CN115214839A - 飞行姿态可调式水翼、载具、控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行姿态可调式水翼、载具、控制系统及方法，涉及水上载具技术领域。其为飞机形态水翼，所述飞机形态水翼包括：机身，具有一个航进方向；前翼，设有两组，两组所述前翼分别一一对应固接于所述机身沿其航进方向的两侧部，且两组所述前翼以所述机身在其航进方向的中线对称设置；两组所述前翼的后缘均转动设有襟翼，所述襟翼与所述前翼之间的连接部位装配有作动器；飞行控制器，设于所述机身，所述飞行控制器的控制输出端与所述作动器之间电性连接，解决了现有技术中的水翼在需主动调整飞行姿态时无法更好地满足大幅度、灵活调整飞行姿态的使用需求，对载具的操作灵活性存在较大限制的技术问题。

Description

飞行姿态可调式水翼、载具、控制系统及方法

技术领域

本发明涉及水上载具技术领域，具体而言，涉及一种飞行姿态可调式水翼、载具、控制系统及方法。

背景技术

目前，水上载具的水翼多为固定式翼型，其主要作用是提高航行升阻比，借助水翼在水下起飞，使载具抬升脱离水面，从而减小水阻力，实现载具更高航速、航程的目的。现有的水翼通常是利用尾舵面控制实现水翼的航向偏移，其主动调整飞行姿态的手段无法更好地满足大幅度、灵活调整飞行姿态的使用需求，比如水翼冲浪板、水翼水上摩托。尤其是，现有水翼在水上摩托的应用，其航行姿态仅能以较平稳的姿态航行，不能做较大幅度的倾倒，对水上摩托等载具的操作灵活性有较大限制，难以针对不同的实际情况需求完成灵活操作。

发明内容

为此，本发明提供了一种飞行姿态可调式水翼、载具、控制系统及方法，以解决现有技术中的水翼在需主动调整飞行姿态时无法更好地满足大幅度、灵活调整飞行姿态的使用需求，对载具的操作灵活性存在较大限制的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供了一种飞行姿态可调式水翼，其为飞机形态水翼，所述飞机形态水翼包括：

机身，具有一个航进方向；

前翼，设有两组，两组所述前翼分别一一对应固接于所述机身沿其航进方向的两侧部，且两组所述前翼以所述机身在其航进方向的中线对称设置；

两组所述前翼的后缘均转动设有襟翼，所述襟翼与所述前翼之间的连接部位装配有作动器；

飞行控制器，设于所述机身；

所述飞行控制器的控制输出端与所述作动器之间电性连接。

在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：

作为本发明的进一步方案，所述襟翼相对于所述前翼伸缩设置；

所述襟翼、所述襟翼连接所述前翼的部位及其对应的所述作动器均与所述前翼之间滑动设置并通过电力驱动部件进行滑动驱动；

所述电力驱动部件与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接。

作为本发明的进一步方案，还包括：

动力机构，与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接；

所述动力机构设有两组，两组所述动力机构分别一一对应外设于两组所述前翼的下方，和/或

所述动力机构外设于所述机身的下方/上方，和/或

所述动力机构同轴外设于所述机身的正后方。

作为本发明的进一步方案，所述前翼的后缘还转动设有副翼，所述副翼设有两组，两组所述副翼分别一一对应位于两组所述襟翼对应所述机身的外侧；

两组所述副翼与所述前翼之间的连接部位均装配有作动器。

作为本发明的进一步方案，还包括：

尾翼，直接固接或通过连杆固接于所述机身沿其航进方向的后端。

作为本发明的进一步方案，所述尾翼与所述机身之间相转动设置且所述尾翼与所述机身之间的连接部位装配有作动器，或，所述尾翼的后缘转动设有可相对所述尾翼偏转的尾翼舵，且所述尾翼舵与所述尾翼之间的连接部位装配有作动器。

作为本发明的进一步方案，所述机身的后端上缘还设有垂尾，所述垂尾自所述机身的后端外缘朝远离所述机身方向延伸；

所述垂尾与所述机身之间相转动设置且所述垂尾与所述机身之间的连接部位装配有作动器，或，所述垂尾的后缘转动设有可相对所述垂尾偏转的垂尾舵，所述垂尾舵与所述垂尾之间的连接部位装配有作动器。

根据本发明的第二方面，提供了一种载具，包括载具船体，还包括所述的飞行姿态可调式水翼，所述载具船体的底部与桅杆的一端之间相固接，所述桅杆的另一端与所述水翼的机身上缘相固接。

根据本发明的第三方面，提供了一种飞行姿态控制系统，应用于所述的载具，所述飞行姿态控制系统包括分别设于所述载具船体且分别与所述飞行控制器的控制输入端之间电性连接的操作器、超声波传感器、陀螺仪、垂直加速度传感器、水平加速度传感器和速度传感器；

所述操作器向所述飞行控制器发送操作信号；

所述超声波传感器探测载具航进方向与载具下方预定角度范围内的载具距离水面高度的水面高度信息，所述陀螺仪、所述垂直加速度传感器、所述水平加速度传感器及所述速度传感器共同捕捉所述载具船体的姿态信息；

所述飞行控制器利用获取的操作信号、水面高度信息、飞行姿态信息进行结算，并向所述作动器发出控制指令自动调整所述水翼的飞行姿态，使所述载具按预设的姿态和轨迹航行。

根据本发明的第四方面，提供了一种根据所述飞行姿态控制系统的飞行姿态控制方法，包括如下步骤：

飞行控制器获取载具航进的实时操控信息与数据信息，并结算获得结果；

飞行控制器根据结算结果向作动器发送作动指令；

作动器根据作动指令控制水翼对应偏转，调整飞行姿态和航行轨迹。

本发明具有如下有益效果：

该水翼结构能够在提高水翼升阻比实现载具具备更高航速、航程的基础上，还可通过对于翼面及舵面的偏转控制有效实现水翼的快速爬升、俯冲以及滚转操作，提升了整体结构的功能灵活性及实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之一。

图2为本发明实施例1提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之二。

图3为本发明实施例1提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之三。

图4为本发明实施例2提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图。

图5为本发明实施例3提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图。

图6为本发明实施例4提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之一。

图7为本发明实施例4提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之二。

图8为本发明实施例5提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之一。

图9为本发明实施例5提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之二。

图10为本发明实施例5提供的飞行姿态可调式水翼的结构示意图之三。

图11为本发明实施例提供的载具结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

机身1；前翼2、襟翼21、副翼22；尾翼3、尾翼舵31；

桅杆4；垂尾5、垂尾舵51；动力机构6；整流罩7；载具船体8。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图10所示，本发明实施例提供了一种飞机形态的飞行姿态可调式水翼，包括机身1以及分别固接于所述机身1的前翼2、尾翼3和桅杆4，用以以飞机形态的水翼为基础实现水翼在水下飞行姿态的灵活调整。

实施例1

具体地，所述机身1具有一个航进方向；所述前翼2设有两组，两组所述前翼2分别一一对应固接于所述机身1沿其航进方向上的两侧部，且两组所述前翼2分别自所述机身1的两侧部向所述机身1的两侧外部对称延伸；两组所述前翼2的后缘均转动设有襟翼21，所述襟翼21在水翼起飞时均相对所述前翼2向上偏转，以此提高起飞的升力系数，帮助水翼快速爬升；当所述襟翼21均相对所述前翼2向下偏转时，可实现水翼俯冲动作；当两侧所述襟翼21相对所述前翼2分别向上向下呈相反方向偏转时，能够实现水翼的滚转操作。

更为具体的是，所述飞机形态的飞行姿态可调式水翼还包括飞行控制器和作动器；其中，所述飞行控制器可内置于水翼的防水舱室内，也可以置于水翼所承载的载具内，所述飞行控制器的控制输出端与所述作动器之间电性连接，所述作动器分别装配于所述襟翼21与所述前翼2之间的连接部位，用以通过作动器有效控制设于前翼2的襟翼21根据实际需求做偏转动作。

作为本实施例的一种优选方案，所述襟翼21相对所述前翼2伸缩设置，用以使襟翼21可相对前翼2向后伸缩，从而获得更大的翼展面积，获得更大升力，并且所述襟翼21在相对前翼2伸缩设置的基础上，同时相对前翼2仍可上下偏转。所述襟翼21与所述前翼2之间的具体设置结构可选择但不限于：所述襟翼21、所述襟翼21连接所述前翼2的部位及其对应的所述作动器均与所述前翼2之间滑动设置并通过电力驱动部件进行滑动驱动，例如电推杆，所述电力驱动部件与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接。

作为本实施例的又一种优选方案，两组所述前翼2分别自所述机身1的两侧部向所述机身1的两侧外部并所述机身1的后端方向对称延伸，呈后掠翼型。

所述尾翼3固接于所述机身1沿其航进方向的后端，以通过尾翼3实现对水翼的平衡控制。可选的是，请继续参考图1至图3，所述尾翼3的设置结构可采用但不限于：所述尾翼3设有两组，两组所述尾翼3分别沿所述机身1在其航进方向上的中线对称分布于所述机身1的后端两侧部；和/或，所述尾翼3通过支架固接于所述机身1后端的上侧部和/或下侧部。

所述桅杆4呈竖向布置，且所述桅杆4的底部一端与所述机身1上缘之间相固接，所述桅杆4的顶部一端用于连接载具，用以能够通过桅杆4在航行时起到支撑载具，使载具脱离水面从而实现低阻力航行的作用。

实施例2

在实施例2中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例2在实施例1的基础上作出了改进，请参考图4，所述前翼2的后缘还转动设有副翼22，所述副翼22设有两组，两组所述副翼22分别一一对应位于两组所述襟翼21对应所述机身1的外侧，且两组所述副翼22与所述前翼2之间的连接部位均装配有作动器，用以通过副翼22设置配合襟翼21同步实现对水翼的爬升俯冲控制，同时副翼22可分别相对前翼2进行向上向下偏相反偏转时，与襟翼21同步配合实现水翼滚转的灵活操作。

实施例3

在实施例3中，对于与实施例1和2中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例3在实施例2的基础上作出了改进，请参考图5，所述尾翼3能够与所述襟翼21和所述副翼22同步辅助水翼进行爬升俯冲控制。

作为本实施例的一种可选方案，所述尾翼3与所述机身1之间相转动设置，且所述尾翼3与所述机身1之间的连接部位装配有作动器，用以使得尾翼3本身可直接相对机身1上下偏转，进而对应控制水翼的上仰、俯冲姿态。

作为本实施例的另一种可选方案，所述尾翼3不可偏转，所述尾翼3的后缘转动设有可相对所述尾翼3偏转的尾翼舵31，所述尾翼舵31与所述尾翼3之间的连接部位装配有作动器，用以使得尾翼舵31可相对尾翼3进行上下偏转，进而对应同步控制水翼的上仰、俯冲姿态。

实施例4

在实施例4中，对于与实施例1至3中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例4在实施例3的基础上作出了改进，请参考图6至图7，所述机身1的后端上缘还设有垂尾5，所述垂尾5自所述机身1的后端外缘朝远离所述机身1的方向延伸，用以使水翼在维持飞行姿态下，可通过垂尾5控制水翼在水平方向的航向偏移效果，并会耦合有翻滚作用，也就是说，垂尾5起到的作用是使水翼具有更为灵活多样的飞行姿态、动作控制方式。

作为本实施例的一种可选方案，所述垂尾5与所述机身1之间相转动设置，且所述垂尾5与所述机身1之间的连接部位装配有作动器，用以使垂尾5本身可直接相对机身1进行左右偏转，进而对应控制水翼在水平方向的航向偏移。

作为本实施例的另一种可选方案，所述垂尾5不可偏转，所述垂尾5的后缘转动设有可相对所述垂尾5偏转的垂尾舵51，所述垂尾舵51与所述垂尾5之间的连接部位装配有作动器，用以使得垂尾舵51可相对垂尾5进行左右偏转，进而对应控制水翼在水平方向上的航向偏移。

实施例5

在实施例5中，对于与实施例1至4中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例5在实施例4的基础上作出了改进，请参考图8至图10，所述水翼还包括动力机构6，所述动力机构6与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接，用以通过动力机构6显著提升水翼自身的动力性能。

作为本实施例的一种可选方案，如图8所示，所述动力机构6设有两组，两组所述动力机构6分别一一对应外设于两组所述前翼2的下方。

作为本实施例的另一种可选方案，如图9所示，所述动力机构6外设于所述机身1的下方或上方。

作为本实施例的又一种可选方案，如图10所示，所述动力机构6同轴外设于所述机身1的正后方。

需要说明的是，所述动力机构6采用与所述机身1一体化设计的导管式螺旋桨系统或喷射系统，所述机身1前端为进水口，所述机身1后端为出水口。

作为本实施例的一种优选方案，请继续参考图8至图10，所述前翼2的下缘还固接有整流罩7，所述整流罩7对应包覆于所述前翼2的作动器外侧，用以通过整流罩7有效调整水流状态，提升整体水翼的减阻效果。

如图11所示，本发明实施例还提供了一种载具，包括上述的飞机形态的飞行姿态可调式水翼，还包括载具船体8，所述载具船体8的底部与所述桅杆4的一端之间相固接，所述桅杆4的另一端与上述水翼的机身1上缘相固接。

优选的是，所述载具船体8的外围下部还固接设有浮筒，用以通过浮筒增加载具船体8的静浮力。

本发明实施例还提供了一种飞行姿态控制系统，包括分别设于所述载具船体8且分别与所述飞行控制器的控制输入端之间电性连接的超声波传感器、陀螺仪、垂直加速度传感器、水平加速度传感器和速度传感器；其中，所述超声波传感器用以探测载具航进方向与载具下方预定角度范围内的载具距离水面高度的水面高度信息，所述陀螺仪、所述垂直加速度传感器、所述水平加速度传感器及所述速度传感器共同捕捉所述载具船体8的姿态信息，所述飞行控制器利用获取的载具距离水面高度的水面高度信息、飞行姿态信息进行快速结算，并向作动器发出控制指令自动调整水翼的飞行姿态，使所述载具按预设的姿态和轨迹航行。

优选地，所述载具控制系统还包括操作器，所述操作器与所述飞行控制器之间电性连接，操作器用于向飞行控制器发送操作信号，使驾驶员控制载具的航行方向、加减速等。需要说明的是，操作器的组件形式多样，可以是油门、操作杆、刹车、方向盘等现有技术组件构成。

所述飞行控制器分别获取操作信号、水面高度信息和飞行姿态信息，飞行控制器根据操作信号、水面高度信息、飞行姿态信息进行快速结算，半自动调整水翼飞行姿态，使所述水上载具按照预设的姿态、轨迹航行。

本发明实施例还提供了一种飞行姿态控制方法，包括如下步骤：

飞行控制器获取载具航进的实时操控信息与数据信息，并快速结算；

具体为：飞行控制器通过操作器、传感器和陀螺仪获取操作信号、水面高度信息、飞行姿态信息，并快速结算；

飞行控制器根据结算结果向作动器发送作动指令；

作动器根据作动指令控制舵面对应偏转，调整飞行姿态，即可。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种飞行姿态可调式水翼，其特征在于，其为飞机形态水翼，所述飞机形态水翼包括：

机身，具有一个航进方向；

前翼，设有两组，两组所述前翼分别一一对应固接于所述机身沿其航进方向的两侧部，且两组所述前翼以所述机身在其航进方向的中线对称设置；

两组所述前翼的后缘均转动设有襟翼，所述襟翼与所述前翼之间的连接部位装配有作动器；

飞行控制器，设于所述机身；

所述飞行控制器的控制输出端与所述作动器之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，

所述襟翼相对于所述前翼伸缩设置；

所述襟翼、所述襟翼连接所述前翼的部位及其对应的所述作动器均与所述前翼之间滑动设置并通过电力驱动部件进行滑动驱动；

所述电力驱动部件与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接。

3.根据权利要求1所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，还包括：

动力机构，与所述飞行控制器的控制输出端之间电性连接；

所述动力机构设有两组，两组所述动力机构分别一一对应外设于两组所述前翼的下方，和/或

所述动力机构外设于所述机身的下方/上方，和/或

所述动力机构同轴外设于所述机身的正后方。

4.根据权利要求1所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，

所述前翼的后缘还转动设有副翼，所述副翼设有两组，两组所述副翼分别一一对应位于两组所述襟翼对应所述机身的外侧；

两组所述副翼与所述前翼之间的连接部位均装配有作动器。

5.根据权利要求1所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，还包括：

尾翼，直接固接或通过连杆固接于所述机身沿其航进方向的后端。

6.根据权利要求5所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，

所述尾翼与所述机身之间相转动设置且所述尾翼与所述机身之间的连接部位装配有作动器，或，所述尾翼的后缘转动设有可相对所述尾翼偏转的尾翼舵，且所述尾翼舵与所述尾翼之间的连接部位装配有作动器。

7.根据权利要求1所述的飞行姿态可调式水翼，其特征在于，

所述机身的后端上缘还设有垂尾，所述垂尾自所述机身的后端外缘朝远离所述机身方向延伸；

所述垂尾与所述机身之间相转动设置且所述垂尾与所述机身之间的连接部位装配有作动器，或，所述垂尾的后缘转动设有可相对所述垂尾偏转的垂尾舵，所述垂尾舵与所述垂尾之间的连接部位装配有作动器。

8.一种载具，包括载具船体，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一项所述的飞行姿态可调式水翼，所述载具船体的底部与桅杆的一端之间相固接，所述桅杆的另一端与所述水翼的机身上缘相固接。

9.一种飞行姿态控制系统，应用于如权利要求8所述的载具，其特征在于，所述飞行姿态控制系统包括分别设于所述载具船体且分别与所述飞行控制器的控制输入端之间电性连接的操作器、超声波传感器、陀螺仪、垂直加速度传感器、水平加速度传感器和速度传感器；

所述操作器向所述飞行控制器发送操作信号；

所述超声波传感器探测载具航进方向与载具下方预定角度范围内的载具距离水面高度的水面高度信息，所述陀螺仪、所述垂直加速度传感器、所述水平加速度传感器及所述速度传感器共同捕捉所述载具船体的姿态信息；

所述飞行控制器利用获取的操作信号、水面高度信息、飞行姿态信息进行结算，并向所述作动器发出控制指令自动调整所述水翼的飞行姿态，使所述载具按预设的姿态和轨迹航行。

10.一种根据权利要求9所述的飞行姿态控制系统的飞行姿态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

飞行控制器获取载具航进的实时操控信息与数据信息，并结算获得结果；

飞行控制器根据结算结果向作动器发送作动指令；

作动器根据作动指令控制水翼对应偏转，调整飞行姿态和航行轨迹。

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