CN110775266A - 基于油电混动的海空两栖航行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于油电混动的海空两栖航行器，包括机身外壳、飞行组件、中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构、燃油动力组件以及浮力调节组件，飞行组件和浮力调节组件安装在机身外壳的外部；中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构、燃油动力组件都安装在机身外壳的内部。本发明将燃油发动机驱动和电动机驱动相结合，克服了现有技术中续航时间短的缺点，既能够实现空中长距离、高航速、高精度、长续航航行，又能够实现水下长时间、低功耗、长距离航行，并且具备垂直起降、水面滑行起降、垂直起降与滑行起降的混合形式起降能力，功能强大，实用性强，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及跨介质多栖航行器，具体地，涉及一种混合能源形式的多栖航行器，尤其是涉及一种基于油电混动的海空两栖航行器。
背景技术
海空两栖航行器是一种新型的跨介质运载平台，可同时进行空中、水面、水下探测等任务的高机动性运载平台。可以通过船载、岸基等形式进行布放与回收，能够进行远程遥控航行与自动航行。具备指定空域定位、定点航行、指定水域降落、自主水面航行、自主水下航行和飞行返航的功能，在海空立体观测、海洋环境调查、执行持久的情报收集和战场监视领域具备广泛的应用前景。
采用传统电动机作为动力的多栖航行器，续航时间普遍不超过半小时，限制了多栖航行器的承压深度、浮力调节能力以及续航时间。油电混合的长续航海空两栖航行器采用燃油发动机和电动机混合动力的形式为航行器提供能量，其中燃油发动机具有能量密度大，转换效率高的特点，可显著提高多栖航行器的载重和续航能力。油电混合动力技术已经在汽车工业得到了较广泛的研究与应用，但多栖航行器相比于汽车工况更加复杂、环境变化尺度更大，大大限制了油电混合技术在多栖航行器领域中的应用。
专利文献CN207015583U公开了一种可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器，可持续驻留水面的水空两栖太阳能驱动无人航行器包括用于实现水上浮力产生和任务载荷安装的机身、用于实现水面浮力产生，太阳能电池板铺设且维持航行横向稳定性的机翼、推进系统，所述机翼连接于机身两侧，所述推进系统安装于机翼下方从翼根向外1/12～3/8的翼展之内，但该设计依靠太阳能驱动，影响了水下续航能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于油电混动的海空两栖航行器。
根据本发明提供的一种基于油电混动的海空两栖航行器，包括机身外壳1、飞行组件、中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构15、燃油动力组件以及浮力调节组件；
所述飞行组件和浮力调节组件安装在机身外壳1的外部；
所述中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构15、燃油动力组件都安装在机身外壳1的内部。
优选地，所述飞行组件包括固定翼组件以及旋翼组件；
所述旋翼组件通过固定翼组件安装在所述的机身外壳1上。
优选地，所述固定翼组件包括固定翼4和尾翼6；
所述固定翼4垂直安装在机身外壳1的顶部并相对于机身外壳1轴对称布置；
所述尾翼6的一端沿机身外壳1长度的方向安装在固定翼4上，所述尾翼6的另一端为自由端。
优选地，所述旋翼组件包括第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7以及第四旋翼动力组件9；
第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5分别与第三旋翼动力组件7以及第四旋翼动力组件9对称安装在固定翼4的两侧。
优选地，所述机身外壳1中设置有中央控制设备舱11；
所述中央控制组件安装在中央控制设备舱11内。
优选地，所述电池动力组件包括电池组件和电机组件；
所述电池组件和电机组件电连接；
所述机身外壳1中设置有电池仓13；
所述电池组件安装在所述电池仓13中。
优选地，所述燃油动力组件包括耐压密封油箱14以及燃油发动机16；
所述燃油发动机16安装在所述发动机密封机构15中；
所述飞行组件还包括发动机主螺旋桨10；
所述燃油发动机16与发动机主螺旋桨10驱动连接。
优选地，所述浮力调节组件包括第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12；
所述第一浮力调节组件3和第二浮力调节组件8对称安装在固定翼4上；
所述第三浮力调节组件12安装在机身外壳1的内部。
优选地，所述第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7、第四旋翼动力组件9分别包括旋翼支撑杆、电动机以及螺旋桨；
所述旋翼支撑杆的一端安装在固定翼4上，旋翼支撑杆的另一端安装有螺旋桨；
所述电动机采用防水无刷电机；
所述电动机能够驱使螺旋桨转动。
优选地，所述电池组件采用锂离子电池。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将燃油发动机驱动理念和电动机驱动的理念结合，使用燃油发动机作为主要能量来源，结合电动机驱动的高精度、快响应的特点，克服了现有技术中续航时间短的缺点，既能够实现空中长距离、高航速、高精度、长续航航行，又能够实现水下长时间、低功耗、长距离航行，并且具备垂直起降、水面滑行起降、垂直起降与滑行起降的混合形式起降能力，实现了面向广阔天空和深海大洋的海空联合观测，能够执行持久的监测与监视任务，大大提高了海空两栖航行器的监测侦察面积，功能强大，实用性强，应用范围广。
2、通过旋翼组件的对称设置能够平衡航行器的行进动力，结构合理，实用性强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的滑行起降示意图；
图5为本发明的垂直起降示意图；
图6为本发明的水下运动示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。
根据本发明提供的一种基于油电混动的海空两栖航行器，包括机身外壳1、飞行组件、中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构15、燃油动力组件以及浮力调节组件，所述飞行组件和浮力调节组件安装在机身外壳1的外部；所述中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构15、燃油动力组件都安装在机身外壳1的内部。本发明将燃油发动机驱动理念和电动机驱动的理念结合，使用燃油发动机作为主要能量来源，结合电动机驱动的高精度、快响应的特点，克服了现有技术中续航时间短的缺点，既能够实现空中长距离、高航速、高精度、长续航航行，又能够实现水下长时间、低功耗、长距离航行，并且具备垂直起降、水面滑行起降、垂直起降与滑行起降的混合形式起降能力，实现了面向广阔天空和深海大洋的海空联合观测，能够执行持久的监测与监视任务，大大提高了海空两栖航行器的监测侦察面积，功能强大，实用性强，应用范围广。
具体地，如图1、图2、图3所示，所述飞行组件包括固定翼组件以及旋翼组件，旋翼组件通过固定翼组件安装在所述的机身外壳1上，在一个优选例中，固定翼组件包括固定翼4和尾翼6，固定翼4垂直安装在机身外壳1的顶部并相对于机身外壳1轴对称，如图1所示，尾翼6的一端沿机身外壳1长度的方向安装在固定翼4上，所述尾翼6的另一端为自由端；旋翼组件包括第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5分别与第三旋翼动力组件7以及第四旋翼动力组件9对称安装在固定翼4的两侧，通过旋翼组件的对称设置能够平衡航行器的行进动力，结构合理，实用性强。
具体地，如图1、图2所示，机身外壳1中设置有中央控制设备舱11，中央控制组件安装在中央控制设备舱11内，在一个优选例中，电池动力组件包括电池组件和电机组件，所述电池组件采用锂离子电池，电池组件和电机组件电连接，电池组件为电机组件供电，机身外壳1中设置有电池仓13，电池组件安装在所述电池仓13中。
具体地，如图1、图2、图3所示，燃油动力组件包括耐压密封油箱14以及燃油发动机16，燃油发动机16安装在所述发动机密封机构15中，确保在海底航行中燃油发动机16的密封保护，同时耐压密封油箱14为燃油发动机16的燃油提供储存空间，通过耐压设计耐压密封油箱14能够适应高空及海底的各种压力需求，设计合理。
具体地，如图1、图2、图3所示，飞行组件还包括发动机主螺旋桨10，燃油发动机16与发动机主螺旋桨10驱动连接，在一个优选例中，燃油发动机16的主轴与发动机主螺旋桨10紧固连接，燃油发动机16转动时能够带动发动机主螺旋桨10转动，从而给航行器提供水平方向行进的动力。
具体地，如图1、图2、图3所示，浮力调节组件包括第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12，第一浮力调节组件3和第二浮力调节组件8对称安装在固定翼4上，所述第三浮力调节组件12安装在机身外壳1的内部，通过控制第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12内充水的体积从而能够控制航行器在水中的浮力大小，当第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12中的水全部排出时，浮力最大，航行器浮向水面；当第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12中的水充满时，浮力最小，此时由于航行器重力大于浮力，航行器下潜，通过控制第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8以及第三浮力调节组件12中充水量能够控制航行器下潜的深度。
具体地，如图1、图2、图3所示，在一个优选例中，第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7、第四旋翼动力组件9分别包括包括旋翼支撑杆、电动机以及螺旋桨，旋翼支撑杆的一端紧固安装在固定翼4上，旋翼支撑杆的另一端安装有电动机和螺旋桨，电动机采用防水无刷电机，电动机能够驱使螺旋桨转动，需要强调的是第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7、第四旋翼动力组件9的螺旋桨转动时同步转动，四个螺旋桨相对于机身外壳1的对称结构有利于机身外壳1的平衡，结构合理。
具体地，如图1、图2、图3所示，第三浮力调节组件12位于机身外壳1内部的下侧，中央控制设备舱11、电池舱13、耐压密封油箱14、发动机密封机构15以及燃油发动机16位于机身外壳1内部，发动机主螺旋桨10安装于燃油发动机16的转轴上。机身外壳1内部空隙填充质量轻且耐压的固体浮力材料。固定翼4固定在机身外壳1的外表面上部，尾翼6通过连杆固定在固定翼4上。同样的，第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7和第四旋翼动力组件9通过连杆固定在固定翼4上。第一浮力调节组件3和第二浮力调节组件8分别悬挂在固定翼4两侧机翼上。第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12通过抽排水或抽排油的形式实现大范围的浮力调节，当第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12将水完全排出机体外时，此时航行器在水中受到的浮力达到最大，并漂浮在水面上；当第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12完全充满水时，航行器所受浮力最小并重力，此时航行器下潜。
具体地，如图4所示，本发明提供的一种基于油电混动的海空两栖航行器，能够依靠滑行起降的方式实现长续航的空中大范围飞行观测。浮力调节组件通过控制调节第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12内充水的多少调节浮力至最大并漂浮于水面上，中央控制设备舱11控制发动机密封机构15开启，燃油发动机16与空气联通，进而控制燃油发动机16启动，此时旋翼组件处于停止状态。燃油发动机16通过转轴旋转带动发动机主螺旋桨10转动，进而提供水平方向滑行的动力，当在水平滑行达到一定速度后，固定翼4所提供的升力大于航行器本身所受的重力，航行器实现水上起飞。航行器在空中飞行过程中，中央控制设备舱11切换为控制模式为空中运动模式，通过调节尾翼6对空中姿态进行控制。在完成空中任务后，燃油发动机16降低转速，航行器逐渐降低航行高度并最终滑行降落至水面。进一步，等待燃油发动机16冷却后，中央控制设备舱11控制发动机密封机构15关闭。
具体地，如图5所示，本发明提供的一种基于油电混动的海空两栖航行器能够依靠垂直起降的方式实现长续航的空中大范围飞行观测。浮力调节组件通过控制调节第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12内充水的多少调节航行器浮力至最大并漂浮于水面上，中央控制设备舱11控制发动机密封机构15开启，燃油发动机16与空气联通，控制旋翼组件中的第一旋翼动力组件2、第二旋翼动力组件5、第三旋翼动力组件7以及第四旋翼动力组件9开启，旋翼组件中的防水电动机带动螺旋桨达到一定转速后，旋翼组件所提供的升力大于航行器所受重力，航行器垂直起飞。进一步地，中央控制设备舱11控制燃油发动机16启动，航行器获得水平方向动力，在水平速度不断提高后，固定翼4所提供的升力大于等于本发明的重力，切换为空中固定翼4飞行模式。在完成空中任务后，燃油发动机16降低转速，本发明逐渐降低航行高度，开启旋翼组件，缓慢垂直降落至水面。进一步，等待燃油发动机16冷却后，中央控制设备舱11控制发动机密封机构15关闭。需要指出的是，航行器的垂直起降方式亦可作为纯电动或油电混合空中旋翼运动形式，即完全依靠或半依靠旋翼动力实现空中运动姿态控制。
具体地，如图6所示，本发明提供的一种基于油电混动的海空两栖航行器能够依靠水下滑翔的方式实现长续航的水中大范围观测。第一浮力调节组件3、第二浮力调节组件8和第三浮力调节组件12通过抽排水或抽排油的形式实现大范围的浮力调节，当将水完全抽入机体时，航行器在水中受到浮力远小于其所受到的重力，进而进行下潜动作。在下潜过程中通过调节第一浮力调节组件3和第二浮力调节组件8的抽排水量，改变其所受浮力，进而改变机身的横滚角度实现在水下的航向控制以实现水下运动状态的控制。在下潜过程中，固定翼4以滑翔的形式提供水平前进的动力。进一步，在下潜到指定深度后，浮力调节组件进行排水以调节机体所受浮力大于所受重力，实现上浮动作。在上浮过程中，固定翼4以滑翔的形式提供水平前进的动力，从而实现在上浮过程中的航向和运动控制。本发明在水下通过往复下潜和上浮的动作，沿M型轨迹行进，实现低能耗、长航程的巡航。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，包括机身外壳(1)、飞行组件、中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构(15)、燃油动力组件以及浮力调节组件；
所述飞行组件和浮力调节组件安装在机身外壳(1)的外部；
所述中央控制组件、电池动力组件、发动机密封机构(15)、燃油动力组件都安装在机身外壳(1)的内部。
2.根据权利要求1所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述飞行组件包括固定翼组件以及旋翼组件；
所述旋翼组件通过固定翼组件安装在所述的机身外壳(1)上。
3.根据权利要求2所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述固定翼组件包括固定翼(4)和尾翼(6)；
所述固定翼(4)垂直安装在机身外壳(1)的顶部并相对于机身外壳(1)轴对称布置；
所述尾翼(6)的一端沿机身外壳(1)长度的方向安装在固定翼(4)上，所述尾翼(6)的另一端为自由端。
4.根据权利要求3所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述旋翼组件包括第一旋翼动力组件(2)、第二旋翼动力组件(5)、第三旋翼动力组件(7)以及第四旋翼动力组件(9)；
第一旋翼动力组件(2)、第二旋翼动力组件(5)分别与第三旋翼动力组件(7)以及第四旋翼动力组件(9)对称安装在固定翼(4)的两侧。
5.根据权利要求1所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述机身外壳(1)中设置有中央控制设备舱(11)；
所述中央控制组件安装在中央控制设备舱(11)内。
6.根据权利要求1所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述电池动力组件包括电池组件和电机组件；
所述电池组件和电机组件电连接；
所述机身外壳(1)中设置有电池仓(13)；
所述电池组件安装在所述电池仓(13)中。
7.根据权利要求4所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述燃油动力组件包括耐压密封油箱(14)以及燃油发动机(16)；
所述燃油发动机(16)安装在所述发动机密封机构(15)中；
所述飞行组件还包括发动机主螺旋桨(10)；
所述燃油发动机(16)与发动机主螺旋桨(10)驱动连接。
8.根据权利要求3所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述浮力调节组件包括第一浮力调节组件(3)、第二浮力调节组件(8)以及第三浮力调节组件(12)；
所述第一浮力调节组件(3)和第二浮力调节组件(8)对称安装在固定翼(4)上；
所述第三浮力调节组件(12)安装在机身外壳(1)的内部。
9.根据权利要求3所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述第一旋翼动力组件(2)、第二旋翼动力组件(5)、第三旋翼动力组件(7)、第四旋翼动力组件(9)分别包括旋翼支撑杆、电动机以及螺旋桨；
所述旋翼支撑杆的一端安装在固定翼(4)上，旋翼支撑杆的另一端安装有螺旋桨；
所述电动机采用防水无刷电机；
所述电动机能够驱使螺旋桨转动。
10.根据权利要求6所述的基于油电混动的海空两栖航行器，其特征在于，所述电池组件采用锂离子电池。
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2019
- 2019-10-28 CN CN201911033243.4A patent/CN110775266A/zh active Pending
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