CN110254710B - 一种两级变位的混合翼水空两栖无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，包括机体、机体外壳和起落架，起落架设在机体外壳的底部，机体外壳上表面设有两个与机体外壳内部贯通的内嵌涵道，每一内嵌涵道内设有一个第一螺旋桨，机体外壳两侧分别设有与机体外壳内部贯通的回收腔，每一回收腔内设有一个可旋转的固定翼，每一固定翼远离机体外壳的一端均设有可旋转的固定翼涵道，固定翼涵道为筒状结构，每一固定翼涵道内设有一个第二螺旋桨。本发明的目的是提供一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，能够提高无人机在不同飞行环境，以及切换飞行环境过程中的稳定性，从而提高水空两栖无人机的适用性。

Description

一种两级变位的混合翼水空两栖无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种两级变位的混合翼水空两栖无人机。

背景技术

水空两栖无人机作为一种多用途的无人机，其需求也将日益增长。

水空两栖无人机不仅可以实现现有无人机的功能，而且可以进入水中进行特种作业。因此其在海洋救援、海洋环境勘测、海洋生物追踪、娱乐领域和军事领域等领域都有着很大的发展空间。

水空两栖飞行器的技术关键在于完成空中、水下的运动，同时能够稳定地进行水空两域的切换。目前已经面世的水空两栖无人机中，缺少对无人机在不同飞行环境的分析，不能够在水、空两种飞行环境中做到稳定飞行，从而导致飞行效率低，飞行稳定性差，灵活性差，影响了水空两栖无人机的应用可能性。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，能够提高无人机在不同飞行环境，以及切换飞行环境过程中的稳定性，从而提高水空两栖无人机的适用性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，包括机体、机体外壳和起落架，所述起落架设在所述机体外壳的底部，所述机体外壳上表面设有两个与机体外壳内部贯通的内嵌涵道，每一所述内嵌涵道内设有一个第一螺旋桨，所述机体外壳两侧分别设有与机体外壳内部贯通的回收腔，每一所述回收腔内设有一个可旋转的固定翼，所述固定翼涵道为筒状结构，每一所述固定翼远离所述机体外壳的一端均设有可旋转的固定翼涵道，每一所述固定翼涵道内设有一个第二螺旋桨。

进一步的，所述机体外壳内设有驱动所述固定翼旋转的固定翼旋转机构，所述固定翼旋转机构包括电机、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮连接在所述电机的转轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮的转轴上连接有蜗杆，所述固定翼靠近内嵌在所述机体外壳内的一端设有与所述蜗杆啮合的蜗轮。

进一步的，所述电机为双头电机。

进一步的，每一所述固定翼远离所述机体外壳的一端均设有带动所述固定翼涵道旋转的固定翼涵道旋转机构，所述固定翼涵道旋转机构包括第一舵机和第二舵机，所述第一舵机的转轴与所述固定翼涵道的外壳固定连接，所述第一舵机驱动所述固定翼涵道转动使得固定翼涵道的轴线水平或竖直，所述第二舵机的转轴与所述第一舵机的外壳固定连接且与所述第一舵机的转轴垂直，所述第二舵机驱动所述第一舵机和所述固定翼涵道在水平面内旋转。

进一步的，所述第一螺旋桨为二叶螺旋桨。

进一步的，所述第二螺旋桨为六叶螺旋桨。

进一步的，所述回收腔为弧形。

进一步的，所述机体外壳上还设有向上伸出的尾翼。

进一步的，所述机体外壳设置成流线型结构。

进一步的，所述机体外壳包括上机壳和下机壳，所述上机壳和所述下机壳通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，设计了独特的外置涵道和固定翼涵道，固定翼涵道布置在无人机机翼上，采用六叶螺旋桨，主要在水下提供动力，主要提供水平推力，内嵌涵道布置在机体外壳内部，采用二叶螺旋桨，主要在空中提供动力，主要提供竖直升力，保证了水空两栖无人机在不同飞行环境下的飞行效率和飞行稳定性。

2.本发明所述的一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，两级变位机构包括固定翼旋转机构和固定翼涵道旋转机构。其中固定翼旋转机构中的双头电机带动固定翼发生转动，固定翼涵道旋转机构中的第一舵机和第二舵机带动固定翼涵道在竖直面内转动和在水平面内转动，改变本装置的飞行模式，帮助提高了本装置在不同状态下飞行的稳定性。

3.本发明所述的一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，将机体外壳设计成流线型，符合流体动力学，减少了无人机在水下飞行的运动阻力，提高了飞行效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明固定翼旋转机构示意图；

图3为本发明固定翼涵道旋转机构示意图；

图4为本发明起飞过程中的状态图；

图5为本发明水下运动时的状态图。

其中：1、固定翼涵道；2、第二螺旋桨；3、固定翼涵道旋转机构；4、固定翼；5、内嵌涵道；6、第一螺旋桨；7、起落架；8、固定翼旋转机构；9、回收腔；10、尾翼；11、机体外壳；12、第二锥齿轮；13、第一锥齿轮；14、电机；15、蜗杆；16、蜗轮；17、第一舵机；18、第二舵机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1-图5所示，一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，包括机体、机体外壳11和起落架7。起落架7设在机体外壳11的底部。机体外壳11上表面前后设有两个与机体外壳11内部贯通的内嵌涵道5，每一内嵌涵道5内设有一个第一螺旋桨6。机体外壳11两侧分别设有与机体外壳11内部贯通的回收腔9，回收腔9为弧形，每一回收腔9内设有一个可旋转的固定翼4，固定翼4设在两个内嵌涵道5之间，每一固定翼4远离机体外壳11的一端均设有可旋转的固定翼涵道1，固定翼涵道1为筒状结构，每一固定翼涵道1内设有一个第二螺旋桨2。可旋转的固定翼4的一端设在回收腔9内，当本装置在水下运动时，可旋转的固定翼4可回收至回收腔9内，减少本装置在水下运动的阻力。固定翼4远离机体外壳11的一端设有可旋转的固定翼涵道1，当本装置起飞时，固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线竖直，为本装置提供竖直向上的升力，当本装置在空中飞行和在水中运动时，固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线水平，使固定翼涵道1中的第二螺旋桨2为本装置提供水平推力，并可通过两个第二螺旋桨2的转速差帮助本装置进行偏航运动，改变航向。

参照图2所示，机体外壳11内设有驱动固定翼4旋转的固定翼旋转机构8，固定翼旋转机构8包括电机14、第一锥齿轮13和第二锥齿轮12，第一锥齿轮13连接在电机14的转轴上，第二锥齿轮12与第一锥齿轮13啮合，第二锥齿轮12的转轴上连接有蜗杆15，固定翼靠近内嵌在机体外壳11内的一端设有与蜗杆15啮合的蜗轮16。

为了使机体外壳11两侧的两个固定翼4同时旋转，电机14为双头电机，设置双头电机，可以提高本装置在运动过程中的稳定性。本装置在运动过程中，双头电机同时带动两个第一锥齿轮13转动，进而同时带动两个第二锥齿轮12转动，使得两个蜗杆15同时转动，固定翼4靠近内嵌在机体外壳11内的一端设有与蜗杆15啮合的蜗轮16，从而使得两个固定翼4转动。

参照图3所示，每一固定翼4远离机体外壳11的一端均设有带动固定翼涵道1旋转的固定翼涵道旋转机构3，固定翼涵道旋转机构3包括第一舵机17和第二舵机18，第一舵机17的转轴与固定翼涵道1的外壳固定连接，第一舵机17驱动固定翼涵道1转动使得固定翼涵道1的轴线水平或竖直，第二舵机18的转轴与第一舵机17的外壳固定连接，第二舵机18驱动第一舵机17和固定翼涵道1在水平面内旋转。第二舵机18的转轴与第一舵机17的转轴垂直，固定翼4收回或者张开时，第二舵机18转动从而控制固定翼涵道1始终保持朝前状态，即固定翼涵道1的轴线始终与本装置前进的方向平行。

参照图1、图4和图5所示，由于二叶螺旋桨主要在空中提供升力，二叶螺旋桨一般用在螺旋桨飞机上，如果飞机桨叶太密，向后的空气流动量就小了，为了加快空气向后流动对飞机的推力，增大飞机螺旋桨之间的空隙，第一螺旋桨6采用二叶螺旋桨。

参照图1、图4和图5所示，水的密度是空气的800倍，设置第二螺旋桨2为六叶螺旋桨，六叶螺旋桨主要在水下提供动力。六叶螺旋桨对水下机械的的反作用力就比较大，因此不用太大的桨，如果用太大的六叶螺旋桨，六叶螺旋桨叶外缘做的是无效功。

参照图1、图4和图5所示，为了进一步提高本装置飞行的稳定性，机体外壳11上还设有向上伸出的尾翼10。

参照图1、图4和图5所示，为了进一步减小本装置在水中运动的阻力，机体外壳11设置成流线型结构。

为了方便拆装，机体外壳11包括上机壳和下机壳，上机壳和下机壳通过螺栓连接。

本发明的运动过程：参照图4所示，为本装置在起飞过程中的状态，本装置的固定翼涵道1的轴线竖直，通过两个第一螺旋桨6和两个第二螺旋桨2的转动带动本装置起飞，可以实现原地起飞动作。

参照图1所示，为本装置在空中飞行时的状态，固定翼涵道旋转机构3通过第一舵机17带动固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线水平，内嵌涵道5中的第一螺旋桨6主要提供纵向升力，固定翼涵道1中的第二螺旋桨2主要提供水平推力，在空中飞行过程中，可通过两个第二螺旋桨2的转速差进行偏航运动，改变航向。

入水过程中，固定翼涵道旋转机构3通过第一舵机17带动固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线竖直，由于翼地效应，若两个第一螺旋桨6和两个第二螺旋桨2速度过大，本装置容易飘起来，导致本装置入不了水，因此通过同时降低两个第一螺旋桨6和两个第二螺旋桨2的转速，几乎通过本装置的自重入水，可使本装置缓慢进入水中。同时，在这个过程中，固定翼旋转机构8将固定翼4收回至回收腔9，减少本装置水下运动阻力。入水后，固定翼涵道旋转机构3通过第一舵机17带动固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线水平，同时通过第二舵机18动态调整固定翼涵道1的状态，使得固定翼涵道1在水平面内转动，使固定翼涵道1始终保证朝前状态，即固定翼涵道1的轴线始终与本装置前进的方向平行。参照图1所示，为本装置在水下运动时的状态。在水中运动时，固定翼涵道1中的第二螺旋桨2提供水中水平运动的动力，内嵌涵道5中的第一螺旋桨6提供竖直方向上的动力。

出水过程中，固定翼旋转机构8将固定翼从回收腔9张开，同时通过第二舵机18动态调整固定翼涵道1的状态，使得固定翼涵道1在水平面内转动，使固定翼涵道1始终保证朝前状态，即固定翼涵道1的轴线始终与本装置前进的方向平行。固定翼4完全张开后，通过第一舵机17带动固定翼涵道1旋转至固定翼涵道1的轴线竖直，通过同时提高两个第一螺旋桨6和两个第二螺旋桨2的转速，带动本装置离开水面。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (8)

1.一种两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：包括机体、机体外壳和起落架，所述起落架设在所述机体外壳的底部，所述机体外壳设置成流线型结构，所述机体外壳上表面设有两个与机体外壳内部贯通的内嵌涵道，每一所述内嵌涵道内设有一个第一螺旋桨，所述机体外壳两侧分别设有与机体外壳内部贯通的回收腔，每一所述回收腔内设有一个可旋转的固定翼，所述机体外壳内设有驱动所述固定翼旋转的固定翼旋转机构，每一所述固定翼远离所述机体外壳的一端均设有可旋转的固定翼涵道，所述固定翼涵道为筒状结构，每一所述固定翼涵道内设有一个第二螺旋桨，每一固定翼远离机体外壳的一端均设有带动固定翼涵道旋转的固定翼涵道旋转机构，固定翼涵道旋转机构包括第一舵机和第二舵机，第一舵机的转轴与固定翼涵道的外壳固定连接，第一舵机驱动固定翼涵道转动使得固定翼涵道的轴线水平或竖直，第二舵机的转轴与第一舵机的外壳固定连接且与第一舵机的转轴垂直，第二舵机驱动第一舵机和固定翼涵道在水平面内旋转；

在空中飞行时，所述固定翼涵道旋转机构通过所述第一舵机带动所述固定翼涵道旋转至固定翼涵道的轴线水平，所述内嵌涵道中的第一螺旋桨主要提供纵向升力，所述固定翼涵道中的第二螺旋桨主要提供水平推力，通过两个所述第二螺旋桨的转速差进行偏航运动，改变航向；

入水过程中，所述固定翼涵道旋转机构通过所述第一舵机带动所述固定翼涵道旋转至固定翼涵道的轴线竖直，通过同时降低两个所述第一螺旋桨和两个所述第二螺旋桨的转速，通过无人机的自重入水，所述固定翼旋转机构将固定翼收回至所述回收腔；

入水后，所述固定翼涵道旋转机构通过所述第一舵机带动所述固定翼涵道旋转至固定翼涵道的轴线水平，同时通过所述第二舵机动态调整固定翼涵道的状态，使得所述固定翼涵道在水平面内转动，使所述固定翼涵道始终保证朝前状态；

出水过程中，所述固定翼旋转机构将所述固定翼从所述回收腔张开，同时通过所述第二舵机动态调整固定翼涵道的状态，使得所述固定翼涵道在水平面内转动，使所述固定翼涵道始终保证朝前状态，所述固定翼完全张开后，通过所述第一舵机带动所述固定翼涵道旋转至固定翼涵道的轴线竖直，通过同时提高两个所述第一螺旋桨和两个所述第二螺旋桨的转速，带动无人机离开水面。

2.根据权利要求1所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述固定翼旋转机构包括电机、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮连接在所述电机的转轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮的转轴上连接有蜗杆，所述固定翼靠近内嵌在所述机体外壳内的一端设有与所述蜗杆啮合的蜗轮。

3.根据权利要求2所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述电机为双头电机。

4.根据权利要求1所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述第一螺旋桨为二叶螺旋桨。

5.根据权利要求1所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述第二螺旋桨为六叶螺旋桨。

6.根据权利要求1-5任一项所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述回收腔为弧形。

7.根据权利要求1-5任一项所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述机体外壳上还设有向上伸出的尾翼。

8.根据权利要求1-5任一项所述的两级变位的混合翼水空两栖无人机，其特征在于：所述机体外壳包括上机壳和下机壳，所述上机壳和所述下机壳通过螺栓连接。

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