拥堵成为常态，所以立体化多交通路线将成为未来交通的发展方向。也就需要多功能可以飞行的车辆。

无论是家庭出游还是用于搜救，都希望有一种可以适用于全地形的交通工具，方便且实用。

面对以上等现如今的问题，水陆空三栖交通工具无疑是一种可行的方案。目前也有很多汽车厂商发布了很多概念的三栖车，也有些生产出了实体，但却都没能量化生产，投入运营。是由于成本昂贵，能承担的消费者较少，续航里程短，很难满足长距离行驶等问题。

所以，装有利用风能发电的装置，实现边走边发电，停下来也可以发电。提高了续航里程，节能环保。水陆行驶采用多用叶片轮，一种装置可以满足两种功能，降低了成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种水陆空三栖交通工具。

本发明的技术方案如下：一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，包括主体内部的控制系统、主体上方可折叠的飞行器动力系统、主体内的水陆动力系统、主体内连接控制系统的储能室、主体中心的驾驶及乘坐室；

所述的飞行器动力系统包括正螺旋桨两个，反螺旋桨两个、飞行器动力电机四个、螺旋桨内架四个，螺旋桨机翼外架两组，减速步进电机四个，传动齿轮多个、转向器外壳四个、转动轴四个；螺旋桨通过固定装置与主体连接，飞行器动力电机的底座安装在螺旋桨内架上，每一组螺旋桨机翼外架上安装两个螺旋桨内架，转向器外壳安装在螺旋桨外架机翼上，螺旋桨外架机翼组通过两个转动轴安装在机体上，飞行器电机线与转向电机通过螺旋桨内架内部经过外架内部连接到设备内的控制系统及储能室；

所述的水陆动力系统包括4个相同的组合式叶片轮，设置在底部四角，每个组合式叶片轮包括轮胎、轮毂、涡轮叶片组、外万向节、内万向节、外轴、内轴、动力输出半轴、小型发电机、减速步进电机、限位调节器、传动直齿和机械密封组；轮胎内两侧均设轮毂，两个轮毂之间通过内轴连接，涡轮叶片组同转动轴安装在轮胎与外轮毂内部，且相互之间可以相互无影响转动，涡轮叶片组中心的外轴向外延伸为外轴外部分，外轴外部分通过外万向节连接内万向节，外轴套设在内轴外壁，内万向节和外万向节球心重合相互咬合，外轴在主体内外交界处设有机械密封，内轴的端部设齿轮三，外轴的端部设齿轮五，外轴上还套设有齿轮四，齿轮四通过齿轮六连接到小型发电机上的齿轮七，外轴上的齿轮五与内轴上的齿轮三可以分别与传动轴内的内齿轮啮合，内齿轮可与齿轮三或齿轮五形成啮合套，内齿轮可以在传动轴一定位置滑动，调节限位器由两个圆锥压力轴承安装在限位结构上，其中调节限位器与传动直齿咬合，小型发电机与外轴通过齿轮四、齿轮五、齿轮六相连，减速步进电机轴上安装有齿轮八，齿轮八与传动直齿啮合，使得控制减速步进电机就可以调节调节限位器与小型发电机的位置；

所述储能室放在下底盘，以使得重心下降，提高稳定性，所述的储能室包括动力电池组，储能电池，油箱，也就是说本发明可以作为混合动力的交通工具；

所述驾驶及乘坐室位于设备的中间位置，具有较大空间。

正螺旋桨和反螺旋桨在安装时，螺旋桨外架机翼上斜对角对应的相同的螺旋桨，正螺旋桨和反螺旋桨转动中心距离飞行器中心距离一样，这样的对称分布才能使得螺旋桨转动时的反转矩相互抵消掉。

转向器外壳内部安装有减速步进电机，减速步进电机输出轴上安装有齿轮一，螺旋桨内架两侧的轴较长，通过螺旋桨机翼外架的圆孔伸出，圆孔处安装有轴承，轴承伸出部分的轴安装有传动齿轮二，并与减速电机上的齿轮一啮合，转向器外壳安装在螺旋桨机翼外架上。这样，通过减速电机的转动可以带动降螺旋桨内架沿轴线方向转动，通过控制系统调解减速步进电机一就可以调解螺旋桨与飞行器动力电机部分的角度，以满足调整螺旋桨的方向。

飞行器的旋翼部分的折叠和伸展完全依靠螺旋桨动力驱动，设计的这种特殊结构能够保证螺旋桨机翼外架在竖直向下折叠与水平向外展开这90°的范围内转动，气流对螺旋桨的作用力始终与螺旋桨的平面垂直，并且向外侧。

所述螺旋桨机翼外架展开时截面部分为中间部分上面突起，下面凹进去的流线型结构，模仿了鸟的翅膀，根据伯努利原理，快速飞行时，上面气体流速大，下面气体流速小，上下表面形成压力差，气体对机翼产生向上的压力，为飞行器提供向上的升力。

内轴接内轴延伸杆，内轴延伸杆通过内万向轴连接内轴连接杆。外轴接外轴延伸杆，外轴延伸杆通过外万向轴连接外轴连接杆。

所述涡轮叶片组为多组涡轮叶扇并排安装在一起，涡轮叶扇外侧为叶片加固环，可以提高工作效率，增强动力。

使用原理：飞行时，采用四旋翼可折叠倾斜翼飞行器，可以垂直起降，调整飞行器螺旋桨的方向使得可以高速飞行。陆地行驶时，控制经差速器输出的动力轴将动力传输到内轴，内轴通过内万向节与轮胎、外轮毂相连，这样就可以将动力直接传动到外轮毂与轮胎上，控制轮胎与外轮毂转动，设备向前行驶。水中行驶时，控制动力轴将动力传输到外轴上，外轴通过外万向节与涡轮叶片组连接，这样，就将动力传输到涡轮叶片组上，控制涡轮叶片转动，设备侧向行驶。并且在螺旋桨叶片与涡轮叶片组不工作时，可以利用风能发电，将电能储存在电池组内。

本发明的优点：乘坐该交通工具就能实现海陆空无障碍行驶，实用并且方便。采用可折叠倾斜翼飞行器可以垂直起降，可调节转向的螺旋桨使得可以高速飞行，停放或者陆地行驶时，折叠的机翼无疑减小了占地面积。还可以利用风能发电，提高了续航能力。特别适用于作为未来一种私人的交通工具，无视地形直接到达目的地，并且没有飞行地点的限制，节能，环保。未来可能会成为出游的首选工具。储能室包括动力电池组，储能电池，油箱，也就是说本发明可以作为混合动力的交通工具。驾驶及乘坐室位于设备的中间位置，具有较大空间。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明机翼展开时，即垂直起降的状态；

图2是本发明机翼折叠时，即水、陆行驶时的状态；

图3是本发明高速飞行时螺旋桨转向后的状态；

图4是本发明飞行器动力系统的螺旋桨内架；

图5是本发明飞行器动力系统的螺旋桨机翼外架；

图6是本发明飞行器部分示意图；

图7是本发明飞行器部分局部放大图；

图8是本发明转向器局部放大图；

图9是本发明螺旋桨展开时的示意图；

图10是本发明机翼折叠示意图；

图11是本发明机翼折叠是局部剖视图；

图12是本发明螺旋桨转向结构图；

图13是本发明水陆动力系统局部放大图；

图14是本发明水陆动力系统局部拆分结构图；

图15是本发明涡轮叶片组的叶片部分结构图；

图16是本发明水陆切换机构拆分图；

图17是本发明调节限位器；

图18是本发明水陆动力系统局部放大图；

图19是本发明陆地行驶时的局部结构图；

图20是本发明在水中行驶时的局部结构图。

图中：

飞行器动力系统 100

飞行器动力电机 110 螺旋桨 120

螺旋桨内架 130 螺旋桨机翼外架 140

转向器 150

转向器外壳 151 减速步进电机一 152

齿轮一 153 传动齿轮二 154

机体 160

水陆动力系统 200

组合式叶片轮 210

外轮毂 211 轮胎 212

叶片加固环 213

万向节 220

外万向节 221 内万向节 222

内轴 230

内轴延伸杆 231 内轴连接杆 232

外轴 240

外轴延伸杆 241 外轴连接杆 242

机械密封 251

转向固定环 252 转向杆一 253

转向杆二 254

齿轮 260

齿轮四 261 齿轮六 262

齿轮七 263 齿轮五 264

齿轮三 265 齿轮八 266

小型发电机 271 减速步进电机二 272

限位调节器 280 传动直齿 281

圆锥压力轴承 282

动力输出轴 290 内齿轮 291

控制系统 300

储能室 400

驾驶及乘坐室 500

机翼转动方向 E 螺旋桨内架螺旋桨转动方向D

气体对螺旋桨作用力方向 F

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是此处所描述的具体实施方式仅用于解释和说明本发明，并不用于限制本发明。

为了更好地解释，对发明全称及方向进行统一说明，水陆空三栖交通工具简称为设备；水陆空三栖交通工具在陆地直线行驶时的方向为前后，与之垂直的方向为左右，或称为侧向。

本发明只对发明创新的部分进行详细说明，发动机以及常规的传动装置不进行描述。

下面将该设备分别从结构、功能以及行驶过程中的操作详细说明。

参见图1，本发明是一种水陆空三栖的交通工具，可以在陆地上，水面上，低空中行驶。该设备包括飞行器动力系统100、水陆动力系统200、控制系统、储能室，驾驶及乘坐室。

为了满足飞行功能：参见图6，飞行器包括：飞行器动力电机110、螺旋桨120、螺旋桨内架130、螺旋桨机翼外架140、转向器150、机体160，其中转向器内包含减速步进电机、若干传动齿轮、外壳；

参见图7，螺旋桨120通过固定装置与飞行器动力电机110相连，动力电机底座安装在螺旋桨内架130上，螺旋桨内架130安装在螺旋桨机翼外架140上，螺旋桨机翼外架140上安装转向器150，转向器150连接螺旋桨内架130。正螺旋和反螺旋桨在安装时需要对称，四旋翼飞行器斜对角对应的螺旋桨正反是相同的，并且每个螺旋桨转动中心距离飞行器中心距离一样。这样的对称分布才能使得螺旋桨转动时的反转矩相互抵消掉。

参见图8，转向器外壳151内部安装有减速步进电机一152，减速步进电机一152的输出轴上安装有齿轮一153，参见图4，螺旋桨内架130两侧的轴较长，通过螺旋桨机翼外架140的圆孔伸出，圆孔处安装有轴承，伸出部分的轴安装有传动齿轮二154，并与减速电机上的齿轮一153啮合。转向器外壳151安装在螺旋桨机翼外架上。这样，通过减速电机的转动可以带动降螺旋桨内架130沿轴线方向转动。通过控制系统调解减速步进电机一152就可以调解螺旋桨与动力电机部分的角度，以满足调整螺旋桨的方向，参见图12。在起落时螺旋桨为飞行器提供垂直向上的动力，在高速飞行时，螺旋桨动力方向与前进方向一致，而气流对机翼的升力飞行器保持高度。

为了满足机翼折叠功能：参见图10，螺旋桨机翼外架140与机体160由于通过轴连接，螺旋桨机翼外架140可绕轴沿侧向转动，当转动到竖直向下时，螺旋桨外架内侧与机体160接触，阻止其继续转动。向上转动到水平时，机翼转动轴外侧与机体160上部侧面接触，阻止继续向上转动。图11为机翼完全折叠时的转动轴部分截面图，当机翼转动到水平状态时，图中所示的机翼支撑侧面与主机体160侧面接触，阻碍了继续转动，从而保持在水平状态。

为了满足折叠功能：飞行器的旋翼部分的折叠和伸展完全依靠螺旋桨动力驱动，设计的这种特殊结构能够保证螺旋桨机翼外架140在竖直向下折叠与水平向外展开这90°的范围内转动，气流对螺旋桨的作用力始终与螺旋桨的平面垂直，并且向外侧，参见图9。这样，在升力，重力，机架支持力的作用下，随着速度的增大，螺旋桨折叠部分绕轴转动，螺旋桨机翼外架140自动展开，展开到水平时被机架上部的结构卡住，机翼伸展过程结束，而螺旋桨低于这一速度时，螺旋桨机翼外架140逐渐向下转动，转动到竖直向下时被机体160挡住，机翼折叠过程结束。机翼的伸展和折叠依靠螺旋桨的一定转速，而这个转速远低于飞行时的速度，所以正常飞行时机翼一直处于展开状态，对正常飞行不会产生影响。这样就简化了整体的结构，减少了重量，节能、实用性强。

螺旋桨机翼外架140的截面如图12所示，中间部分上面突起，下面凹进去，并且是流线型的结构，模仿了鸟的翅膀，根据伯努利原理，快速飞行时，上面气体流速大，下面气体流速小，上下表面形成压力差，气体对机翼产生向上的压力，为飞行器提供向上的升力。

为了满足水陆行驶的功能：参见图13、图16，涡轮叶片组同转动轴安装在轮胎212与外轮毂211内部，且相互之间可以相互无影响转动。涡轮叶片组与外轴230通过外万向节221连接，轮胎212、外轮毂211与内轴230通过内万向节222连接，并且内万向节222装在外万向节221内部，两万向节220的球心重合。外轴230在设备内、外交界处设有机械密封251，内轴230在设备内的部分安装有齿轮三265，外轴230在设备内部分安装有两个齿轮分别为齿轮四261、齿轮五264，齿轮四261通过齿轮六262连接到小型发电机271上的齿轮七，外轴230上的齿轮五264与内轴230上的齿轮三265可以分别与传动轴内的内齿轮291啮合。内齿轮291可以在传动轴的一定位置滑动，如图16。限位调节器280与小型发电机271、传动直齿281安装固定，限位器中间卡住内齿轮291，控制内齿轮291移动，并且限位调节器280与动力输出轴290中间有间隙，不直接接触，使得动力输出轴的转动不影响限位调节器280。限位调节器280由两个圆锥压力轴承282安装在限位结构上，其中限位调节器280与传动直齿281咬合，小型发电机271与外轴通过齿轮四、齿轮五、齿轮六相连，减速步进电机二272轴上安装有齿轮八，齿轮八与传动直齿啮合，使得控制减速步进电机二272就可以调节限位调节器280与小型发电机的位置。

请参阅图14，内轴接内轴延伸杆，内轴延伸杆通过内万向轴连接内轴连接杆。外轴接外轴延伸杆，外轴延伸杆通过外万向轴连接外轴连接杆。

在陆地行驶时，减速步进电机二272转动，控制限位调节器280移动，使得动力输出轴290内的内齿轮291沿轴移动，与外轴230上的齿轮五264脱离啮合，内齿轮291一直运动到与内轴230上的齿轮三265啮合，此时，小型发电机271上的265与齿轮六262啮合。此时动力输出轴290将转矩传动到外轮毂211与轮胎212，外轮毂211与轮胎212转动，设备向前行驶，这样，控制动力输出轴290的转向就可以控制设备向前或者向后行驶。

在陆地行驶时或者设备停放时，参见图19，此时由于小型发电机271与外轴230通过齿轮相连，当有侧向风流经车轮时，涡轮叶片组就会转动，就会带动小型发电机271转动，然后将电能储存在电池内。由于涡轮叶片与气流的作用力方向是侧向，设备前后行驶时不受影响。

在陆地行驶转弯时，通过方向盘的控制，使得图18所示的转向杆一253向左或者向右移动，与外万向节221外面的转向固定环252通过转向杆二254连接，使得转向杆间接控制外万向节221转动，从而控制车轮转向。

在水中行驶时，减速步进电机二272控制调节限位器移动，使得动力输出轴290内的内齿轮291与内轴230上的齿轮三265脱离啮合，移动到与外轴230上的齿轮五264啮合，此时小型发电机271与齿轮五264脱离啮合。这样，动力输出轴290将转矩传动到涡轮叶片组，动力输出轴290的转动带动涡轮叶片组转动，设备侧向行驶。

在水中转向时，直接控制两侧涡轮叶片组的转速就能够转向。

为了满足设备在水中能够浮起来并且稳定，将设备内较重的机构储能室放在下底盘，以使得重心下降，提高稳定性。设备下部采用一体的结构，使得防水性能增强。

下面将从具体行驶过程进行描述。

设备在陆地停放，如图19，减速步进电机二272通过限位调节器280控制内齿轮291与内轴230啮合，此时小型发电机271与外轴230通过齿轮与外轴230连接，动力输出轴带动外轮毂211与轮胎转动，设备向前行驶，行驶过程或者停止时只要与侧向风流经车轮，就会带动小型发电机271转动发电，储存在电池内。

需要飞行时，如图2所示飞行器在地面停放状态机翼完全折叠，准备起飞。四个飞行器动力电机110启动，转速渐渐增加，达到一定转速时，机翼开始随着转速的增加逐渐展开。当机翼转动到水平状态时，机翼伸展结束，如图1所示。转速继续增加，增加到一定速度时，飞行器开始离开地面，通过控制系统的调解，平稳起飞，上升到一定的高度时，转向系统开始工作，控制螺旋桨逐渐转动到水平，而此时螺旋桨的转速逐渐增加，以提供必要的升力，此时飞行器向上前方飞行，当螺旋桨转动到水平状态时，升力由气体对机翼的作用力提供，螺旋桨的动力方向与前进方向一致，快速飞行，如图3。当接近目的地或需要降落时，首先需要减速，飞行器电机逐渐减速，并且此时转向系统控制螺旋桨轴线向竖直方向转动，当转动到竖直方向时，可以通过调节四个螺旋桨的转动速度使得飞行器水平方向的速度减速到零。与起飞时的图1一样。接下来逐渐减小螺旋桨的转速使得平稳降落，速度降到一定转速时机翼开始逐渐折叠，降到更低转速时，折叠过程结束。转速慢慢降为零，降落结束。

涡轮叶片组为多组涡轮叶扇并排安装在一起，涡轮叶扇外侧为叶片加固环213。在水中时，减速步进电机二272通过限位器控制控制内齿轮291与内轴230上的齿轮三断开啮合，与外轴230啮合，此时小型发电机271与齿轮六262断开啮合。动力输出轴290带动涡轮叶片组转动，控制设备侧向行驶。

Claims (6)

1.一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，包括主体内部的控制系统、主体上方可折叠的飞行器动力系统、主体内的水陆动力系统、主体内连接控制系统的储能室、主体中心的驾驶及乘坐室；

所述的飞行器动力系统包括正螺旋桨两个，反螺旋桨两个、飞行器动力电机四个、螺旋桨内架四个，螺旋桨机翼外架两组，减速步进电机四个，传动齿轮多个、转向器外壳四个、转动轴四个；螺旋桨通过固定装置与主体连接，飞行器动力电机的底座安装在螺旋桨内架上，每一组螺旋桨机翼外架上安装两个螺旋桨内架，转向器外壳安装在螺旋桨外架机翼上，螺旋桨外架机翼组通过两个转动轴安装在机体上，飞行器电机线与转向电机通过螺旋桨内架内部经过外架内部连接到设备内的控制系统及储能室；

所述的水陆动力系统包括4个相同的组合式叶片轮，设置在底部四角，每个组合式叶片轮包括轮胎、轮毂、涡轮叶片组、外万向节、内万向节、外轴、内轴、动力输出半轴、小型发电机、减速步进电机、限位调节器、传动直齿和机械密封组；轮胎内两侧均设轮毂，两个轮毂之间通过内轴连接，涡轮叶片组同转动轴安装在轮胎与外轮毂内部，且相互之间可以相互无影响转动，涡轮叶片组中心的外轴向外延伸为外轴外部分，外轴外部分通过外万向节连接内万向节，外轴套设在内轴外壁，内万向节和外万向节球心重合相互咬合，外轴在主体内外交界处设有机械密封，内轴的端部设齿轮三，外轴的端部设齿轮五，外轴上还套设有齿轮四，齿轮四通过齿轮六连接到小型发电机上的齿轮七，外轴上的齿轮五与内轴上的齿轮三可以分别与传动轴内的内齿轮啮合，内齿轮可与齿轮三或齿轮五形成啮合套，内齿轮可以在传动轴一定位置滑动，调节限位器由两个圆锥推力轴承安装在限位结构上，其中调节限位器与传动直齿咬合，小型发电机与外轴通过齿轮四、齿轮五、齿轮六相连，减速步进电机轴上安装有齿轮八，齿轮八与传动直齿啮合，使得控制减速步进电机就可以调节调节限位器与小型发电机的位置；

储能室放在下底盘，所述的储能室包括动力电池组，储能电池，油箱；

所述的驾驶及乘坐室位于设备的中间位置，驾驶及乘坐室内设方向盘的控制，转向杆一向左或者向右移动，与外万向节外面的转向固定环通过转向杆二连接，使得转向杆间接控制外万向节转动，从而控制车轮转向。

2.根据权利要求1所述的一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，正螺旋桨和反螺旋桨在安装时，螺旋桨外架机翼上斜对角对应的相同的螺旋桨，正螺旋桨和反螺旋桨转动中心距离飞行器中心距离一样。

3.根据权利要求1所述的一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，转向器外壳内部安装有减速步进电机一，减速步进电机一输出轴上安装有齿轮一，螺旋桨内架两侧的轴较长，通过螺旋桨机翼外架的圆孔伸出，圆孔处安装有轴承，轴承伸出部分的轴安装有传动齿轮二，并与减速电机上的齿轮一啮合，转向器外壳安装在螺旋桨机翼外架上。

4.根据权利要求1所述的一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，内轴接内轴延伸杆，内轴延伸杆通过内万向轴连接内轴连接杆，外轴接外轴延伸杆，外轴延伸杆通过外万向轴连接外轴连接杆。

5.根据权利要求1所述的一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，螺旋桨机翼外架展开时截面部分为中间部分上面突起，下面凹进去的流线型结构。

6.根据权利要求1所述的一种水陆空三栖交通工具，其特征在于，涡轮叶片组为多组涡轮叶扇并排安装在一起，涡轮叶扇外侧为叶片加固环。