CN110758720A - 一种水空两用无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水空两用无人机，包括机身、机翼、尾翼、空气螺旋桨、折叠展开机构、助推机构、舵面驱动机构、脱落机构、航行螺旋桨；机身为主要安装体，连接机翼、尾翼、空气螺旋桨、折叠展开机构、脱落机构和航行螺旋桨；折叠机构用于机翼的折叠展开；助推机构提供无人机水下发射的能量；舵面驱动机构用于各个舵面的控制；脱落机构用于无人机空中飞行时抛下多余的助推机构；航行螺旋桨用于水下航行；本发明采用折叠展开机构将机翼向后折叠，减少水下航行阻力，采用气瓶助推，提供发射动力，采用占空间体积小的舵面驱动机构保证防水密封性，采用脱落机构将气瓶脱落，减少无人机重量与飞行阻力。

Description

一种水空两用无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体来说是一种水空两用无人机。

背景技术

无人机是一种靠无线设备遥控或者预装在自身的控制程序遥控的无人飞行器，应战争需求于20世纪20年代诞生。无人机作为一种新型的空中力量，由于无人机上不直接搭载人员，适用于执行高危险性任务。不需要安装生命保障系统，大大减少了无人机的尺寸、整体重量、制造成本、维护费用等。军事领域与民事领域的广泛应用也加深了对高性能无人机的需求。

现有无人机的飞行介质多为空气，空中飞行器虽有较好的机动性，但是相较于水下航行器来说，隐蔽性较差，这就会限制无人机的作业环境和应用范围；潜射无人机需要由潜艇携带，通过鱼雷或火箭发射筒发射，较大的运载平台也会限制无人机的应用，同时需要多系统进行配套，需要大量人员与成本运维；水空两用无人机是综合飞行器和潜艇的优势发明的一种可以实现水空两用的飞行器。由于水体环境和空气环境的显著差异，无人机在这两种介质中同时具有航行能力与飞行能力是一项艰巨的任务——要考虑两种不同流体介质的布局，跨介质的发射过程，紧凑的结构，动力兼容性等。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种新型的水空两用无人机方案。本发明采用常规布局，采用折叠展开机构将机翼向后折叠，尺寸小，方便运输。同时机翼后折减少水下航行阻力。采用气瓶助推，提供发射动力。采用占空间体积小的舵面驱动机构保证防水密封性，采用脱落机构将气瓶脱落，空中飞行时减少无人机重量与飞行阻力。该水空两用无人机方案使得无人机具有水下航行与空中飞行的作业能力。

本发明结构组成包括机身、机翼、尾翼、螺旋桨、折叠展开机构、助推机构、舵面驱动机构、脱落机构等。机翼、尾翼、螺旋桨、折叠展开机构、脱落机构安装于机身上，并通过前舱盖，在前部空间安装螺旋桨。中部空间的上层通过使用折叠展开机构连接机翼。中部空间的下层安装脱落机构，上述机构分别安装在机身顶部和腹部的安装平台上。尾部空间安装尾翼和航行螺旋桨，并通过后舱盖安装；机翼采用平直翼布局，左右对称，靠近机头，方便向后折叠。机翼内部安装有舵面驱动机构，并铰接机翼舵面；尾翼安装于机身尾部，舵面驱动机构安装于尾翼内部，并各自铰接升降舵和方向舵；脱落机构通过前后挂耳与助推机构的前后挂架连接，置于机身腹部。

本发明设计的运行阶段如下：1）水下航行阶段：此阶段无人机在水下航行，机翼向后折叠，使用尾部航行螺旋桨提供前进动力，尾翼控制航行姿态；2）出水阶段：尾翼的升降舵控制无人机上浮靠近水面，助推机构工作，为无人机提供发射动力，将无人机推出水面，进入空中；3）起飞阶段：无人机出水并获得起飞速度后，展开机翼，同时抛下助推机构，尾部螺旋桨停止工作，空气螺旋桨工作并提供拉力；4）空中飞行阶段：当无人机上升到一定高度后改为平飞状态。

无人机水下航行阶段：

脱落机构通电，控制舵机拉动拉杆，转动滑块，旋转挂钩，使挂钩处于打开状态，控制舵机推动拉杆，旋转挂钩，挂钩处于关闭状态，使挂钩与挂耳相连，完成悬挂。

左机翼结构逆时针方向旋转，右机翼结构顺时针方向旋转，旋转轴带有扭簧；舵机拉动连杆带动前后限位销向机身内部移动，使前后限位销处于打开状态；当机翼旋转到与机身夹角60°时，旋转轴的扭簧被压紧，前后限位销插入机翼上预留的限位孔，机翼被固定。

此时机翼上的舵面驱动机构不工作，由尾部螺旋桨转动提供推力，并通过尾翼上的舵面，控制水下航行的姿态。尾翼的舵面由舵机提供动力，舵机的主动齿轮转动，通过传动皮带带动舵面从动齿轮转动，进而带动舵面转动轴转动，实现舵面的偏转。尾翼的升降舵控制无人机的上浮和下沉，左右差动控制无人机的滚转，尾翼的方向舵控制航向。

无人机出水阶段：

尾翼舵机控制无人机整体姿态，使无人机保持某一要求姿态上浮，当上浮至水面时，电磁阀打开，机腹高压瓶喷出高压气体获得出水推力。脱落机构舵机拉动拉杆，转动滑块，旋转挂钩，使挂钩处于打开状态，助推机构自然脱落。其余部件工作状态同水下航行阶段。

无人机起飞阶段：

空气螺旋桨开始转动，尾部螺旋桨停止工作。无人机在冲出水面后，折叠展开机构的舵机拉动拉杆带动前后限位销向机身内部运动，前后限位销脱离机翼后，机翼旋转轴扭簧将机翼弹开；机翼展开完成后，前后限位销插入机翼上预留的限位孔，机翼被固定。此时机翼上的舵面驱动机构工作，控制滚转，尾翼的升降舵控制俯仰，方向舵控制航向。

无人机空中飞行阶段：

无人机与常规布局的前拉式固定翼无人机工作状态一致，在某既定高度下平飞巡航。

本发明的优点在于：

1）本发明为一种水空两用无人机，机翼向后折叠，具有优异的流体动力学特性，水下航行阻力小；

2）采用气瓶助推发射，降低了对动力系统的要求，发射后气瓶脱落，减小了空中飞行时的重力与阻力；

3）使用齿轮式的舵面驱动机构，将机构完全内埋于无人机内部，保证了密封性和气动外形，降低了对组件的防水要求；

4）跨介质的折叠展开机构设计简单易行，加工制作方便。

附图说明

图1为一种水空两用无人机运行阶段的过程图；

图2为一种水空两用无人机水下航行阶段的整体示意图；

图3为一种水空两用无人机空中飞行阶段的整体示意图；

图4为一种水空两用无人机的侧视图；

图5为机身机构示意图；

图6为机翼机构示意图；

图7为尾翼机构示意图；

图8为折叠展开机构俯视图；

图9为折叠展开机构侧视图；

图10为舵面驱动机构传动示意图；

图11为舵面驱动机构转动示意图；

图12为脱落机构与助推机构安装示意图。

图中：图中：1—机身；2—机翼；3—尾翼；4—空气螺旋桨；5—折叠展开机构；6—助推机构；7—舵面驱动机构；8—脱落机构；9—航行螺旋桨；101—右侧前端舱盖；102—左侧前端舱盖；103—顶部安装平台；104—垂尾安装接口；105—左平尾安装接口；106—腹部安装平台；107—后端底部舱盖；108—右侧平尾安装接口；109—机身结构；201—左机翼结构；202—右机翼结构；203—左机翼结构安装舱盖；204—右机翼结构安装舱盖；205—左机翼结构舵面；206—右机翼结构舵面；207—机翼折叠接口；301—右侧水平尾翼；302—左侧水平尾翼；303—垂直尾翼；304—右侧水平尾翼舵面；305—左侧水平尾翼舵面；306—垂直尾翼舵面；501—转轴；502—前限位销；503—锁销连杆；504—连杆耳片；505—舵机；506—后限位销；507—拉压弹簧；508—扭簧；601—高压瓶；602—挂耳；603—电磁阀；701—舵面舵机；702—舵机主动齿轮；703—舵面从动齿轮；704—传动皮带；705—舵面；706—转动轴；707—转动端头；708—固定端头；801—滑块01；802—滑块02；803—滑块03；804—挂钩；805—拉杆；806—滑块04；807—舵机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1－图12所示，一种水空两用无人机包括9个部分：机身、机翼、尾翼、空气螺旋桨、折叠展开机构、助推机构、舵面驱动机构、脱落机构、航行螺旋桨。

机身（1）上分别有前端安装舱盖和后端安装舱盖，通过安装舱盖将空气螺旋桨（4）和航行螺旋桨（9）固定安装在机身（1）内部的安装板上。安装舱盖为可拆卸的活动舱盖，方便部件的安装和调试工作。

折叠展开机构（5）通过螺钉固定安装在机身（1）顶部中间位置的平台上，螺钉固定处应位于机身（1）内部的梁框上，安装后应保证机构能够灵活运作。与此同时，机翼（2）通过螺钉固定安装在折叠展开机构（5）上，应保证折叠前后能够实现卡锁功能。

尾翼（3）通过卡槽的形式固定安装在机身（1）的尾部，由于机身（1）的尾翼设计有安装开口，安装、维护、调试方便。

舵面驱动机构（7）如图10、图11，由舵面舵机（701）、舵机主动齿轮（702）、舵面从动齿轮（703）、传动皮带（704）、舵面（705）、转动轴（706）、转动端头（707）、固定端头（708）组成。带传动的传动方式使得传动机构所占的结构空间小，方便安装（特别是安装机翼内部的驱动机构）。同时，舵面的转轴部分分为转动轴（706）、转动端头（707）和固定端头（708），这样分离的转动轴结构可以使舵面具有易于拆卸的优点，方便跟换维修工作。

水下航行时，机翼（2）处于折叠状态，向后折叠60°，如图9机翼旋转轴扭簧（508）压紧，限位销（502）（506）锁紧机翼，挂钩（804）处于关闭状态，电磁阀（603）关闭状态。

快到水面时，如图1打开电磁阀（603）开关，无人机快速加速出水；出水时，飞机与水面的夹角10°。

如图12出水后，脱落机构（8）的舵机（807）拉动拉杆（805），转动滑块01（801）、滑块02（802）、滑块03（803）、滑块04（806），旋转挂钩（804），使脱落机构（8）处于打开状态，助推机构（6）依靠自身重力脱落。如图9折叠展开机构（5）的舵机（505）拉动拉杆（503）带动前限位销（502）和后限位销（506）向机身内部运动，后限位销（506）脱离机翼（2）后，旋转轴扭簧（508）迅速将机翼（2）弹开，机翼（2）展开完成后，舵机（505）推动拉杆（503）带动前限位销（502）和后限位销（506）向机身外方向运动，前限位销（502）和后限位销（506）插入机翼上预留的限位孔，机翼（2）被固定。

机翼折叠时，无人机可像潜艇一样在水下航行，机翼展开后，可在空中飞行。

以上所述仅为本发明的优选实例，并不限制本发明，显然，无人机领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明所要求保护的知识产权也包含这些改动和变型。

Claims (5)

1.一种水空两用无人机，其特征是，由机身（1）、机翼（2）、尾翼（3）、空气螺旋桨（4）、折叠展开机构（5）、助推机构（6）、舵面驱动机构（7）、脱落机构（8）、航行螺旋桨（9）组成；

机身（1）作为无人机的主要载体，其余部件均安装固定在机身（1）之上，安装具体如下：

空气螺旋桨（4）安装在机身（1）的前端，通过安装在机身（1）前端安装板上的动力电机来固定空气螺旋桨（4）的安装位置；

航行螺旋桨（9）安装在机身（1）的后端，通过安装在机身（1）后端安装板上的动力电机来固定航行螺旋桨（9）的安装位置；

折叠展开机构（5）通过螺钉固定安装在机身（1）顶部中间位置的平台上，螺钉固定处应位于机身（1）内部的梁框上，安装后应保证机构能够灵活运作；

机翼（2）通过螺钉固定安装在折叠展开机构（5）的两侧折叠杆之上，安装时应保证折叠前后能够实现卡锁功能；

脱落机构（8）通过螺钉固定安装在机身（1）腹部中间位置的平台上，螺钉固定处应位于机身（1）内部的梁框上，安装后应保证机构能够灵活运作；

助推机构（6）通过挂耳和挂钩连接在脱落机构（8）下方，并通过舵机控制挂钩与挂耳的开闭，实现脱落功能，通过电磁阀打开气瓶进行水下发射；

舵面驱动机构（7）包括三个部分，它们分别位于机翼内部、平尾端部和垂尾端部，由转动轴、转动齿轮、传动皮带、舵机等组成，由舵机提供动力，通过皮带传动，带动舵面转动，实现舵面的偏转功能；

尾翼（3）包括平尾和垂尾，它们分别通过卡槽的形式固定安装在机身（1）的尾部，由于机身（1）上设计有尾翼对应的安装开口，因此可以方便地进行安装和维护调试。

2.根据权利要求1所述的一种水空两用无人机，其特征是，所述的折叠展开机构（5），在水下处于折叠状态，机翼（2）向后折叠，出水发射时展开。

3.根据权利要求1所述的一种水空两用无人机，其特征是，所述的助推机构（6）采用高压气体或者水气混合作为动力。

4.根据权利要求1所述的一种水空两用无人机，其特征是，舵面驱动机构（7）完全放置于机翼（2）内而不破坏机翼（2）的气动外形。

5.根据权利要求1所述的一种水空两用无人机，其特征是，脱落机构（8）在发射过程中采用重力脱落方式将助推机构（6）脱落。

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