CN112758314B - 一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；机身包括机架和两个机架连接件；机架包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件分别安装在横梁的左右两端，尾翼安装在纵梁的后端，两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件的中部；两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件之间，两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件的外侧中部；骨架包括前端骨架、连接骨架、后端骨架和环形骨架；前端骨架与环形骨架的前端连接，环形骨架的后端与后端骨架连接，两个机架连接件的两端分别与前端骨架和后端骨架连接，机身位于环形骨架内。

Description

一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器

技术领域

本发明属于机器人和飞行潜水航行器技术领域，具体涉及一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器。

背景技术

随着人类对自然空间的不断探索，船舶和航空技术在各自的领域里都取得了巨大进步。其中，飞行器因其速度快、机动性好等优点而得到了广泛应用，但是也存在续航力较短、隐蔽性较差等缺陷，而这些缺陷恰好可以由潜航器弥补，潜空两栖航行器的概念因此被提出。潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器，不仅扩展了航行的空间范围，还结合了飞行器和潜航器两种航行器的优点。自20世纪初期以来，潜空两栖航行器已成为包括娱乐、探险、搜索与救援以及军事在内的广泛应用的热门话题，从而产生了无数的概念和变体。然而，由于水环境和空气环境之间的显著差异，航行器要同时满足两种介质的要求并不是一件容易的事。自1934年提出潜空两栖跨介质飞机的概念以来，美国等一些国家提出了许多载人飞机设计方案，但最终都没有真正地实现潜空两栖航行。后来，科学家们开始重视无人系统的研发，与有人航行器相比，这种系统的复杂度和技术难度有所降低，由此取得了可观的成果。

2015年7月，波音公司宣布了一种可以浸没在水下的无人机设计。无人机由一架主飞机运输到部署区域，然后通过远程控制将无人机从主飞机上释放。在空中模式下，无人机配备2个机翼、稳定器和2套同轴螺旋桨叶片；机翼、稳定器和机身相连。当机身进入水中时，机翼和螺旋桨通过爆炸螺栓和水溶胶与机身分开，从而减轻重量并优化水动力特性，随后，无人机展开新的操纵面和螺旋桨。水下任务完成后，它会浮出水面并将收集到的数据传输给其他飞机或指挥中心。该无人机可以实现空中和水下的可控航行，但每次任务中只能实现单次水空跨越，不可重复使用。

2017年，廖保全等提出了折叠翼的方案。该设计通过改变外形来实现航行器的水空介质跨越：在水下航行时，采用类似鱼雷的外形；在空中飞行时，采用类似反舰巡航导弹的外形。水下航行时，航行器在较小的仰角范围内通过收缩机翼来减小阻力；空中飞行时，通过展开机翼来增大升力。对2种外形的气动/水动特性进行的CFD仿真表明，通过改变外形，航行器能够同时满足水下航行和空中飞行的要求。但此设计方案并未实现实际应用。

2012年，国内学者王海晏等提出了一种水空两用垂直跨越航行器设计方案，有空中与水下2套动力装置。航行器设计密度大于水，入水时首先逐步降低空气动力装置的转速，减少对航行器的撞击损害；在触水后关闭空气动力装置，依靠航行器自身重力没入水中，接着再启动水下螺旋桨进入潜航状态。航行器出水时，采用2层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，不需要辅助设备并且可以重复使用，具有较强的推广与应用价值。这种分层设计使得航行器在水空介质跨越过程中，至少有一种动力装置单独作用在空气或水中，避免了动力系统在水空两相环境下工作，防止水空混合环境对桨叶造成较大的损坏。

2017年，胡志强等提出了一种水空两用推进装置设计方案，其中主体两侧对称设有附体，主体和附体通过前翼和后翼相连接，垂直稳定翼位于主体上方后部，前翼和后翼上均设有一可翻转的水空两用推进装置。此方案结合了负升力水翼型和多旋翼两种结构，具有较高的启发性。

目前，复合式两栖无人机主要包括倾转旋翼式和四旋翼固定翼复合式，但在应用上，各自都存在局限性，倾转旋翼无人机是在多旋翼无人机的基础上增加了机翼和旋翼倾转装置，旋翼既可以提供垂直起降的升力也可以在倾转后提供前进推力，固定翼则在平飞时提供无人机所需的升力，但是它无法实现扑动功能，隐蔽性和仿生性差，机翼不能变形，不能穿越狭小空间；另一种四旋翼固定翼复合式无人机，它是在普通固定翼无人机的基础上安装了四旋翼系统，这种新型无人机技术综合了四旋翼无人机的垂直起降能力和固定翼无人机的运动效率、速度和航程优势。四旋翼固定翼复合式无人机相较于倾转旋翼无人机，四旋翼不作为推力使用，在高速平飞和水下潜行过程中四旋翼不工作，因此付出了较大的载重和气动代价。

针对现有技术的缺点，本发明从水空两栖机器人的飞行机理获得启发，开发了一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，具体为一种能够实现跨介质飞行并且由旋翼和可变形扑翼复合驱动的水空两栖无人机，其比较于倾转旋翼式来说，应用场合更广，机翼能够变形，隐蔽性更强且能穿越狭小空间；比较于四旋翼固定翼复合式，本发明所述的飞行潜水航行器具有扑翼驱动这一模式，具有创新性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，具体为一种能够实现跨介质飞行并且由旋翼和可变形扑翼复合驱动的水空两栖无人机，其具有固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种飞行模式以及水面航行和水下巡航两种水中运动方式。用于解决以下技术问题：

1)可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器由机身、可倾转的多旋翼机构、可折叠变形扑翼机构和浮筒组成，可倾转的多旋翼机构为航行器在水中航行或空中飞行提供动力，为航行器跨介质飞行提供升力；可折叠变形扑翼机构为航行器在空中飞行提供动力；浮筒为航行器漂浮在水面上提供足够的浮力。

2)可倾转的旋翼机构分别布置了旋翼和水桨，用于空中飞行和水下巡航，并设计了由电机驱动控制的齿轮机构，使旋翼可倾转不同的角度，完成各种工作需求。

3)可折叠变形扑翼机构采用舵机驱动的六杆机构实现机翼折叠功能，以穿过不同的狭窄空间，并由另一舵机驱动，实现机翼的扑动功能，为空中飞行提供动力。

4)本发明从现有的复合式航行器受到启发，创新性的提出扑翼驱动和四旋翼驱动复合的方式，改善了目前航行器所存在的问题，具有良好的应用价值和研究前景。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；

所述机身包括机架2和两个机架连接件6；每个机架连接件6的前部和后部均设有轴承8；所述机架2为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件6分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件6的中部，位于机架连接件6下方；

所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件6之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架2上方；

所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件6的外侧中部；

所述骨架包括前端骨架1、连接骨架3、后端骨架4和环形骨架 5；用于起到对机身的保护作用，并使航行器更加仿生，增加航行器隐蔽性；

所述前端骨架1与环形骨架5的前端连接，环形骨架5的后端与后端骨架4连接，两个机架连接件6的两端分别与前端骨架1和后端骨架4连接，所述机身位于环形骨架5内。

在上述方案的基础上，所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板9、两根方形杆29、连接杆30、连接件Ⅰ31、连接件Ⅱ 32、固定座33、连接件Ⅲ39、控制折叠的舵机b10和控制扑动的舵机a7；

所述六杆折叠机构包括：连杆一34、连杆二35、连杆三36、连杆四37和外段翼38；

所述舵机a7安装于机架连接件6上，每个拱形板9的前端和后端均设有方形孔，中部设有拱形孔，其中一根方形杆29的一端与连接件Ⅱ32的一端连接，另一端依次穿过三个拱形板9后端的方形孔与三个拱形板9固定连接，连接件Ⅱ32的另一端设有通孔，舵机a7 的一端通过螺丝与连接杆30的一端连接，连接杆30的另一端穿过通孔与固定座33连接，固定座33安装于机架连接件6上，舵机a7的另一端通过螺丝与连接件Ⅰ31的一端连接，连接件Ⅰ31的另一端与另一根方形杆29的一端连接，另一根方形杆29的另一端依次穿过三个拱形板9前端的方形孔与三个拱形板9固定连接，所述连接件Ⅲ39 安装于另一根方形杆29上，位于最左侧拱形板9的右侧，所述舵机 b10固定安装于连接件Ⅲ39上；

所述舵机b10的输出轴与连杆二35的一端连接，所述连杆一34 的一端固定于连接件Ⅲ39上，连杆二35的另一端与连杆四37的一端通过转动副连接，连杆三36的一端通过转动副与连杆一34的中部连接，连杆一34的另一端通过转动副与连杆四37的中部连接，外段翼38上设有蒙皮，外段翼38包括五根连杆五，连杆三36的另一端和连杆四37的另一端分别穿过位于右侧的两个拱形板9的拱形孔通过转动副与五根连杆五的一端连接，五根连杆五的一端间隔一定角度设置，并通过弯杆固定，三个拱形板9上设有蒙皮。

控制折叠的舵机b10通过带动杆的转动，使六杆折叠机构折叠变形，拱形板的设计使整体机翼呈流线型，机翼具有较好的气动性能；

在上述方案的基础上，所述可倾转多旋翼机构包括控制倾转角度的电机27、电机座28、大齿轮15、小齿轮16、两个旋翼14、四个旋翼电机13、两个旋翼电机座12、两个水桨17和旋翼共轴杆11；

所述电机27固定安装于电机座28上，电机座28固定安装于机架2的纵梁上，位于开口的一侧，所述电机27与小齿轮16连接，用于带动小齿轮16转动，所述小齿轮16与大齿轮15啮合，小齿轮16 与大齿轮15均位于开口内，大齿轮15固定安装于旋翼共轴杆11的中部，两个旋翼电机座12分别固定安装于旋翼共轴杆11的左部和右部，其中两个旋翼电机13分别安装于位于旋翼共轴杆11左部的旋翼电机座12的上方和下方，另外两个旋翼电机13分别安装于位于旋翼共轴杆11右部的旋翼电机座12的上方和下方，位于旋翼电机座12 上方的旋翼电机13与旋翼14连接，用于带动旋翼14转动，位于旋翼电机座12下方的旋翼电机13与水桨17连接，用于带动水桨17转动，所述旋翼共轴杆11的两端通过轴承8安装在两个机架连接件6 之间。

在上述方案的基础上，所述旋翼14在尺寸上的设计不与机身发生干涉。

通过控制倾转角度的舵机带动小齿轮16转动，再通过小齿轮16 带动大齿轮15和旋翼共轴杆11转动，最后实现固定在旋翼共轴杆 11上的旋翼14倾转不同的角度，满足不同的工作需求。

在上述方案的基础上，所述尾翼包括：舵机c18、连杆a19、连杆b20、尾翼支板21、尾翼板22、插板a23、舵机d24和插板b25；

所述尾翼支板21固定安装于纵梁的后端，所述尾翼板22的前端与舵机c18连接，所述舵机c18固定安装于插板a23上，用于带动尾翼板22的倾转，进而控制尾翼的左右摆动，所述舵机d24固定安装于尾翼支板21的前端右侧，所述连杆a19的一端固定安装于插板a23上，连杆a19的另一端通过螺栓与连杆b20的一端连接，连杆b20的另一端通过螺栓与舵机d24连接，舵机d24用于带动连杆b20和连杆 a19运动，从而带动插板a23、舵机c18和尾翼板22上下摆动，所述插板b25的上端通过螺栓与插板a23的下端连接，所述插板b25的下端通过螺栓与尾翼支板21的后端连接。

通过舵机的转动控制尾翼板的摆动，而尾翼板的摆动可以控制飞行器在固定翼飞行模式时的飞行方向。

在上述方案的基础上，所述水面漂浮装置包括锥形浮筒26和连杆c，连杆c的下端与锥形浮筒26的上表面中部连接，连杆c的上端安装于机架连接件6的中部，用于帮助航行器实现水面漂浮的功能。

在上述方案的基础上，所述航行器有五种运动模式，分别是固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种空中运动方式以及水面航行模式和水下巡航模式两种水中运动方式。

上述技术方案的组成，便可以完成跨介质飞行功能、机翼折叠变形功能、扑翼和四旋翼复合驱动功能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明所设计的一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，在机身结构上采用对称布置，有效保证航行器的运动稳定性，并且将扑翼驱动与四旋翼驱动结合起来，解决了在空中模式下，四旋翼飞行时产生较大噪音、飞行速度较低的问题，在需要执行隐蔽的侦察任务时，航行器采用扑翼驱动，使其运动速度提高，产生的噪音减小，具有更好的隐蔽性。

(2)本发明所设计的一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，在可倾转的多旋翼机构上利用双旋翼共轴原理，设计8个旋翼，呈X型分布，产生更大的升力，使其负载能力加强，运动速度更快，并设计齿轮机构作为倾转机构，使旋翼转动不同角度，满足不同工作需求。

(3)本发明所设计的一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其扑翼具有折叠功能，可穿越不同的狭窄空间，在四旋翼不工作时，采用扑翼驱动方式，在四旋翼工作时，扑翼固定为固定翼，相当于固定翼四旋翼复合式无人机，当需要提高运动速度时，四旋翼通过倾转作为推力装置，在需要实现升起、飞行功能时，四旋翼通过倾转作为升力装置，综上所述，本发明所述的航行器可以根据不同的情况，选择适合的运动方式，提高运动效率。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明的轴测图；

图2-1为本发明的俯视图；

图2-2为本发明的主视图；

图2-3为本发明的侧视图；

图3-1为本发明可变形扑翼机构示意图一；

图3-2为本发明可变形扑翼机构示意图二；

图4-1为本发明的可倾转多旋翼机构示意图一；

图4-2为本发明的可倾转多旋翼机构示意图二；

图5-1为本发明的尾翼示意图一；

图5-2为本发明的尾翼示意图二；

图5-3为本发明的尾翼示意图三；

图6为本发明的旋翼飞行模式示意图；

图7为本发明的扑翼飞行模式示意图；

图8为本发明的固定翼飞行模式示意图；

图9为本发明的水面航行模式示意图；

图10为本发明的水下潜行模式示意图；

图11为本发明的快速上浮模式示意图；

图12为本发明的快速下潜模式示意图；

图中，1、前端骨架，2、机架，3、连接骨架，4、后端骨架，5、环形骨架，6、机架连接件，7、舵机a，8、轴承，9、拱形板，10、舵机b，11、旋翼共轴杆，12、旋翼电机座，13、旋翼电机，14、旋翼，15、大齿轮，16、小齿轮，17、水桨，18、舵机c，19、连杆a， 20、连杆b，21、尾翼支板，22、尾翼板，23、插板a，24、舵机d， 25、插板b，26、锥形浮筒，27、电机，28、电机座，29、方形杆，30、连接杆，31、连接件Ⅰ，32-连接件Ⅱ，33、固定座，34、连杆一，35、连杆二，36、连杆三、37、连杆四，38、外段翼，39、连接件Ⅲ。

具体实施方式

以下结合附图1-12对本发明作进一步详细说明。

一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；

所述机身主要包括机架2和两个机架连接件6；每个机架连接件 6的前部和后部均设有轴承8；所述机架2为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件6分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件6的中部，位于机架连接件6下方；

所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件6之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架2上方；

所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件6的外侧中部；

所述骨架主要包括前端骨架1、连接骨架3、后端骨架4和环形骨架5，用于起到对机身的保护作用，并使航行器更加仿生，增加航行器隐蔽性；通过骨架之间的连接，使机身整体更加仿生，具备隐蔽性，并且骨架起到了一定的保护机体作用。

所述前端骨架1与环形骨架5的前端连接，环形骨架5的后端与后端骨架4连接，两个机架连接件6的两端分别与前端骨架1和后端骨架4连接，所述机身位于环形骨架5内。

在上述方案的基础上，所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板9、两根方形杆29、连接杆30、连接件Ⅰ31、连接件Ⅱ 32、固定座33、连接件Ⅲ39、控制折叠的舵机b10和控制扑动的舵机a7；

所述六杆折叠机构包括：连杆一34、连杆二35、连杆三36、连杆四37和外段翼38；

所述舵机a7安装于机架连接件6上，每个拱形板9的前端和后端均设有方形孔，中部设有拱形孔，其中一根方形杆29的一端与连接件Ⅱ32的一端连接，另一端依次穿过三个拱形板9后端的方形孔与三个拱形板9固定连接，连接件Ⅱ32的另一端设有通孔，舵机a7 的一端通过螺丝与连接杆30的一端连接，连接杆30的另一端穿过通孔与固定座33连接，固定座33安装于机架连接件6上，舵机a7的另一端通过螺丝与连接件Ⅰ31的一端连接，连接件Ⅰ31的另一端与另一根方形杆29的一端连接，另一根方形杆29的另一端依次穿过三个拱形板9前端的方形孔与三个拱形板9固定连接，所述连接件Ⅲ39 安装于另一根方形杆29上，位于最左侧拱形板9的右侧，所述舵机 b10固定安装于连接件Ⅲ39上；

所述舵机b10的输出轴与连杆二35的一端连接，所述连杆一34 的一端固定于连接件Ⅲ39上，连杆二35的另一端与连杆四37的一端通过转动副连接，连杆三36的一端通过转动副与连杆一34的中部连接，连杆一34的另一端通过转动副与连杆四37的中部连接，外段翼38上设有蒙皮，外段翼38包括五根连杆五，连杆三36的另一端和连杆四37的另一端分别穿过位于右侧的两个拱形板9的拱形孔通过转动副与五根连杆五的一端连接，五根连杆五的一端间隔一定角度设置，并通过弯杆固定，三个拱形板9上设有蒙皮。

所述可变形扑翼机构采用的是六杆折叠机构，六杆折叠机构的折叠变形功能主要是通过舵机b10的转动来实现。在扑翼飞行时，是通过舵机a7转动来带动机翼的扑动；在固定翼飞行时，因其扑翼机翼上加装了拱形板9，整体机翼呈流线型，可提高其飞行效率。

在上述方案的基础上，所述可倾转多旋翼机构包括控制倾转角度的电机27、电机座28、大齿轮15、小齿轮16、两个旋翼14、四个旋翼电机13、两个旋翼电机座12、两个水桨17和旋翼共轴杆11；

所述电机27固定安装于电机座28上，电机座28固定安装于机架2的纵梁上，位于开口的一侧，所述电机27与小齿轮16连接，用于带动小齿轮16转动，所述小齿轮16与大齿轮15啮合，小齿轮16 与大齿轮15均位于开口内，大齿轮15固定安装于旋翼共轴杆11的中部，两个旋翼电机座12分别固定安装于旋翼共轴杆11的左部和右部，其中两个旋翼电机13分别安装于位于旋翼共轴杆11左部的旋翼电机座12的上方和下方，另外两个旋翼电机13分别安装于位于旋翼共轴杆11右部的旋翼电机座12的上方和下方，位于旋翼电机座12 上方的旋翼电机13与旋翼14连接，用于带动旋翼14转动，位于旋翼电机座12下方的旋翼电机13与水桨17连接，用于带动水桨17转动，所述旋翼共轴杆11的两端通过轴承8安装在两个机架连接件6 之间。

在上述方案的基础上，所述旋翼14在尺寸上的设计不与机身发生干涉。

通过控制倾转角度的舵机带动小齿轮16转动，再通过小齿轮16 带动大齿轮15和旋翼共轴杆11转动，最后实现固定在旋翼共轴杆 11上的旋翼14倾转不同的角度，满足不同的工作需求。

所述可倾转旋翼机构采用共轴旋翼原理，布置四个旋翼和四个水桨，可提高飞行器的升力，增大其负载能力。

在上述方案的基础上，所述尾翼包括：舵机c18、连杆a19、连杆b20、尾翼支板21、尾翼板22、插板a23、舵机d24和插板b25；

所述尾翼支板21固定安装于纵梁的后端，所述尾翼板22的前端与舵机c18连接，所述舵机c18固定安装于插板a23上，用于带动尾翼板22的倾转，进而控制尾翼的左右摆动，所述舵机d24固定安装于尾翼支板21的前端右侧，所述连杆a19的一端固定安装于插板a23上，连杆a19的另一端通过螺栓与连杆b20的一端连接，连杆b20的另一端通过螺栓与舵机d24连接，舵机d24用于带动连杆b20和连杆 a19运动，从而带动插板a23、舵机c18和尾翼板22上下摆动，所述插板b25的上端通过螺栓与插板a23的下端连接，所述插板b25的下端通过螺栓与尾翼支板21的后端连接。

通过舵机的转动控制尾翼板的摆动，而尾翼板的摆动可以控制飞行器在固定翼飞行模式时的飞行方向。

在上述方案的基础上，所述水面漂浮装置包括锥形浮筒26和连杆c，连杆c的下端与锥形浮筒26的上表面中部连接，连杆c的上端安装于机架连接件6的中部，用于帮助航行器实现水面漂浮的功能。

所述水面漂浮装置主要包括锥形浮筒26，其可以使飞行器在水面上运动，并且其锥形的设计极大的减小了飞行器运动时由浮筒所带来的阻力，可提高航行效率。

本发明航行器共有五种运动模式：分别是固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种空中运动方式以及水面航行模式和水下巡航模式两种水中运动方式。

旋翼飞行模式如图6所示，旋翼垂直向上，转动时提供升力，机翼展开并固定，这种模式可实现航行器自主起降和空中悬停的功能，可无视地形完成起飞降落，完成不同的工作需求。

扑翼飞行模式如图7所示，依靠扑翼带动航行器空中飞行，旋翼不工作，因其外观为鸟的形状，使航行器具有隐蔽性，并且扑翼较于旋翼，其飞行效率高，耗能低。

固定翼飞行模式如图8所示，此时旋翼倾转90度，旋翼转动时为固定翼飞行提供向前的推力，机翼展开并固定，呈固定翼形状，此飞行模式可实现高速飞行，并且承载能力较强。

水面航行模式如图9所示，此运动状态下，机翼折叠并且向上收拢，减小水面运动时的阻力，旋翼倾转90度，旋翼转动时提供向前的推力，锥形浮筒可调节浮力，使航行器漂浮在水面上。

水下潜行模式如图10所示，此运动状态下，机翼折叠并且向上收拢，减小水中运动时的阻力，水桨倾转90度，水桨转动时提供向前的推力，锥形浮筒可调节浮力，使航行器潜入水中，并保持一定的深度。

航行器在水中快速上浮如图11所示，此时水桨垂直向下同时锥形浮筒排水，水桨转动时为航行器上浮提供升力，使其快速上浮。

航行器在水中快速下潜如图12所示，此时水桨垂直向上同时锥形浮筒进水，水桨转动时为航行器下潜提供向下的推力，使其快速下潜。

当航行器从空中入水时，机翼折叠收拢，锥形浮筒进水，水浆转动，为航行器提供向下的推力，当航行器入水后，可根据航行器的所需运动模式，调整水桨倾转角度。

当航行器出水飞向空中时，锥形浮筒先排水，同时水桨倾转角度调整到与机体垂直并反向转动提供航行器向上的推力，当航行器出水后，机翼展开同时旋翼转动，使航行器起飞。

本发明的欲保护点：

1.所述航行器包括机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置。

2.所述可倾转多旋翼机构包括控制倾转角度的电机、电机座、大齿轮、小齿轮、两个旋翼、四个旋翼电机、两个旋翼电机座、两个水桨和旋翼共轴杆；旋翼在尺寸上的设计不与机身发生干涉，采用4个旋翼，呈X型分布，以产生足够的升力，并由控制旋翼转动的舵机转动不同的角度带动旋翼倾转不同的角度，满足不同的工作需求。

3.所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板、两根方形杆、连接杆、连接件Ⅰ、连接件Ⅱ、固定座、连接件Ⅲ、控制折叠的舵机b和控制扑动的舵机a；控制机翼折叠的舵机通过转动，带动杆的转动，使六杆折叠机构折叠或展开，拱形板的设计，使整体机翼呈流线型，在其扑动或固定翼飞行时，具有较好的气动性能，可提高飞行效率。

4.所述的水面漂浮装置采用锥形浮筒，其中锥形浮筒对称布置在机身下方，使无人机可漂浮在水面上，并且浮筒设计成锥形，保证无人机在水下运动和空中飞行时受到较小阻力，保证无人机运动效率。

5.所述骨架采用了环形骨架，并用连接骨架将其连接起来，骨架起到了保护机体的作用，并且使其具有仿生鸟的形状，增加其隐蔽性。

6.本发明共有五种运动模式，分别是固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种空中运动方式以及水面航行模式和水下巡航模式两种水中运动方式。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；

所述机身包括机架(2)和两个机架连接件(6)；所述机架(2)为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件(6)分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件(6)的中部，位于机架连接件(6)下方；

所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件(6)之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架(2)上方；

所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件(6)的外侧中部；

所述骨架包括前端骨架(1)、连接骨架(3)、后端骨架(4)和环形骨架(5)；所述前端骨架(1)与前端的环形骨架(5)连接，后端的环形骨架(5)与后端骨架(4)连接，前端的环形骨架(5)与后端的环形骨架(5)通过连接骨架(3)连接，两个机架连接件(6)的两端分别与前端骨架(1)和后端骨架(4)连接，所述机身位于环形骨架(5)内；

所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板(9)、两根方形杆(29)、连接杆(30)、连接件Ⅰ(31)、连接件Ⅱ(32)、固定座(33)、连接件Ⅲ(39)、控制折叠的舵机b(10)和控制扑动的舵机a(7)；

所述六杆折叠机构包括：连杆一(34)、连杆二(35)、连杆三(36)、连杆四(37)和外段翼(38)；

所述舵机a(7)安装于机架连接件(6)上，每个拱形板(9)的前端和后端均设有方形孔，中部设有拱形孔，其中一根方形杆(29)的一端与连接件Ⅱ(32)的一端连接，另一端依次穿过三个拱形板(9)后端的方形孔与三个拱形板(9)固定连接，连接件Ⅱ(32)的另一端设有通孔，连接杆(30)穿过所述连接件Ⅱ(32)另一端的通孔，舵机a(7)的一端通过螺丝与连接杆(30)的一端连接，连接杆(30)的另一端穿过通孔与固定座(33)连接，固定座(33)安装于机架连接件(6)上，舵机a(7)的另一端通过螺丝与连接件Ⅰ(31)的一端连接，连接件Ⅰ(31)的另一端与另一根方形杆(29)的一端连接，所述另一根方形杆(29)的另一端依次穿过三个拱形板(9)前端的方形孔与三个拱形板(9)固定连接，所述连接件Ⅲ(39)安装于所述另一根方形杆(29)上，位于最内侧拱形板(9)的外侧，所述舵机b(10)固定安装于连接件Ⅲ(39)上；

所述舵机b(10)的输出轴与连杆二(35)的一端连接，所述连杆一(34)的一端通过转动副连接于连接件Ⅲ(39)上，连杆二(35)的另一端与连杆四(37)的一端通过转动副连接，连杆三(36)的一端通过转动副与连杆一(34)的中部连接，连杆一(34)的另一端通过转动副与连杆四(37)的中部连接，外段翼(38)上设有蒙皮，外段翼(38)包括五根连杆五，连杆三(36)的另一端和连杆四(37)的另一端分别穿过位于中间和外侧的两个拱形板(9)的拱形孔通过转动副与五根连杆五的一端连接，五根连杆五的一端间隔角度设置，并通过弯杆固定，三个拱形板(9)上设有蒙皮。

2.如权利要求1所述的可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，所述可倾转多旋翼机构包括控制倾转角度的电机(27)、电机座(28)、大齿轮(15)、小齿轮(16)、两个旋翼(14)、四个旋翼电机(13)、两个旋翼电机座(12)、两个水桨(17)和旋翼共轴杆(11)；

所述电机(27)固定安装于电机座(28)上，电机座(28)固定安装于机架(2)的纵梁上，所述纵梁上设有开口，电机座(28)位于开口的一侧，所述电机(27)与小齿轮(16)连接，用于带动小齿轮(16)转动，所述小齿轮(16)与大齿轮(15)啮合，小齿轮(16)与大齿轮(15)均位于开口内，大齿轮(15)固定安装于旋翼共轴杆(11)的中部，两个旋翼电机座(12)分别固定安装于旋翼共轴杆(11)的左部和右部，其中两个旋翼电机(13)分别安装于位于旋翼共轴杆(11)左部的旋翼电机座(12)的上方和下方，另外两个旋翼电机(13)分别安装于位于旋翼共轴杆(11)右部的旋翼电机座(12)的上方和下方，位于旋翼电机座(12)上方的旋翼电机(13)与旋翼(14)连接，用于带动旋翼(14)转动，位于旋翼电机座(12)下方的旋翼电机(13)与水桨(17)连接，用于带动水桨(17)转动，所述旋翼共轴杆(11)的两端通过轴承(8)安装在两个机架连接件(6)之间。

3.如权利要求1所述的可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，所述尾翼包括：舵机c(18)、连杆a(19)、连杆b(20)、尾翼支板(21)、尾翼板(22)、插板a(23)、舵机d(24)和插板b(25)；

所述尾翼支板(21)固定安装于纵梁的后端，所述尾翼板(22)的前端与舵机c(18)连接，所述舵机c(18)固定安装于插板a(23)上，用于带动尾翼板(22)的倾转，进而控制尾翼的左右摆动，所述舵机d(24)固定安装于尾翼支板(21)的前端左侧，所述连杆a(19)的一端固定安装于插板a(23)上，连杆a(19)的另一端通过螺栓与连杆b(20)的一端连接，连杆b(20)的另一端通过螺栓与舵机d(24)连接，舵机d(24)用于带动连杆b(20)和连杆a(19)运动，从而带动插板a(23)、舵机c(18)和尾翼板(22)上下摆动，所述插板b(25)的上端通过螺栓与插板a(23)的下端连接，所述插板b(25)的下端通过螺栓与尾翼支板(21)的后端连接。

4.如权利要求1所述的可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，所述水面漂浮装置包括锥形浮筒(26)和连杆c，连杆c的下端与锥形浮筒(26)的上表面中部连接，连杆c的上端安装于机架连接件(6)的中部。

5.如权利要求1所述的可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，所述航行器有五种运动模式，分别是固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种空中运动方式以及水面航行模式和水下巡航模式两种水中运动方式。

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