CN113580860A - 高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，包括：导流组件、密封舱组件、水平推进器组件、垂直推进器组件以及机翼组件；所述导流组件与密封舱组件连接；所述水平推进器组件设置于密封舱组件的艉部；所述垂直推进器组件与机翼组件相连；所述机翼组件安装在密封舱组件上。本发明提出了基于组合推进原理的海空跨域飞行探测平台设计，使海空跨域探测平台具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较大的负载能力。

Description

高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台

技术领域

本发明涉及无人机及机器人领域，具体地，涉及一种高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台。

背景技术

海空跨域航行平台最早是由苏联开展LPL水空跨介质飞行探测平台项目时提出的。由于水和空气物理属性的巨大差异，很难设计出兼容水下航行和空中飞行的外形结构与推进系统，因此在过去几十年，大部分研究仅限于水上飞机和地效翼船等。按照技术发展的特点，可将海空跨域航行平台大体上分为三类：1)水上飞机和地效翼船等在水面停泊的；2)潜射无人机、潜射导弹和空投雷弹等仅单次跨越水气界面的；3)多次跨越水气界面，可以分别在水中和空气中航行的。显然，与水上飞机和潜射无人机等相比，第3类海空跨域航行平台的航行区域都得到了很大的延伸。近几年由于军事需求的推动，结合当前成熟的无人机和水下航行器技术来开发无人自主海空跨域航行平台，已成为国内外科学家关注的热点。从发表的文献资料来看，目前大部分研究是参考自然界具有优异水空运动能力的生物，开展相关推进原理研究、海空航行机理与原理样机探究等方面的工作。

本专利研发一种可搭载在搜救船上，可多次跨越水气界面、可同时自主在空中和海中航行，具备对突发海难事故，诸如沉船和油轮燃烧，进行快速空中和水下探测以及事故评估的组合推进式海空跨域自主飞行探测平台。当某个海域发生海难事故，尤其发生沉船事故时，救援船可将搭载的跨域飞行探测平台释放，此探测平台可通过空中高速飞行快速到达事故现场，首先从空域范围对海面环境诸如浓烟、火灾、船舶沉没姿态和逃生人员进行快速评估。若船舶已沉没，在有强烈海流的环境下，沉船可能会发生大范围漂移，造成沉船地点与事故地点相差甚远。此跨域探测平台可潜入水中，通过携带的图像声呐对沉船姿态、受损情况以及沉没海域的地形情况进行探测和评估。完成水下探测任务后，该探测平台飞出水面，在空域通过无线电数据链将关键信息回传给搜救船，以便搜救船进行及时决策，制定下一步的救援计划。完成所有任务后，该飞行探测平台通过空中飞行在母船附近降落，并被打捞回收。

组合推进式海空跨域飞行探测平台将有助于提升我国海洋事故快速评价和海难事故的快速搜救。

专利文献为CN108945342A的发明专利公开了一种无人船搭载无人机的海上搜救设备。包括用于执行搜救任务的无人机、用于搭载无人机的无人船以及地面监控平台，本发明将无人机和无人船有效相结合，提高了无人机的续航能力和搜救范围，同时通过地面监控平台可以对无人船和无人机分别进行远程监控和控制，减少搜救人力的投入，降低搜救成本，为海上救援任务提供了有效保障。但是上述方案使用单一，无法实现海空多种环境的切换。

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高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台。

根据本发明提供的一种高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，包括导流组件、密封舱组件、水平推进器组件、垂直推进器组件以及机翼组件，其中：

所述导流组件与密封舱组件连接；

所述水平推进器组件设置于密封舱组件的艉部；

所述垂直推进器组件与机翼组件相连；

所述机翼组件安装在密封舱组件上。

优选地，所述密封舱组件包括密封舱艏部舱盖部件、密封舱本体部件2、密封舱内部安装支架、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件，其中：

所述密封舱艏部舱盖部件与密封舱本体部件2前端相连；

所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件2后端相连；

所述密封舱内部安装支架设置于密封舱本体部件2内部；

所述水密穿舱件安装在密封舱艏部和艉部舱盖上。

优选地，所述导流组件包括前导流罩部件1和后导流罩部件5，其中：

所述前导流罩部件1安装在密封舱组件艏部舱盖部件上；

后导流罩部件5安装在密封舱组件艉部舱盖部件上。

优选地，所述机翼组件包括机翼部件6、水平俯仰舵部件3、机翼部件安装支架以及水平俯仰舵部件安装支架，其中：

所述机翼部件6通过机翼部件安装支架与密封舱本体部件2紧固连接；

所述水平俯仰舵部件3通过水平俯仰舵部件安装支架与密封舱组件艉部舱盖紧固连接。

优选地，所述水平推进器组件包括水平推进器螺旋桨部件4、无刷电机部件以及水平推进器安装支架部件，其中：

所述水平推进器螺旋桨部件4安装在无刷电机部件上；

所述无刷电机部件安装在水平推进器安装支架部件上；

所述水平推进器安装支架部件安装在密封舱艉部舱盖部件上。

优选地，所述垂直推进器组件包括垂直推进器安装支架部件7、垂直推进器螺旋桨部件8以及无刷电机部件9，其中：

所述垂直推进器螺旋桨部件8安装在无刷电机部件9上；

所述无刷电机部件9安装在垂直推进器安装支架部件7上；

所述垂直推进器安装支架部件7安装在机翼部件6上。

优选地，所述密封舱组件还包括主控板、无线通信部件、GPS模块、小型高精度惯性导航模块以及锂电池组，其中：

所述主控板、无线通信部件、GPS模块、小型高精度惯性导航模块、锂电池组设置于密封舱内部安装支架上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将传统AUV、固定翼无人机和四旋翼无人机的设计理念相结合，使组合推进式海空跨域飞行探测平台具备空中飞行和水下潜航两种模式：在空中飞行模式下，海空跨域飞行探测平台可以像四旋翼无人机一样垂直起飞和降落，可以像固定翼无人机一样高速飞行，在空域执行诸如海域巡逻侦察、海洋环境调查、污染水域监测等任务；在水下潜航模式下，可以执行水下环境的快速评估、水下搜救等任务。

2、本发明采用基于升力原理的正浮力组合推进式海空跨域飞行探测平台设计。该海空跨域飞行探测平台没有浮力调节装置，其机翼采用浮力材料填充的实心耐压结构，可为海空跨域飞行探测平台提供浮力。

3、本发明在水下航行时，由无刷电机和推进式螺旋桨提供航行的推力，并且由机身和机翼提供垂直向下的升力克服浮力下潜航行。由于海空跨域飞行探测平台整体是正浮力的，在其上浮过程中可以节省电能。组合推进式海空跨域飞行探测平台具有较强的环境自适应能力和较高的安全性。

4、本发明采用四旋翼系统垂直起飞及降落，并且四旋翼系统具有自旋翼的工作特性。四旋翼系统相对于机身设计有正安装角，海空跨域飞行探测平台在空中水平飞行时多旋翼系统并不会停止工作，多旋翼系统的螺旋桨因为阻力产生自转，增加升力，从而减少海空跨域飞行探测平台动力系统电量消耗。同时与传统多旋翼无人机一样，该海空跨域飞行探测平台在空中可以进行悬停。

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是本发明中所述组合推进式海空跨域飞行探测平台的结构示意图。

图2是本发明中所述组合推进式海空跨域飞行探测平台的俯视示意图。

图3是本发明中所述组合推进式海空跨域飞行探测平台的前视示意图。

图4是本发明中所述组合推进式海空跨域飞行探测平台的侧视示意图。

图5是本发明中所述组合推进式海空跨域飞行探测平台的工作模式示意图。

图中示出：

前导流罩部件1

密封舱本体部件2

水平俯仰舵部件3

水平推进器螺旋桨部件4

后导流罩部件5

机翼部件6

垂直推进器安装支架部件7

垂直推进器螺旋桨部件8

无刷电机部件9

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。

如图1至5所示，根据本发明提出的一种组合推进式海空跨域飞行探测平台，包括：导流组件、密封舱组件、水平推进器组件、垂直推进器组件以及机翼组件；所述导流组件与密封舱组件连接；所述水平推进器组件设置于密封舱组件的艉部；所述垂直推进器组件与机翼组件相连；所述机翼组件安装在密封舱组件上。从而使组合推进式海空跨域飞行探测平台具有空中飞行和水下潜航功能，且可以快速稳定进行出入水转换。

所述密封舱组件包括：密封舱艏部舱盖部件、密封舱本体部件2、密封舱内部安装支架、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件；所述密封舱艏部舱盖部件与密封舱本体部件2前端相连；所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件2后端相连；所述密封舱内部安装支架设置于密封舱本体部件2内部；所述水密穿舱件安装在密封舱艏部和艉部舱盖上。

所述导流组件包括：前导流罩部件1、后导流罩部件5；所述前导流罩部件1安装在密封舱艏部舱盖部件上，后导流罩部件5安装在密封舱组件艉部舱盖上。

所述机翼组件包括：机翼部件6、水平俯仰舵部件3、机翼部件安装支架以及水平俯仰舵部件安装支架；所述机翼部件6通过机翼部件安装支架与密封舱本体部件2紧固连接；所述水平俯仰舵部件3通过水平俯仰舵部件安装支架与密封舱组件艉部舱盖紧固连接。

所述水平推进器组件包括：水平推进器螺旋桨部件4、无刷电机部件以及水平推进器安装支架部件；所述水平推进器螺旋桨部件4安装在无刷电机部件上；所述无刷电机部件安装在水平推进器安装支架部件上；所述水平推进器安装支架部件安装在密封舱艉部舱盖部件上。

所述垂直推进器组件包括：垂直推进器螺旋桨部件8、无刷电机部件9以及垂直推进器安装支架部件7；所述垂直推进器螺旋桨部件8安装在无刷电机部件9上；所述无刷电机部件9安装在垂直推进器安装支架部件7上；所述垂直推进器安装支架部件7安装在机翼部件6上。

所述密封舱组件还包括：主控板、无线通信部件、北斗/GPS模块、小型高精度惯性导航模块、锂电池组；所述主控板、无线通信部件、北斗/GPS模块、小型高精度惯性导航模块、锂电池组设置于密封舱内部安装支架上。

具体地，在一个实施例中，一种组合推进式海空跨域飞行探测平台，包括导流组件、密封舱组件、水平推进器组件、垂直推进器组件以及机翼组件。导流组件与密封舱组件连接，水平推进器组件设置于密封舱组件的艉部，垂直推进器组件与机翼组件相连，机翼组件安装在密封舱组件上。从而使组合推进式海空跨域飞行探测平台具有空中飞行和水下潜航功能，且可以快速稳定进行出入水转换。密封舱组件包括密封舱艏部舱盖部件、密封舱本体部件2、密封舱内部安装支架、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件。密封舱艏部舱盖部件与密封舱本体部件2前端相连，密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件2后端相连，密封舱内部安装支架设置于密封舱本体部件2内部，在密封舱内部安装支架上可以安装主控板、无线通信部件、北斗/GPS模块、小型高精度惯性导航模块、锂电池组等。水密穿舱件安装在密封舱艏部和艉部舱盖上。导流组件包括前导流罩部件1、后导流罩部件5。前导流罩部件1安装在密封舱艏部舱盖部件上，后导流罩部件5安装在密封舱组件艉部舱盖上。机翼组件包括机翼部件6、水平俯仰舵部件3、机翼部件安装支架以及水平俯仰舵部件安装支架。机翼部件6通过机翼部件安装支架与密封舱本体部件2紧固连接。所述水平俯仰舵部件3通过水平俯仰舵部件安装支架与密封舱组件艉部舱盖紧固连接。水平推进器组件包括水平推进器螺旋桨部件4、无刷电机部件以及水平推进器安装支架部件。水平推进器螺旋桨部件4安装在无刷电机部件上，无刷电机部件安装在水平推进器安装支架部件上，水平推进器安装支架部件安装在密封舱艉部舱盖部件上。垂直推进器组件包括垂直推进器螺旋桨部件8、无刷电机部件9以及垂直推进器安装支架部件7。垂直推进器螺旋桨部件8安装在无刷电机部件9上，无刷电机部件9安装在垂直推进器安装支架部件7上，垂直推进器安装支架部件7安装在机翼部件6上。

如附图5所示，该组合推进式海空跨域飞行探测平台可以通过舰船或从岸边释放到水中，当某个海域发生海难事故，尤其发生沉船事故时，救援船可将搭载的跨域飞行探测平台释放，此海空跨域飞行探测平台可通过空中高速飞行快速到达事故现场，首先从空域范围对海面环境诸如浓烟、火灾、船舶沉没姿态和逃生人员进行快速评估。若船舶已沉没，在有强烈海流的环境下，沉船可能会发生大范围漂移，造成沉船地点与事故地点相差甚远。因此海空跨域飞行探测平台可潜入水中，通过携带的图像声呐对沉船姿态、受损情况以及沉没海域的地形情况进行探测和评估。完成水下探测任务后，该飞行探测平台飞出水面，在空域通过无线电数据链将关键信息回传给搜救船，以便搜救船进行及时决策，制定下一步的救援计划。完成所有任务后，该飞行探测平台通过空中飞行在母船附近降落，并被打捞回收。

本发明将传统AUV、固定翼无人机和四旋翼无人机的设计理念相结合，使组合推进式海空跨域飞行探测平台具备空中飞行和水下潜航两种模式：在空中飞行模式下，海空跨域飞行探测平台可以像空中无人一样执行诸如海域巡逻侦察、海洋环境调查、污染水域监测等任务；在水下潜航模式下，由于其具有机动性好、航速较高等特性，可以执行水下环境的快速评估、水下搜救等任务。本发明采用基于升力原理的正浮力组合推进式海空跨域飞行探测平台设计。该海空跨域飞行探测平台没有浮力调节装置，其机翼采用浮力材料填充的实心耐压结构，可为海空跨域飞行探测平台提供浮力。它在水下航行时，由无刷电机和推进式螺旋桨提供航行的推力，并且由机身和机翼提供垂直向下的升力克服浮力下潜航行。由于海空跨域飞行探测平台整体是正浮力的，在其上浮过程中可以节省电能。组合推进式海空跨域飞行探测平台具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。本发明采用四旋翼系统垂直起飞及降落，并且四旋翼系统具有自旋翼的工作特性。四旋翼系统相对于机身设计有正安装角，海空跨域飞行探测平台在空中水平飞行时多旋翼系统并不会停止工作，多旋翼系统的螺旋桨因为阻力产生自转，增加升力，减少海空跨域飞行探测平台动力系统电量消耗。同时与传统多旋翼无人机一样，该海空跨域飞行探测平台在空中可以进行悬停。从而该组合推进式海空跨域飞行探测平台能够承担起海域巡逻侦察、海上中继通信、水下环境快速评估、水下搜救等任务。

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。

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 (7)

1.一种高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，包括导流组件、密封舱组件、水平推进器组件、垂直推进器组件以及机翼组件，其中：

所述导流组件与密封舱组件连接；

所述水平推进器组件设置于密封舱组件的艉部；

所述垂直推进器组件与机翼组件相连；

所述机翼组件安装在密封舱组件上。

2.根据权利要求1所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述密封舱组件包括密封舱艏部舱盖部件、密封舱本体部件(2)、密封舱内部安装支架、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件，其中：

所述密封舱艏部舱盖部件与密封舱本体部件(2)前端相连；

所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件(2)后端相连；

所述密封舱内部安装支架设置于密封舱本体部件(2)内部；

所述水密穿舱件安装在密封舱艏部和艉部舱盖上。

3.根据权利要求2所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述导流组件包括前导流罩部件(1)和后导流罩部件(5)，其中：

所述前导流罩部件(1)安装在密封舱组件艏部舱盖部件上；

后导流罩部件(5)安装在密封舱组件艉部舱盖部件上。

4.根据权利要求1所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述机翼组件包括机翼部件(6)、水平俯仰舵部件(3)、机翼部件安装支架以及水平俯仰舵部件安装支架，其中：

所述机翼部件(6)通过机翼部件安装支架与密封舱本体部件(2)紧固连接；

所述水平俯仰舵部件(3)通过水平俯仰舵部件安装支架与密封舱组件艉部舱盖紧固连接。

5.根据权利要求1所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述水平推进器组件包括水平推进器螺旋桨部件(4)、无刷电机部件以及水平推进器安装支架部件，其中：

所述水平推进器螺旋桨部件(4)安装在无刷电机部件上；

所述无刷电机部件安装在水平推进器安装支架部件上；

所述水平推进器安装支架部件安装在密封舱艉部舱盖部件上。

6.根据权利要求1所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述垂直推进器组件包括垂直推进器安装支架部件(7)、垂直推进器螺旋桨部件(8)以及无刷电机部件(9)，其中：

所述垂直推进器螺旋桨部件(8)安装在无刷电机部件(9)上；

所述无刷电机部件(9)安装在垂直推进器安装支架部件(7)上；

所述垂直推进器安装支架部件(7)安装在机翼部件(6)上。

7.根据权利要求2所述的高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台，其特征在于，所述密封舱组件还包括主控板、无线通信部件、GPS模块、小型高精度惯性导航模块以及锂电池组，其中：

所述主控板、无线通信部件、GPS模块、小型高精度惯性导航模块、锂电池组设置于密封舱内部安装支架上。

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