CN111907672A - 一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器。所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器包括：外壳体，其内部中空，所述外壳体上设置有推进出水孔；机翼，其设置在所述外壳体的外部；尾翼，所述尾翼设置在所述外壳体的外部的一端；气源；推进系统，其设置在所述外壳体内部并与气源连接，推进系统包括推进装置以及排水管道，推进装置包括推进装置壳体以及推进装置壳体内部的推进装置液体，推进装置壳体上设置有出水孔以及进气孔，进气孔与气源连接，出水孔与排水管道的一端连通，排水管道的另一端穿过推进出水孔设置。本申请的跨介质飞行器利用高压气体喷水推进的方案使机器人可以从水下高速出水在空中飞行，具有极高的推进效率。
Description
技术领域
本申请涉及两栖跨介质航行器技术领域，特别是涉及一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器。
背景技术
传统的跨介质飞行器为了能够同时实现水下航行和空中飞行，通常采用的是刚性的变结构设计，在空中飞行时机翼展开，产生足够升力进行飞行，水-空过渡以及水下航行时，机翼收缩或者折叠，减小阻力以实现高效航行。这种变结构设计通常是由连杆等体积较大，结构复杂的机械装置实现，结构复杂，体积重量大。
传统的跨介质飞行器通常由螺旋桨提供水下和空中航行的动力，这种推进方式体积大，效率低，而且螺旋桨的功率密度较难实现飞行器从水体介质到空气介质的过渡。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
申请内容
本申请的目的在于提供一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本申请提供一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器能够自水中起飞并可实现空中飞行或水下航行，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器包括：外壳体，所述外壳体内部中空，所述外壳体上设置有推进出水孔；机翼，所述机翼设置在所述外壳体的外部；尾翼，所述尾翼设置在所述外壳体的外部的一端；气源；推进系统，所述推进系统设置在所述外壳体内部并与所述气源连接，所述推进系统包括推进装置以及排水管道，所述推进装置包括推进装置壳体以及推进装置壳体内部的推进装置液体，所述推进装置壳体上设置有出水孔以及进气孔，所述进气孔与所述气源连接，所述出水孔与所述排水管道的一端连通，所述排水管道的另一端与所述推进出水孔连通；其中，所述气源用于为所述推进系统提供气体，从而使所述推进装置壳体内部的推进装置液体经过所述排水管道自所述推进出水孔流出，从而为所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器提供动力。
可选地，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步包括螺旋桨组件，所述螺旋桨组件安装在所述外壳体的远离所述尾翼的一端。
可选地，所述外壳体包括相互以可拆卸方式连接的第一壳体以及第二壳体，所述第二壳体上设置有所述推进出水孔，所述推进出水孔设置在所述第二壳体的临近所述尾翼的一端；所述外壳体进一步包括密封槽，所述密封槽分布在所述第一壳体与所述第二壳体的接触面上；所述对鳍组件与所述腕鳍组件设置在所述第一壳体或所述第二壳体上。
可选地，所述螺旋桨组件包括：电机，所述电机安装在所述外壳体上；螺旋桨，所述螺旋桨安装在所述电机的输出轴上。
可选地，所述外壳体上进一步设置有充气孔；所述跨介质飞行器进一步包括充气管路以及设置在所述充气管路内的充气阀，所述充气管路一端与所述气源连接，另一端与所述充气孔连通。
可选地，所述推进装置壳体进一步包括：储水内腔，所述储水内腔内设置有能够在所述储水内腔内移动的气液阻隔膜，所述气液阻隔膜将所述出水内腔分隔成气体腔以及液体腔所述进气孔位于所述气体腔，所述出水孔位于所述液体腔；二位二通电磁阀，所述二位二通电磁阀连通所述气源以及所述储水内腔的输入口。
可选地，所述外壳体上进一步设置有注水孔；所述跨介质飞行器进一步包括注水系统，所述注水系统的输入端与所述储水内腔连接，所述注水系统的输出端与所述注水孔连通，所述注水系统用于为所述储水内腔提供液体。
可选地，所述注水系统包括：供水离心泵，所述供水离心泵的输出端为所述注水系统的输入端；单向阀，所述单向阀设置在所述供水离心泵与所述储水内腔连通的管道上。
可选地，所述注水系统进一步包括第二两位两通电磁阀，所述第二两位两通电磁阀连通所述储水内腔的气体腔。
可选地，所述推进系统进一步包括流量计，所述流量计设置在所述排水管道上。
本申请的跨介质飞行器利用高压气体喷水推进的方案使机器人可以从水下高速出水在空中飞行，具有极高的推进效率。
附图说明
图1是根据本申请一实施例的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的结构示意图。
图2是根据本申请一实施例的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的另一结构示意图。
图3是图1所示的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的内部结构示意图。
图4是图1所示的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的另一结构示意图。
图5是根据本申请第二实施例的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的另一结构示意图。
附图标记
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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保护范围的限制。
图1是根据本申请一实施例的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的结构示意图。图2是根据本申请一实施例的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的另一结构示意图。图3是图1所示的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的内部结构示意图。图4是图1所示的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器的另一结构示意图。
如图1至图4所示的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器能够飞行或在水下航行，该具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器包括外壳体、机翼4、尾翼5、气源9以及推进系统。
在本实施例中，推进系统设置在外壳体内部并与气源连接，推进系统包括推进装置以及排水管道，推进装置包括推进装置壳体以及推进装置壳体内部的推进装置液体，推进装置壳体上设置有出水孔以及进气孔，进气孔与气源连接，出水孔与排水管道的一端连通，排水管道的另一端穿过推进出水孔设置；其中，气源用于为推进系统提供气体，从而使推进装置壳体内部的推进装置液体经过排水管道自所述推进出水孔流出，从而为具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器提供动力。
参见图1，在本实施例中，外壳体1内部中空，机翼设置在外壳体的外部；参见图1，在本实施例中，机翼设置在外壳体的中部，尾翼设置在外壳体的外部的一端；外壳体1上设置有充气孔、注水孔以及推进出水孔。
在本实施例中，具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步包括螺旋桨组件，螺旋桨组件安装在外壳体的远离所述尾翼的一端。通过螺旋桨组件的工作，可以为本申请的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步提供动力。
参见图1，在本实施例中，外壳体包括相互以可拆卸方式连接的第一壳体1以及第二壳体2，第二壳体2上设置有推进出水孔，推进出水孔设置在第二壳体的临近尾翼的一端；外壳体进一步包括密封槽，密封槽分布在第一壳体1与第二壳体2的接触面上；对鳍组件2与腕鳍组件3设置在第一壳体11或第二壳体12上。
参见图1，在本实施例中，螺旋桨组件包括电机7以及螺旋桨6，电机7安装在外壳体上；螺旋桨6安装在电机的输出轴上。
在本实施例中，外壳体上进一步设置有充气孔；
跨介质飞行器进一步包括充气管路以及设置在充气管路内的充气阀，充气管路一端与气源5连接，另一端与充气孔连通。在不使用本申请时，可以用一个外接气源接通充气孔，然后为气源5充气。
在图5所示实施例中，推进装置壳体进一步包括储水内腔10以及二位二通电磁阀，，储水内腔10内设置有能够在储水内腔10内移动的气液阻隔膜63，气液阻隔膜63将出水内腔分隔成气体腔621以及液体腔622；进气孔位于气体腔621，出水孔位于液体腔622；二位二通电磁阀连通气源5以及储水内腔62的输入口。
在本实施例中，外壳体上进一步设置有注水孔；
具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步包括注水系统，注水系统的输入端与储水内腔连接，注水系统的输出端与注水孔连通，注水系统用于为储水内腔提供液体。
在本实施例中，注水系统包括供水离心泵以及单向阀，供水离心泵的输出端为注水系统的输入端；单向阀设置在所述供水离心泵与储水内腔62连通的管道上。
注水系统进一步包括第二两位两通电磁阀，第二两位两通电磁阀连通储水内腔的气体腔621。
推进系统进一步包括流量计，流量计设置在所述排水管道上。
参见图2，图3，具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器外部呈纺锤型结构，机翼4与尾翼5与上壳体1连接固定，为飞行提供足够的升力并保证了方向的控制。螺旋桨6为可折叠式螺旋桨，在水下时螺旋桨6收拢，当无刷电机7工作时，螺旋桨6在离心力的作用下可以迅速展开工作。
在一个备选实施例中，航行器在水下进行游动时，气源9内储存有50bar左右的高能量密度二氧化碳，储水内腔10中充满水。在水下时，本申请的跨介质飞行器的气源内存储有高压气体，储水内腔内充满水，气液阻隔膜63位于储水内腔的左侧，即气体腔的容积远小于液体腔。
在需要飞行时，控制二位二通电磁阀，从而使气源内的高压气体进入气体腔，使储水内腔压力升高，直至使储水内腔内的压力与气源的压力相同或者基本相同，此时，将速度调节阀全部打开，在高压气体的作用下，气液阻隔膜高速推动液体腔，压缩液体腔，从而使液体腔内的液体排出，从而形成高压推力，通过该高压推力将本申请的跨介质飞行器推出水面并飞行。
在需要在水下运动时，控制二位二通电磁阀，从而使气源内的高压气体进入所述气体腔，根据需要控制速度调节阀的开度，在高压气体的作用下，气液阻隔膜高速推动液体腔，压缩液体腔，从而使液体腔内的液体排出，从而形成推力，通过该推力使本申请的跨介质飞行器在水下运动，并通过调节速度调节阀61的开度控制速度。
参见图1、图2，航行器出水发射后，控制电机7运转，螺旋桨6在无刷电机7带动下由收拢状态变为打开状态，开始旋转工作。机翼3、尾翼4为航行器提供了足够的升力，航行器保持在空中飞行。
在图2所示的实施例中，具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器由第一壳体1、第二壳体2、易拆装壳体3、机翼4、尾翼5、螺旋桨6、电机7、尾喷管8、气源9、储水内腔10、舵机11、导管12、固定支架13、转接头14、铜阀15、密封槽16、螺栓连接口17组成。
由第一壳体1、第二壳体2、易拆装壳体3组成整个航行器的纺锤体外型；机翼4与尾翼5在上壳体1上进行连接固定；可折叠的螺旋桨6与电机7在航行器头部连接；排水管道8将壳体内部与外界导通；气源9放置在易拆装壳体3中，气源内设置有高压二氧化碳气体，气源9与下壳体2中的铜阀15的进气端连接固定；气源9通过铜阀15、转接头14、导管12与储水内腔10相通；铜阀15通过固定支架13与下壳体2固定连接；舵机11与铜阀15旋转开关固连，作为气动控制开关；密封槽15成圆形凹槽分布在第一壳体1、第二壳体2的接触面上；螺栓连接口16中种有铜螺母，用于第一壳体1、第二壳体2连接固定。
本申请能够利用高压气体喷流推进的方式实现了快速的水/空跨介质航行，并采用螺旋桨推进实现了航行器长时间的空中飞行。相对于现有技术具有如下优点：
1.利用高压气体喷流推进的方式高效、并能够在瞬间产生较大推力，辅助机器人水下游动及出水飞行。
2.利用高压气体喷流推进的方式避免了传统跨介质航行器需要压载水舱排水、储水来改变自身密度的步骤，将储存的液体转变为喷流的介质，使航行器可以最快速度地完成水-空两种不同介质环境的切换。
3.航行器具备喷流推进和螺旋桨推进两套推进系统，可以更好适应水下及空中复杂环境。
4.易拆装壳体3结构避免了航行器换气瓶时对整体地反复拆装，卡扣式的设计降低了拆装难度。
参见图2，图3，整个航行器外部呈纺锤型结构，机翼4与尾翼5与上壳体1连接固定，为飞行提供足够的升力并保证了方向的控制。螺旋桨6为可折叠式螺旋桨，在水下时螺旋桨6收拢，当无刷电机7工作时，螺旋桨6在离心力的作用下可以迅速展开工作。
参见图3，图4，航行器在水下进行游动时，二氧化碳小钢瓶9内储存有50bar左右的高能量密度二氧化碳，储水内腔10中充满水。控制舵机11旋转，带动同舵机11固连的铜阀15打开，气源9中的高压气体通过铜阀15、转接头14、导管12进入到储水内腔10，推动储水内腔10中储存的水，在尾喷管8处产生喷流，推动航行器在水下前进。
参见图3，图4，航行器出水发射时，控制舵机11旋转角度增大，带动铜阀15的阀芯打开到最大限度，气源9中的高压气体大量通过铜阀15、转接头14、导管12进入到储水内腔10，推动储水内腔10中储存的水在尾喷管8处产生高能量密度的喷流，推动航行器脱离水面，完成出水发射。
参见图1，图2，航行器出水发射后，无刷电机7开始运转，螺旋桨6在无刷电机7带动下由收拢状态变为打开状态，开始旋转工作。机翼3、尾翼4为航行器提供了足够的升力，航行器保持在空中飞行。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器能够自水中起飞并可实现空中飞行或水下航行，其特征在于，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器包括：
外壳体，所述外壳体内部中空，所述外壳体上设置有推进出水孔；
机翼(4)，所述机翼设置在所述外壳体的外部；
尾翼(5)，所述尾翼设置在所述外壳体的外部的一端；
气源(9)；
推进系统，所述推进系统设置在所述外壳体内部并与所述气源连接，所述推进系统包括推进装置以及排水管道，所述推进装置包括推进装置壳体以及推进装置壳体内部的推进装置液体，所述推进装置壳体上设置有出水孔以及进气孔，所述进气孔与所述气源连接，所述出水孔与所述排水管道的一端连通，所述排水管道的另一端穿过所述推进出水孔设置；其中，
所述气源用于为所述推进系统提供气体，从而使所述推进装置壳体内部的推进装置液体经过所述排水管道自所述推进出水孔流出，从而为所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器提供动力。
2.如权利要求1所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步包括螺旋桨组件，所述螺旋桨组件安装在所述外壳体的远离所述尾翼的一端。
3.如权利要求2所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述外壳体包括相互以可拆卸方式连接的第一壳体(1)以及第二壳体(2)，所述第二壳体(2)上设置有所述推进出水孔，所述推进出水孔设置在所述第二壳体的临近所述尾翼的一端；
所述外壳体进一步包括密封槽，所述密封槽分布在所述第一壳体(1)与所述第二壳体(2)的接触面上；
所述对鳍组件(2)与所述腕鳍组件(3)设置在所述第一壳体(11)或所述第二壳体(12)上。
4.如权利要求3所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述螺旋桨组件包括：
电机(7)，所述电机(7)安装在所述外壳体上；
螺旋桨(6)，所述螺旋桨(6)安装在所述电机的输出轴上。
5.如权利要求1所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，
所述外壳体上进一步设置有充气孔；
所述跨介质飞行器进一步包括充气管路以及设置在所述充气管路内的充气阀，所述充气管路一端与所述气源(5)连接，另一端与所述充气孔连通。
6.如权利要求1所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述推进装置壳体进一步包括：
储水内腔(10)，所述储水内腔(10)内设置有能够在所述储水内腔(10)内移动的气液阻隔膜(63)，所述气液阻隔膜(63)将所述出水内腔分隔成气体腔(621)以及液体腔(622)；所述进气孔位于所述气体腔(621)，所述出水孔位于所述液体腔(622)；
二位二通电磁阀，所述二位二通电磁阀连通所述气源(5)以及所述储水内腔(62)的输入口。
7.如权利要求6所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，
所述外壳体上进一步设置有注水孔；
所述具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器进一步包括注水系统，所述注水系统的输入端与所述储水内腔连接，所述注水系统的输出端与所述注水孔连通，所述注水系统用于为所述储水内腔提供液体。
8.如权利要求7所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述注水系统包括：
供水离心泵，所述供水离心泵的输出端为所述注水系统的输入端；
单向阀，所述单向阀设置在所述供水离心泵与所述储水内腔(62)连通的管道上。
9.如权利要求8所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述注水系统进一步包括第二两位两通电磁阀，所述第二两位两通电磁阀连通所述储水内腔的气体腔(621)。
10.如权利要求6所述的具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器，其特征在于，所述推进系统进一步包括流量计，所述流量计设置在所述排水管道上。
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| CN201910386674.2A CN111907672A (zh) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111907672A true CN111907672A (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=73242920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910386674.2A Pending CN111907672A (zh) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 一种具备两种推进方式的仿生乌贼跨介质航行器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111907672A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112644235A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-13 | 西北工业大学 | 一种可重复出入水跨介质飞行器动力系统 |
| CN112758334A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-07 | 中南大学 | 一种水空跨介质发动机及具有发动机的跨介质航行器 |
| CN114524083A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-24 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种浮力可调的机翼舵面结构 |
-
2019
- 2019-05-10 CN CN201910386674.2A patent/CN111907672A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112644235A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-13 | 西北工业大学 | 一种可重复出入水跨介质飞行器动力系统 |
| CN112758334A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-07 | 中南大学 | 一种水空跨介质发动机及具有发动机的跨介质航行器 |
| CN114524083A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-24 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种浮力可调的机翼舵面结构 |
| CN114524083B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-12 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种浮力可调的机翼舵面结构 |
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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