CN115675805B - 跨介质搭载无人机的潜航器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跨介质搭载无人机的潜航器，包括无人机收发模块、控制系统和调整模块，所述控制系统用于控制潜航器与无人机，所述调整模块用于调整潜航器在水中姿态，所述控制系统包括潜航器模块、自动化控制模块、信息交互模块，所述调整模块包括运动补偿模块；所述潜航器模块包括压载水舱、压载水泵、阀门和滑移电池仓，所述压载水舱设置在潜航器侧边，所述压载水泵设置在潜航器内侧且与压载水舱的舱室连接，所述阀门设置在潜航器右端上且控制压载水泵的开关，所述滑移电池仓设置在潜航器中部。本发明克服了跨介质这一大难点，通过潜航器+飞行器的分体结构同步实现了无人航行器在水下及空中的功能。

Description

跨介质搭载无人机的潜航器

技术领域

本发明涉及潜航器分体跨介质领域，更具体地说，涉及一种跨介质搭载无人机的潜航器。

背景技术

水下-空中跨介质两栖潜航器是指能够实现水下潜航和空中飞行的两栖航行器，具有隐蔽性好、自主性强、作业灵活等优点。水下潜航器可以长时间、，多应用于近海石油调查、通信线路检查以及深海探测打捞；无人驾驶飞机可应用于航拍、农业、快递运输、灾难救援、监控、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾等领域。将跨介质潜航器搭载于海洋装备或作为空、天、海体系中的一员与海洋装备配合，将极大提高海洋装备系统的综合作业能力。

当下海洋权益争端愈加激烈，世界研究机构也纷纷加大了对无人潜航器结构、抗干扰性、续航、导航定位等技术的研究力度，无人潜航器向着智能化和协调化发展。但是从公开报道的文献资料来分析，目前的研究主要集中于一体化跨介质潜航器，而两栖设计本身存在着诸多难点，跨介质所导致的工作环境条件的极大改变也带来很多难以克服的问题，因此需要设计一种更加简单、有效、可行性高的跨介质潜航器。

现有的跨介质航行器多为一体式，多存在机械结构复杂，能量效率低、续航时间短，未能投入实践等问题。由于空气和水是两种属性差异巨大的介质，这对跨介质航行器的推进设备设计和外形设计等方面提出了不同的要求，现有的一体式跨介质航行器是为了实现在两种不同介质之间的运动和作业，不可避免会产生装备效率低下、设计冗杂等问题，且无论是运动控制，还是跨介质性能，问题都较为突出。这也使得现有很多构思和设计无法进行样机实验验证。

现有的舰载机技术均为水面舰艇搭载舰载机，主要是舰载机与航母构成海军作战系统，形成具有独立作战能力的攻防作战体系，是现代海军远海或远洋作战的主要手段之一。虽然航行器具备了飞行器结构，但航行器只能停留在水面，无法对水域内部进行有效探索。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种跨介质搭载无人机的潜航器，其克服了跨介质难点，通过潜航器+飞行器的分体结构同步实现了无人航行器在水下及空中的功能，解决了现有的一体式潜航器运行效率低、续航时间短、设计冗杂的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种跨介质搭载无人机的潜航器，包括无人机收发模块、控制系统和调整模块，所述控制系统用于控制无人机在潜航器中的起落，所述调整模块用于调整潜航器在水中姿态，所述控制系统包括潜航器模块、自动化控制模块、信息交互模块，所述调整模块包括运动补偿模块；

所述潜航器模块包括压载水舱、压载水泵、阀门和滑移电池仓，所述压载水舱设置在潜航器侧边，所述压载水泵设置在潜航器内侧且与压载水舱的舱室连接，所述阀门设置在潜航器右端上且控制压载水泵的开关，所述滑移电池仓设置在潜航器内部；

所述自动化控制模块和信息交互模块设置在压载水舱中，所述自动化控制模块控制滑移电池仓的位置进而调整潜航器的重心，所述信息交互模块用于发出发射与接收指令完成无人机在潜航器中的起降；

所述无人机收发模块包括电动滑轨、伞状收发器、柔性回收平台、锚定钩爪、卷线器和锚定小球，所述电动滑轨设置在潜航器后端，所述伞状收发器设置在电动滑轨左端，所述伞状收发器上设置柔性回收平台，所述锚定钩爪设置在电动滑轨中心，所述卷线器设置在无人机下方，所述卷线器下端连接设置有锚定小球；

所述运动补偿模块包括万向螺旋桨，所述万向螺旋桨设置在潜航器顶部且为潜航器提供动力。

按上述方案，所述锚定钩爪在未接收无人机时藏于潜航器的舱盖内，所述锚定钩爪在接收无人机时露出水面。

按上述方案，所述柔性回收平台由非弹性软材料构成。

按上述方案，所述伞状收发器之间设置非弹性软布形成柔性回收平台，

按上述方案，所述锚定钩爪内部设置电磁铁基座，所述电磁铁基座通电辅助无人机与潜航器对接。

按上述方案，所述滑移电池仓内设置电池。

实施本发明的跨介质搭载无人机的潜航器，具有以下有益效果：

1、本发明创新的将无人机与潜航器进行组合，巧妙地设计了分体式跨介质潜航器，以潜航器对潜，无人机对空，跳出目前结构复杂、难度极高的一体化跨介质潜航器设计的思维定式，采用更加高效、安全、结构简单的分体式设计，不仅克服了跨介质这一大难点，还突破了二者工作环境的局限，并通过简单的机械结构实现了两栖功能，即水下可长时间、高密度地侦察搜集水中的各个情报，如近海石油调查、通信线路检查以及深海探测打捞；水上可作为侦察机和靶机，也可进行航拍、农业、监控、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾等空中作业；

2、本发明充分利用潜航器具备的舰载艇功能，在垂直稳定状态时可在海面为无人机提供潜水搭载与动力保障平台，大幅提高了无人机的生存能力和作业范围；也同时具备水下潜航器功能，使海面无人机收发平台不再局限于海面，可以转化为无人潜航器潜入水下，长时间、高密度地侦察搜集水中情报，且隐蔽度高；

3、本发明提出一种安全高效的无人机回收方式，即通过将潜航器尾部改装为可灵活变形的伞状无人机收发器，并对无人机简单加装卷线装置，形成一套快速安全高效的无人机回收系统，该回收系统使用纯机械的回收方式，在保证回收高效性的同时也保证了安全性；

4、本发明提出了复杂载荷作用下潜航器水面稳性技术并对压载水舱结构进行优化设计，当无人潜航器在水面进行无人机回收时，可通过控制压载水舱注水量，并结合螺旋桨的方向与转速对潜航器舱体进行运动补偿，增强了潜航器在浮出水面姿态下受到风载和浪载作用时的潜航器稳性，也可有效保证潜航器在回收状态时的水面稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明跨介质搭载无人机的潜航器的剖面结构示意图；

图2是本发明的锚定钩爪的结构示意图；

图3是本发明的无人机的结构示意图；

图4是本发明的伞状收发器的结构示意图；

图5是本发明的压载水舱的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-5所示，本发明的跨介质搭载无人机的潜航器，包括无人机收发模块4、控制系统和调整模块，控制系统用于控制无人机在潜航器中的起落，控制系统保证潜航器和无人机各个模块能够协调的工作，并控制航行，其次能够控制潜航器各姿态下的稳定性。调整模块用于调整潜航器在水中姿态，控制系统包括潜航器模块1、自动化控制模块2、信息交互模块3，调整模块包括运动补充模块5。运动补充模块5包括万向螺旋桨10，万向螺旋桨10设置在潜航器顶部且为潜航器提供动力。

潜航器模块1包括压载水舱6、压载水泵7、阀门8和滑移电池仓9，压载水舱6设置在潜航器侧边，压载水泵7设置在潜航器内侧且与压载水舱6的舱室连接，阀门8设置在潜航器右端上且控制压载水泵7的开关，滑移电池仓9设置在潜航器内部；自动化控制模块2和信息交互模块3设置在压载水舱6中，自动化控制模块2控制滑移电池仓9的位置进而调整潜航器的重心，信息交互模块3用于发出发射与接收指令完成无人机在潜航器中的起降，信息交互模块3主要是控制潜航器与无人机的协同能力，建立在GPS定位系统之上，通过GPS定位可以获知彼此之间的精确位置，做出协同的协同航行的指令，为无人机回收提供安全保障。

无人机收发模块4包括电动滑轨11、伞状收发器12、柔性回收平台13、锚定钩爪14、卷线器15和锚定小球16，电动滑轨11设置在潜航器后端，伞状收发器12设置在电动滑轨11左端，柔性回收平台13由非弹性软材料构成。伞状收发器12上设置非弹性软材料布形成柔性回收平台13，锚定钩爪14设置在电动滑轨11中心，卷线器15设置在无人机下方，卷线器15下端连接设置有锚定小球16；锚定钩爪14在未接收无人机时藏于潜航器的舱盖内，锚定钩爪14在接收无人机时露出水面。锚定钩爪14内部设置电磁铁基座，电磁铁基座通电后辅助无人机与潜航器对接。

当潜航器接收无人机时，潜航器在水下水平稳定航行，压载水舱6处于满压载水状态，潜航器准备回收无人机时开始调整姿势：在阀门8控制下，压载水泵7调整各舱室水压，舱内多余的水通过端部舱室的压载水泵7排出，潜航器快速上浮。同时，滑移电池仓9内的电池下滑，运动补充模块5开始运作，万向螺旋桨10辅助调整潜航器重心，提高稳性。自动化控制模块2控制滑移电池仓9的位置进而调整潜航器整体的重心，使得潜航器处于尾部露出海面的垂直稳定的状态，同时伞状收发器12沿电动滑轨11上升至尾部。

随后，无人机对潜航器发出回收指令，无人机靠近潜航器，此时潜航器尾部已浮出海面，打开潜航器的舱盖，无人机收发模块4开始运作，通过电动滑轨11将伞状收发器12推出舱外，电动滑轨11可防止恶劣海况下海浪影响无人机回收，该收发器的柔性回收平台13由非弹性软材料构成，能极大地减缓回收过程产生的碰撞，接着伞状收发器12打开，等待无人机降落。

当无人机下降至一定高度时卷线器15放开线，抛出锚定小球16，回收架中心的锚定钩爪14打开，位于锚定钩爪14内部的电磁铁基座通电辅助无人机与潜航器对接。当锚定小球16与电磁铁基座的基座磁吸对接后，锚定钩爪14闭合，无人机和潜航器通过细绳建立连接，同时无人机上的卷线器15开始收线，待无人机落入伞状收发器12内，电动滑轨11收回舱内，电磁铁基座断电，无人机回收完毕，潜航器按相反方式调整重心，在阀门8控制下，压载水泵7重新调整各舱室水压，同时配合运动补充模块5使潜航器恢复至水平状态，重新潜入水下，通过上述方式实现无人潜航器的跨介质功能，达成潜空一体化。

当潜航器发射无人机时，按上述方式使潜航器处于尾部露出海面的垂直稳定状态，打开潜航器的舱盖，仍通过电动滑轨11将伞状收发器12推出舱外，打开锚定钩爪14，电磁铁基座断电，信息交互模块3发出发射指令，无人机发射成功后，潜航器重新调整姿态回到水下。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，包括无人机收发模块、控制系统和调整模块，所述控制系统用于控制无人机在潜航器中的起落，所述调整模块用于调整潜航器在水中姿态，所述控制系统包括潜航器模块、自动化控制模块、信息交互模块，所述调整模块包括运动补偿模块；

所述潜航器模块包括压载水舱、压载水泵、阀门和滑移电池仓，所述压载水舱设置在潜航器侧边，所述压载水泵设置在潜航器内侧且与压载水舱的舱室连接，所述阀门设置在潜航器右端上且控制压载水泵的开关，所述滑移电池仓设置在潜航器内部；

所述自动化控制模块和信息交互模块设置在压载水舱中，所述自动化控制模块控制滑移电池仓的位置进而调整潜航器的重心，所述信息交互模块用于发出发射与接收指令完成无人机在潜航器中的起降；

所述无人机收发模块包括电动滑轨、伞状收发器、柔性回收平台、锚定钩爪、卷线器和锚定小球，所述电动滑轨设置在潜航器后端，所述伞状收发器设置在电动滑轨左端，所述伞状收发器上设置柔性回收平台，所述锚定钩爪设置在电动滑轨中心，所述卷线器设置在无人机下方，所述卷线器下端连接设置有锚定小球；

所述运动补偿模块包括万向螺旋桨，所述万向螺旋桨设置在潜航器顶部且为潜航器提供动力。

2.根据权利要求1所述的跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，所述锚定钩爪在未接收无人机时藏于潜航器的舱盖内，所述锚定钩爪在接收无人机时露出水面。

3.根据权利要求1所述的跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，所述柔性回收平台由非弹性软材料构成。

4.根据权利要求3所述的跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，所述伞状收发器之间设置非弹性软布形成柔性回收平台。

5.根据权利要求1所述的跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，所述锚定钩爪内部设置电磁铁基座，所述电磁铁基座通电辅助无人机与潜航器对接。

6.根据权利要求1所述的跨介质搭载无人机的潜航器，其特征在于，所述滑移电池仓内设置电池。

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