CN218594543U - 一种旋翼水下航行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋翼水下航行器，包括气舱、丝杆及设备舱；气舱与设备舱通过丝杆连接，丝杆与步进电机的输出轴连接且丝杆由步进电机驱动以缩短或增大气舱与设备舱的间距；气舱远离设备舱端通过船艏驱动舵机与船艏矢量基座连接且船艏驱动舵机带动船艏矢量基座转动，船艏矢量基座远离气舱端安装有旋翼；设备舱远离气舱端通过船尾驱动舵机与船尾矢量基座连接且船尾驱动舵机带动船尾矢量基座转动，船尾矢量基座远离设备舱端安装有推进涵道。本实用新型的旋翼水下航行器，结构简单且设计合理，伸长航行器后气舱充气即可使旋翼脱离水面呈起飞状态，完成海空双介质转换，操作便捷，对于复杂水域的适应能力强，应用前景好。

Description

一种旋翼水下航行器

技术领域

本实用新型涉及航行器技术领域，涉及一种旋翼水下航行器，特别涉及一种能够完成海、空双栖航行、使用便捷性好且水下姿态灵活性好的旋翼水下航行器。

背景技术

无人水下航行器是航行器的一种，潜航器—无人水下航行器技术是指应用于无人水下航行器，保证其能够顺利执行各种使命的技术。无人水下航行器可通过搭载传感器和不同任务模块，执行多种任务，有着十分广泛的应用领域。

无人水下航行器源于20世纪80年代末的美国，全世界已有众多国家在该领域投入了大量经费也取得了一定的成果，如德国的“长尾鲛”半自主潜航器、英国的萨博“海眼”等。目前无人水下潜航器多运用于军事领域、水下打捞、资源探测等。中国军方以及众多民用领域企业也一直致力于无人水下航行器的研究，并将其作为重要的信息节点。中国自主研制的“潜龙一号”以及“海马号”等都体现了中国在无人水下航行器领域的不断突破。

但是目前，多数无人水下航行器都造价高昂，且对于使用环境和搭载其的平台有着严苛的要求，因此在民用领域市场接受度较低。为了民用领域的经济效益，未来无人水下航行器将向成本低、体积小、兼容性高、能源消耗少及模块化方向发展；且目前的水下无人航行器大多只能在水下和水面工作，回收较为繁琐，适应力也无法满足海洋气候多变、地理环境复杂的特点。因此，要想推进无人水下航行器的更广泛的应用，需要一种小型化且能通过介质转换来满足海洋复杂条件的无人水下航行器。

多介质工作需要设备满足水下工作条件以及空中工作条件，并且可以在两种介质之间实现灵活的变化和机动。专利CN 107379908A公开了一种海空两栖飞行器，可以实现空中和海中的有效切换，综合了飞机和潜艇的优点，并在一定程度上克服了飞机和潜艇的缺点，但是其形态更接近航空器，难以在水中进行姿态切换和垂直起降，在一些狭小的复杂水域难以达到理想的工作效果。

因此，开发一种能够完成海、空双栖航行、使用便捷性好且水下姿态灵活性好的水下航行器极具现实意义。

实用新型内容

由于现有技术存在上述缺陷，本实用新型提供了一种能够完成海、空双栖航行、使用便捷性好且水下姿态灵活性好的水下航行器，以解决现有水下航行器使用便捷性一般、水下姿态灵活性一般的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种旋翼水下航行器，包括顺序连接的旋翼、船艏矢量基座、气舱、丝杆、设备舱、船尾矢量基座及推进涵道；

所述气舱与设备舱通过丝杆连接，所述丝杆与步进电机的输出轴连接且丝杆由步进电机驱动以缩短或增大气舱与设备舱的间距；

所述气舱远离设备舱端通过船艏驱动舵机与船艏矢量基座连接且船艏驱动舵机带动船艏矢量基座转动，船艏矢量基座远离气舱端安装有旋翼；

所述设备舱远离气舱端通过船尾驱动舵机与船尾矢量基座连接且船尾驱动舵机带动船尾矢量基座转动，船尾矢量基座远离设备舱端安装有推进涵道。

船艏和船尾的矢量基座通过舵机由简单的机械结构操纵，实用性强，经济性高，增强了水下和空中的机动灵活性。

上述旋翼水下航行器以传统无人水下航行器为基础的实现海空双介质转换的无人航行器，能满足各领域对于一种低成本、多维度、适应性强、工作范围广的水下无人航行器的需求，船艏矢量基座由船艏驱动舵机驱动，可以改变旋翼的方向，从而在进行飞行时控制俯仰角以及偏航角，也可以在水下转向时提供额外的转向动力；当步进电机控制丝杆伸长船身，改变船体重心位置，气舱充气上浮，从而使船体纵轴由平行于水平面调成为垂直于水平面，使旋翼竖直向上，从而达到起飞条件；船尾矢量基座由船尾驱动舵机驱动，改变推进涵道的方向，从而可以提高水下的灵活性以及机动能力，为水下航行提供主要的动力。

本实用新型的旋翼水下航行器，结构简单且设计合理，在水下以推进涵道作为主推进装置，利用船尾驱动舵机可改变推进涵道的推进方向，操作便捷性好，同时旋翼可作为辅助推进装置，伸长航行器后气舱充气即可使得旋翼脱离水面整体呈直升机起飞状态，即可完成海空双介质转换，操作便捷，增强了其对于复杂水域的适应能力，降低了成本，拓宽了工作场景，应用前景好。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述旋翼为共轴反桨旋翼。旋翼采用“共轴反桨”，“共轴反桨”技术可以平衡掉单向转动偏转力矩，保证介质转换和飞行过程中的稳定性；在提供相同的升力的基础上，该技术的应用可以减小旋翼的长度，在满足了小型化、低成本需求的同时，也可以确保在狭小复杂水域完成起降和介质转换等工作。旋翼在飞行时提供主要的升力，在水下时可以配合推进涵道提供额外动力输出，旋翼可以通过差速来控制翻滚角，进行姿态稳定。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述旋翼包括两组上下布置的桨叶对，一组桨叶对包括布置在同一直线上且相互连接的两块桨叶，两组桨叶对的旋转方向相反，当然旋翼的桨叶对的具体设计可根据实际情况进行选择，此处仅给出一种可行的技术方案而已。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述设备舱的外周面上均匀安装有多个设备舱平衡翼以提高空中飞行以及水下航行的稳定性。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述气舱的外壁上安有一个气舱平衡翼，气舱平衡翼的存在能提高空中飞行以及水下航行的操作的灵活度。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述气舱设有密封圈且密封圈位于气舱近设备舱端。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述气舱设有遥控充放气装置，可通过遥控充放二氧化碳气体，当步进电机控制丝杆伸长船身，改变船体重心位置，气舱充气上浮，从而使船体纵轴由平行于水平面调成为垂直于水平面，使旋翼竖直向上，从而达到起飞条件。

如上所述的一种旋翼水下航行器，所述气舱与设备舱的间距最小时在水中的旋翼水下航行器的纵轴平行于水平面。通过重心的调整来改变姿态以解决在不同介质工作时姿态不同的问题，结构简单，制作成本低。

上述实用新型具有如下优点或者有益效果：

(1)本实用新型的旋翼水下航行器，在传统的无人水下航行器的基础上，增加了矢量基座、船艏的旋翼以及重心改变装置，以达到海空两介质之间的转换，大大提高复杂水域的通过能力以及回收过程复杂等问题，尤其是旋翼，可在水下可以配合涵道提供额外的动力，在介质转换和空中飞行时提供主要动力；

(2)本实用新型的旋翼水下航行器，通过通过拉长或缩短船身并配合气舱来改变船体重心以实现水中的姿态调整，以完成起飞前的准备；

(3)本实用新型的旋翼水下航行器，在无人水下潜航器的基础上进行了整体的轻量化，船身采用高强度PVC材料，在降低成本的同时保证了船体的强度以及密封性，适用性好、通过性强、用途广、使用简单、成本低，极具应用前景。

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，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型的旋翼水下航行器的结构示意图；

其中，1-船艏矢量基座，2-旋翼，3-船艏驱动舵机，4-气舱，5-气舱平衡翼， 6-步进电机，7-丝杆，8-密封圈，9-船尾驱动舵机，10-船尾矢量基座，11-推进涵道，12-设备舱，13-设备舱平衡翼。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型中的结构作进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

实施例1

一种旋翼水下航行器，如图1所示，包括顺序连接的旋翼2、船艏矢量基座1、气舱4、丝杆7、设备舱12、船尾矢量基座10及推进涵道11；

气舱4与设备舱12通过丝杆7连接，丝杆7与步进电机6的输出轴连接且丝杆由步进电机6驱动以缩短或增大气舱4与设备舱12的间距，设备舱12 的外周面上均匀安装有多个设备舱平衡翼13，气舱4的外壁上安有一个气舱平衡翼5，气舱4设有密封圈8且密封圈8位于气舱4近设备舱12端，气舱4 设有遥控充放气装置；

气舱4远离设备舱12端通过船艏驱动舵机3与船艏矢量基座1连接且船艏驱动舵机3带动船艏矢量基座1转动，船艏矢量基座1远离气舱4端安装有旋翼2，旋翼2为共轴反桨旋翼，其包括两组上下布置的桨叶对，一组桨叶对包括布置在同一直线上且相互连接的两块桨叶；

设备舱12远离气舱4端通过船尾驱动舵机9与船尾矢量基座10连接且船尾驱动舵机9带动船尾矢量基座10转动，船尾矢量基座10远离设备舱12 端安装有推进涵道11；

气舱4与设备舱12的间距最小时在水中的旋翼水下航行器的纵轴平行于水平面。

上述旋翼水下航行器多于水下工作，可采用从陆地起飞至水中工作，再从水中起飞至陆地这种形式完成作业，当然本领域技术人员可根据实际需求选择其作业形式。

上述作业形式的具体实施步骤如下：

(1)初始状态，陆地工作人员将装置架在一个简易的发射台上，开启旋翼，通过卫星定位系统进行空中垂直飞行到达目标水域(旋翼水下航行器的设备舱内搭载有导航、控制等装置，而旋翼水下航行器的导航、控制系统均为现有成熟技术)；

(2)上述过程完成后，逐步减小旋翼的运转速度，降低飞行高度直至进入水中，关闭旋翼；

(3)通过加装的摄像头或通过肉眼观察船体在水中的姿态，通过调整重心使船体横轴平行于水平面，气舱放气，进行下潜；

(4)开启涵道推进器，进行水下作业；

(5)作业完成后，气舱进行充气，开始上浮至水平面，并通过调整重心，使船体横轴垂直水平面，准备进行飞行；

(6)打开旋翼，离开水面进入空中飞行，从而返回陆地；

(7)到达陆地后，逐渐关闭旋翼，降落在指定区域。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种旋翼水下航行器，其特征在于：包括顺序连接的旋翼、船艏矢量基座、气舱、丝杆、设备舱、船尾矢量基座及推进涵道；

所述气舱与设备舱通过丝杆连接，所述丝杆与步进电机的输出轴连接且丝杆由步进电机驱动以缩短或增大气舱与设备舱的间距；

所述气舱远离设备舱端通过船艏驱动舵机与船艏矢量基座连接且船艏驱动舵机带动船艏矢量基座转动，船艏矢量基座远离气舱端安装有旋翼；

所述设备舱远离气舱端通过船尾驱动舵机与船尾矢量基座连接且船尾驱动舵机带动船尾矢量基座转动，船尾矢量基座远离设备舱端安装有推进涵道。

2.根据权利要求1所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述旋翼为共轴反桨旋翼。

3.根据权利要求2所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述旋翼包括两组上下布置的桨叶对，一组桨叶对包括布置在同一直线上且相互连接的两块桨叶。

4.根据权利要求1所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述设备舱的外周面上均匀安装有多个设备舱平衡翼。

5.根据权利要求4所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述气舱的外壁上安有一个气舱平衡翼。

6.根据权利要求1所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述气舱设有密封圈且密封圈位于气舱近设备舱端。

7.根据权利要求1所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述气舱设有遥控充放气装置。

8.根据权利要求1所述的一种旋翼水下航行器，其特征在于，所述气舱与设备舱的间距最小时在水中的旋翼水下航行器的纵轴平行于水平面。

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