CN216660314U - 一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，包含双身平直翼结构、双环形水翼、水空推进系统、姿态控制部分等，所述双身平直翼结构为无人机提供飞行滑行升力、有效载荷装载、结构强度等，双环形水翼为无人机水面高速滑行提供升力、滑行稳定性并兼顾飞行升力需求，水空推进系统提供水面空中航行的动力，姿态控制部分实现水空航行姿态调整。与现有相似无人机相比，本实用新型无人机可同时实现长时间水上、空中航行，具备水面高速高稳定性航行能力，且空中巡航升力提高35%，载荷能力增加25%，具有优秀的结构强度。

Description

一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机

技术领域

本实用新型涉及水上无人机，特别是涉及一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机。

背景技术

我国拥有极为丰富的海域面积、江河流域，作为物资运输、水产养殖的重要通道，在我国国计民生中有重要影响，南海东海海岛众多，资源丰富，具有极为重要的军事和经济应用价值，为提高我国海洋权益地位，面向海域的物流运输、海洋资源勘测、海面搜救、海域生态保护、海上气象监测、海疆维护与保护、海面威胁探测预警、海上搜救等应用，继续设计一款具有优秀飞行性能和水上快速航行能力的无人机，以实现随舰跟踪、大区域快速部署、海面海下军事侦察等功能。现有技术主要着眼采用多旋翼无人机、现有固定翼无人机改装实现，多采用舰载滑跑起飞、弹射起飞等传统方式，依赖于舰船、岛屿机场建设等情况，尤其是无法实现水面、海上滑行及任务投放等，在应用方向和范围上即时性、便捷性均有较大限制，同时，无人船作为水面主要力量也已逐渐投入应用，尽管无人船可完成水面的驻留任务，但易受风浪影响，且航程较短、适应能力差，无法实现快速部署和应急处理。结合以上问题，市场急需一种可兼顾航程、航速、水面驻留或高速滑行等航行器，本实用新型结合无人机和快速船艇设计方法，提出一种水空两用无人机，新颖的双环形水翼结构实现水面高速滑行，结合固定翼、双机身及双环形水翼提供较大升力的空中巡航性能，从而兼顾水面、空中航行任务。可广泛应用于水上快速侦察、水面任务部署、水上救援及空中远距离物资投放、军情探测、敌情预警等任务。

本实用新型的技术问题在于实现以下几个关键问题：（1）如何实现水面长期驻留及快速滑行；（2）如何兼顾中空巡航的高升力、大载荷、远航程等运输性能；（3）如何有效融合水上、空中航行的设计矛盾，优化总体布局，提高水上巡航性能和空中巡航性能。以上三个关键问题的有效解决，将在很大程度上解决水空两用无人机面临的重要问题，从而为该实用新型用于水上、空中两种航行兼顾提供了多个应用方向实施可能。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出改进方案或者替换方案，尤其是提供一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机。

为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，新型双环形水翼复合布局水空两用无人机包含双身平直翼结构、双环形水翼、水空推进系统、姿态控制部分；所述双身平直翼结构由双机身、内直机翼、外直机翼、双垂尾组成；所述双环形水翼包括前环形水翼、后半环形水翼；所述水空推进系统由飞行发动机机匣、飞行螺旋桨、水下发动机机匣、水下螺旋桨组成；所述内直机翼两端连接双机身中部，外直机翼翼根连接双机身中部，双垂尾分别设置于双机身尾部上端，前环形水翼连接至双机身头部，后半环形水翼设置于双机身尾部，飞行发动机机匣位于前环形水翼上翼中部，飞行螺旋桨连接于飞行发动机机匣后端，水下发动机机匣位于后半环形水翼两侧，水下螺旋桨位于水下发动机机匣后端，所述姿态控制部分设置于双身平直翼结构上，用于水空航行姿态调整。

所有机体结构材料可采用碳纤维等防水性复合材料。

进一步，根据上述设计方案所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，双机身为细长型仿生鱼状外形，提高水面空中航行性能，降低航行阻力；内直机翼两端连接双机身中部，其前缘距机身头部35~55%机身长度，内直机翼展长为机身长度的35~85%；外直机翼翼根连接双机身中部，并与内直机翼前缘位置保持一致，外直机翼前缘后掠角为3~15度，外直机翼展长为机身长度45~90%，内直机翼、外直机翼与双机身连接时经整流圆弧过渡设计；双垂尾分别位于双机身尾部上端，双垂尾向内倾斜10~30度；内直机翼、外直机翼翼型为低速翼型、层流翼型或超临界翼型中的一种，双垂尾为对称翼型

进一步，根据上述设计方案所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述前环形水翼位于双机身头部，其前缘距头部3~6%机身长度，前视角上截面形状为环形状，翼型可采用低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的一种；后半环形水翼位于双机身尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼相同，翼型可选择低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的一种。

进一步，根据上述设计方案所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述飞行螺旋桨采用木质材料、碳纤维或其他复合材料，桨叶为2叶、3叶或4叶；水下螺旋桨采用碳纤维等防水性复合材料，桨叶为2叶、3叶或4叶。

进一步，根据上述设计方案所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述姿态控制部分由襟翼、副翼、方向舵，襟翼位于内直机翼后缘，弦长为对应机翼弦长的15~25%，副翼位于外直机翼后缘，弦长为对应机翼弦长10~30%，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的60~85%；所述方向舵设置于双垂尾后缘。

前环形水翼位于双机身头部，其前缘距头部3~6%机身长度，前视角上截面形状为环形状，可采用椭圆形、纺锤形、鹅卵石形、圆形等，翼型可采用低速翼型、层流翼型、超临界翼型等；后半环形水翼位于双机身尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼类似，翼型可选择低速翼型、层流翼型、超临界翼型等。

双身平直翼结构为无人机提供飞行滑行升力、有效载荷装载、结构强度等，双环形水翼为无人机水面高速滑行提供升力、滑行稳定性并兼顾飞行升力需求，水空推进系统提供水面空中航行的动力，姿态控制部分实现水空航行姿态调整。

本实用新型的技术效果如下：（1）采用双环形水翼+双机身结构，可大幅提升水面高度滑行性能、水面稳定性，同时在空中飞行时，提供部分升力。

（2）采用双身平直翼结构、双环形水翼结合的复合布局，有效提高了装载能力、空中巡航性能，飞行时升力可提高35%，载荷能力提高25%。

（3）采用复合布局设计，实现了水上、空中两种航行模式，且未降低航行时性能，具备水面长期驻留和空中巡航综合能力。

附图说明

图1为本实用新型的无人机斜视图。

图2为本实用新型的无人机俯视图。

图3为本实用新型的无人机侧视图。

图4为本实用新型的无人机前视图。

图中，11双机身、12内直机翼、13外直机翼、14双垂尾、21前环形水翼、22后半环形水翼、31飞行发动机机匣、32飞行螺旋桨、33水下发动机机匣、34水下螺旋桨、41襟翼、42副翼、43方向舵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实用新型提供了一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机包含双身平直翼结构、双环形水翼、水空推进系统、姿态控制部分等，所述双身平直翼结构为无人机提供飞行滑行升力、有效载荷装载、结构强度等，双环形水翼为无人机水面高速滑行提供升力、滑行稳定性并兼顾飞行升力需求，水空推进系统提供水面空中航行的动力，姿态控制部分实现水空航行姿态调整。

所述双身平直翼结构由双机身11、内直机翼12、外直机翼13、双垂尾14组成，双机身11为细长型仿生鱼状外形，提高水面空中航行性能，降低航行阻力；内直机翼12两端连接双机身11中部左右，其前缘距机身头部35~55%机身长度，内直机翼12展长为机身长度的35~85%；外直机翼13翼根连接双机身中部，并与内直机翼12前缘位置保持一致，外直机翼13前缘后掠角为3~15度，外直机翼13展长为机身长度45~90%，内直机翼12、外直机翼13与双机身11连接时经整流圆弧过渡设计；双垂尾14分别位于双机身11尾部上端，双垂尾14向内倾斜10~30度；内直机翼12、外直机翼13翼型可采用低速翼型、层流翼型、超临界翼型等，双垂尾14为对称翼型。

所述双环形水翼由前环形水翼21、后半环形水翼22组成，前环形水翼21位于双机身11头部，其前缘距头部3~6%机身长度，前视角上截面形状为环形状，可采用椭圆形、纺锤形、鹅卵石形、圆形等，翼型可采用低速翼型、层流翼型、超临界翼型等；后半环形水翼22位于双机身11尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼21类似，翼型可选择低速翼型、层流翼型、超临界翼型等。

所述水空推进系统由飞行发动机机匣31、飞行螺旋桨32、水下发动机机匣33、水下螺旋桨34组成，飞行发动机机匣31位于前环形水翼21上翼中部，飞行螺旋桨32连接于飞行发动机机匣31后端，可采用木质材料、碳纤维或其他复合材料，桨叶为2叶、3叶、4叶等，水下发动机机匣33位于后半环形水翼22两侧，水下螺旋桨34位于水下发动机机匣33后端，可采用碳纤维等防水性复合材料，桨叶为2叶、3叶、4叶等。

所述姿态控制部分由襟翼41、副翼42、方向舵43，襟翼41位于内直机翼12后缘，弦长为对应机翼弦长的15~25%，副翼42位于外直机翼13后缘，弦长为对应机翼弦长10~30%，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的60~85%。

所有机体结构材料可采用碳纤维等防水性复合材料。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于：内直机翼12两端连接双机身11中部左右，其前缘距机身头部35%机身长度，内直机翼12展长为机身长度的35%；外直机翼13翼根连接双机身中部，并与内直机翼12前缘位置保持一致，外直机翼13前缘后掠角为3度，外直机翼13展长为机身长度45%；双垂尾14分别位于双机身11尾部上端，双垂尾14向内倾斜10度；内直机翼12、外直机翼13翼型可采用低速翼型。

前环形水翼21位于双机身11头部，其前缘距头部3%机身长度，前视角上截面形状为环形状，可采用椭圆形，翼型可采用低速翼型；后半环形水翼22位于双机身11尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼21类似，翼型可选择低速翼型。

飞行发动机机匣31位于前环形水翼21上翼中部，飞行螺旋桨32连接于飞行发动机机匣31后端，可采用木质材料，桨叶为2叶桨，水下发动机机匣33位于后半环形水翼22两侧，水下螺旋桨34位于水下发动机机匣33后端，桨叶为2叶桨。

襟翼41位于内直机翼12后缘，弦长为对应机翼弦长的15%，副翼42位于外直机翼13后缘，弦长为对应机翼弦长10%，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的60%。

实施例3：

实施例3与实施例1的区别在于：内直机翼12两端连接双机身11中部左右，其前缘距机身头部45%机身长度，内直机翼12展长为机身长度的45%；外直机翼13翼根连接双机身中部，并与内直机翼12前缘位置保持一致，外直机翼13前缘后掠角为7度，外直机翼13展长为机身长度60%；双垂尾14分别位于双机身11尾部上端，双垂尾14向内倾斜15度；内直机翼12、外直机翼13翼型可采用层流翼型。

前环形水翼21位于双机身11头部，其前缘距头部4%机身长度，前视角上截面形状为环形状，可采用纺锤形，翼型可采用层流翼型；后半环形水翼22位于双机身11尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼21类似，翼型可选择层流翼型。

飞行发动机机匣31位于前环形水翼21上翼中部，飞行螺旋桨32连接于飞行发动机机匣31后端，可采用碳纤维，桨叶为3叶桨，水下发动机机匣33位于后半环形水翼22两侧，水下螺旋桨34位于水下发动机机匣33后端，桨叶为3叶桨。

襟翼41位于内直机翼12后缘，弦长为对应机翼弦长的20%，副翼42位于外直机翼13后缘，弦长为对应机翼弦长15%，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的70%。

实施例4：

实施例4与实施例1的区别在于：内直机翼12两端连接双机身11中部左右，其前缘距机身头部50%机身长度，内直机翼12展长为机身长度的60%；外直机翼13翼根连接双机身中部，并与内直机翼12前缘位置保持一致，外直机翼13前缘后掠角为10度，外直机翼13展长为机身长度70%；双垂尾14分别位于双机身11尾部上端，双垂尾14向内倾斜20度；内直机翼12、外直机翼13翼型可采用超临界翼型。

前环形水翼21位于双机身11头部，其前缘距头部6%机身长度，前视角上截面形状为环形状，可采用圆形，翼型可采用超临界翼型；后半环形水翼22位于双机身11尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼21类似，翼型可选择超临界翼型等。

飞行发动机机匣31位于前环形水翼21上翼中部，飞行螺旋桨32连接于飞行发动机机匣31后端，可采用碳纤维，桨叶为4叶桨，水下发动机机匣33位于后半环形水翼22两侧，水下螺旋桨34位于水下发动机机匣33后端，桨叶为4叶桨等。

襟翼41位于内直机翼12后缘，弦长为对应机翼弦长的25%，副翼42位于外直机翼13后缘，弦长为对应机翼弦长30%，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的80%。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了双机身11、内直机翼12、外直机翼13、双垂尾14、前环形水翼21、后半环形水翼22、飞行发动机机匣31、飞行螺旋桨32、水下发动机机匣33、水下螺旋桨34、襟翼41、副翼42、方向舵43等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，新型双环形水翼复合布局水空两用无人机包含双身平直翼结构、双环形水翼、水空推进系统、姿态控制部分；所述双身平直翼结构由双机身(11)、内直机翼(12)、外直机翼(13)、双垂尾(14)组成；所述双环形水翼包括前环形水翼(21)、后半环形水翼(22)；所述水空推进系统由飞行发动机机匣(31)、飞行螺旋桨(32)、水下发动机机匣(33)、水下螺旋桨(34)组成；所述内直机翼(12)两端连接双机身(11)中部，外直机翼(13)翼根连接双机身(11)中部，双垂尾(14)分别设置于双机身(11)尾部上端，前环形水翼(21)连接至双机身(11)头部，后半环形水翼(22)设置于双机身(11)尾部，飞行发动机机匣(31)位于前环形水翼(21)上翼中部，飞行螺旋桨(32)连接于飞行发动机机匣(31)后端，水下发动机机匣(33)位于后半环形水翼(22)两侧，水下螺旋桨(34)位于水下发动机机匣(33)后端，所述姿态控制部分设置于双身平直翼结构上，用于水空航行姿态调整。

2.根据权利要求1所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，双机身(11)为细长型仿生鱼状外形，提高水面空中航行性能，降低航行阻力；内直机翼(12)两端连接双机身(11)中部，其前缘距机身头部35～55％机身长度，内直机翼(12)展长为机身长度的35～85％；外直机翼(13)翼根连接双机身中部，并与内直机翼(12)前缘位置保持一致，外直机翼(13)前缘后掠角为3～15度，外直机翼(13)展长为机身长度45～90％，内直机翼(12)、外直机翼(13)与双机身(11)连接时经整流圆弧过渡设计；双垂尾(14)分别位于双机身(11)尾部上端，双垂尾(14)向内倾斜10～30度；内直机翼(12)、外直机翼(13)翼型为低速翼型、层流翼型或超临界翼型中的一种，双垂尾(14)为对称翼型。

3.根据权利要求1所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述前环形水翼(21)位于双机身(11)头部，其前缘距头部3～6％机身长度，前视角上截面形状为环形状，翼型可采用低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的一种；后半环形水翼(22)位于双机身(11)尾部，与双垂尾相对应，其截面形状与前环形水翼(21)相同，翼型可选择低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的一种。

4.根据权利要求1所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述飞行螺旋桨(32)采用木质材料或碳纤维材料，桨叶为2叶、3叶或4叶；水下螺旋桨(34)采用碳纤维防水性复合材料，桨叶为2叶、3叶或4叶。

5.根据权利要求1所述新型双环形水翼复合布局水空两用无人机，其特征在于，所述姿态控制部分由襟翼(41)、副翼(42)、方向舵(43)，襟翼(41)位于内直机翼(12)后缘，弦长为对应机翼弦长的15～25％，副翼(42)位于外直机翼(13)后缘，弦长为对应机翼弦长10～30％，沿展向靠外端，长度为对应机翼展长的60～85％；所述方向舵(43)设置于双垂尾(14)后缘。

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