CN220349426U - 一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，包括机身、以及设于机身上的空中动力系统、水下动力系统、密封舱和载荷平台；该空中动力系统利用空中航行专用的折叠螺旋桨作为航空动力源；该水下动力系统利用水下航行专用的垂直推进器、滚转推进器、尾部推进器和方向舵机作为潜航动力源；该密封舱用于装载该无人机的电子器件；该载荷平台用于搭载进行水下任务的载荷；采用复合式动力系统，空中飞行时可利用折叠螺旋桨进行高效率飞行，水中潜航则可利用水下推进器进行水下高效率动力输出，同时采用纵列式布局，可很大程度减少水下阻力以适应水下流体特性，从而切实解决了现有跨介质无人机难以在不同介质下均进行高效率运行的问题。

Description

一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机的技术领域，特别涉及一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机。

背景技术

近年来，随着无人机技术、先进制造以及控制技术发展，具有水空跨介质能力的两栖无人机也相继被提出。新型水空跨介质无人机能在水下潜航、水面航行、空中飞行，凭借其高效的跨领域作业能力，近年来持续受到关注，而随着海洋开发、水产养殖、安全搜救、水域内结构检测、水质采样，甚至未来作战等实际需求越来越大，应用市场对跨介质无人机也提出了更高的要求。目前两栖无人机主要有固定翼型两栖无人机、四旋翼型两栖无人机以及具备垂直起降的固定翼型两栖无人机。

但是现有的跨介质无人机大多均只有设置飞行用螺旋桨，譬如在需要进行升降时，则调控飞行用螺旋桨的动力输出方向朝下布置，如需要进行潜航，则调控飞行用螺旋桨的动力输出方向朝向机尾。

虽然此方式能够实现跨介质无人机在水下的潜航，但由于空气和水是不同的流质，所以飞行用螺旋桨在水中推进的效率显然会低于在空中推进的效率，同时，由于构型上原因，很难满足空中高效率和水下低阻力特性，从而导致跨介质无人机难以在不同介质下依然能够进行高效率运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，以解决现有跨介质无人机难以在不同介质下均进行高效率运行的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，包括机身、以及设于所述机身上的空中动力系统、水下动力系统、密封舱和载荷平台；所述空中动力系统包括位于所述机身前后的防水无刷电机、倾转机构、以及折叠螺旋桨；所述防水无刷电机用于驱动所述折叠螺旋桨转动；所述倾转机构用于控制所述无刷电机发生偏转，以调整所述折叠螺旋桨的动力输出方向；所述折叠螺旋桨的动力输出方向朝向所述机身的下方；所述水下动力系统包括垂直推进器、滚转推进器、尾部推进器和方向舵机；两个所述垂直推进器分别设于所述机身的前后方，两个所述垂直推进器均包括朝向所述机身上方和下方的两种动力输出方向；两个所述滚转推进器设于所述机身中部的两侧；所述尾部推进器和所述方向舵机均设于所述机身的后方，所述尾部推进器的动力输出方向朝向所述机身的后方，所述方向舵机用于调节所述尾部推进器的动力输出方向；所述密封舱用于装载所述纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机的电子器件；所述载荷平台用于搭载进行水下任务的器件。

在其中一个实施例中，所述机身包括机架、上浮力材料外壳和下浮力材料外壳；所述机架为碳纤维结构；所述上浮力材料外壳遮盖所述机架的上部，所述下浮力材料外壳遮盖所述机架的下部。

在其中一个实施例中，所述密封舱包含相互导通的综合电子系统密封舱和蓄电池密封舱；所述综合电子密封舱内装载有所述电子器件；所述蓄电池密封舱内装载有蓄电池和电源控制板，所述蓄电池用于为所述电子器件供电。

在其中一个实施例中，所述机身的机头处设有透明罩载荷舱，所述透明罩载荷舱内设有三轴云台、高清摄像头和所述载荷平台，所述三轴云台用于调节所述高清摄像头的拍摄方向。

本实用新型的有益效果如下：

由于折叠螺旋桨为空中飞行专用的动力部件，而垂直推进器、滚转推进器、尾部推进器为水下专用的动力推进部件，所以需要在空中飞行时，则可利用折叠螺旋桨进行高效率的动力输出，而在水中潜航时，则可利用垂直推进器、滚转推进器和尾部推进器进行水下高效率动力输出，采用纵列式布局很大程度减少了水下阻力，从而切实解决了现有跨介质无人机难以在不同介质下均进行高效率运行的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的上下二等角轴测图；

图2是图1的拆解侧视图；

图3是图1的正视图；

图4是图1的机架上下二等角轴测图；

图5是图1的拆解水下动力系统布局图；

图6是图1的密封舱布局图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，其实施例如图1至图6所示，包括机身101、以及设于机身101上的空中动力系统201、水下动力系统301、密封舱401和载荷平台208；空中动力系统201包括位于机身101前后的防水无刷电机(即第一防水电机203和第二防水电机206)、倾转机构202、以及折叠螺旋桨205；防水无刷电机用于驱动折叠螺旋桨205转动；倾转机构202用于控制无刷电机发生偏转，以调整折叠螺旋桨205的动力输出方向；折叠螺旋桨205的动力输出方向朝向机身101的下方；水下动力系统301包括垂直推进器(包括第一垂直推进器303和第二垂直推进器305)、滚转推进器(包括第一滚转推进器302和第二滚转推进器304)、尾部推进器306和方向舵机308；两个垂直推进器分别设于机身101的前后方，两个垂直推进器均包括朝向机身101上方和下方的两种动力输出方向；两个滚转推进器设于机身101中部的两侧；尾部推进器306和方向舵机308均设于机身101的后方，尾部推进器306的动力输出方向朝向机身101的后方，方向舵机308用于调节尾部推进器306的动力输出方向；密封舱401用于装载纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机的电子器件；载荷平台208用于搭载进行水下任务的器件。

由于折叠螺旋桨205为空中飞行专用的动力部件，而垂直推进器、滚转推进器、尾部推进器306为水下专用的动力推进部件，所以需要在空中飞行时，则可利用折叠螺旋桨205进行高效率的动力输出，而在水中潜航时，则可利用垂直推进器、滚转推进器和尾部推进器306进行水下高效率动力输出，从而切实解决了现有跨介质无人机难以在不同介质下均进行高效率运行的问题。

具体的，如图1所示，空海两栖跨介质两栖无人机包括机身101、空中动力系统201、水下动力系统301以及密封舱401。两栖无人机采用双旋翼纵列式布局的方式，空中动力系统201分布在机身头尾两侧。水下动力系统301包括在水下运动的各推进器，分布在机身的前、中、尾部。密封舱401位于机身内部，用于保障无人机电子设备在水下的密封。

如图2和图3所示，此实施例的机身101包括机架、上浮力材料外壳102和下浮力材料外壳103；机架为碳纤维结构；上浮力材料外壳102遮盖机架的上部，下浮力材料外壳103遮盖机架的下部；具体的，两栖无人机整体采用碳纤维结构，碳纤维结构组成的机架包括机架头部104、机架中部105、机架尾部106和机架底部107，无人机各设备安装在机架上。为了使无人机在水下的平衡，在机架外层有浮力材料外壳，分为了上浮力材料外壳102和下浮力材料外壳103。在上浮力外壳上有机舱盖109，方便在使用时电池的更换。机身头部采用流线型设计，具有透明的整流罩108。

如图4所示，两栖无人机飞行采用双旋翼构型飞行，空中动力系统201包含了两个防水无刷电机，分别为第一防水电机203和第二防水电机206。双旋翼姿态控制通过前后安装的倾转机构202实现，即可通过倾转机构202实现旋翼的偏转，从而实现姿态稳定和运动控制。安装的折叠螺旋桨205可在水下折叠，以减少水下的运动阻力。

如图5所示，水下动力系统301包括第一垂直推进器303和第二垂直推进器305，两个垂直推进器通过垂直安装在机架上，与无人机中心对称平面对称。垂直推进器用于实现两栖无人机在水下的沉浮运动和水下的俯仰运动。第一滚转推进器302和第二滚转推进器304位于机身中心对称平面的左右对称两侧，用于实现两栖无人机在水下的滚转姿态运动。两栖无人机在水下的前进和后退运动通过尾部推进器306实现，该推进器通过方向舵机308带动金属拉线307可实现尾部推进器的偏转，从而可配合推进器实现水下的偏航运动。

如图1和6所示，密封舱包含相互导通的综合电子系统密封舱407和蓄电池密封舱409；综合电子密封舱407内装载有电子器件；蓄电池密封舱409内装载有蓄电池和电源控制板，蓄电池用于为电子器件供电；具体的，密封舱安装在机架底部的安装板上408。电子密封舱用于安装飞行控制系统406和水下控制系统413等电子设备。深度传感器411安装在电子密封舱上，通过防水垫圈和螺母与密封舱链接。同时，将飞行控制系统和水下控制系统的接口通过预留接口405的方式拓展出来。空中动力系统201和水下动力系统301的电路信号通过水密头410与内部系统进行连接，在安装好各个系统过后，通过电子舱密封盖412进行最后的密封。蓄电池密封舱409主要安装蓄电池402以及电源控制板404，电源控制板404用于提供开关信号控制以及进行分电，提供不同设备的用电需求。蓄电池安装在该密封舱内，可通过打开电池舱盖403对选电池进行更换。

更进一步的，此实施例在机身的机头处设有透明罩载荷舱，透明罩载荷舱内设有三轴云台、高清摄像头和载荷平台，三轴云台用于调节高清摄像头的拍摄方向；此设置方式可用于水下和空中的拍摄。除此之外，载荷平台可根据不同任务需求进行更换，如用于安装深度传感器、温度传感器等获取环境信息。

为更好的对此实施例进行解释，下文将以多种应用场景进行阐述：

场景一

本实用新型的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机在空中飞行时，第一防水无刷电机203和第二防水无刷电机206转速保持一致，为了实现无人机在空中的偏航运动，无人机前后两个倾转机构202通过不同方向倾转，带动防水无刷电机偏转从而产生绕无人机轴心的偏航力矩，实现偏航运动。无人机做滚转运动时候，无人机前后两个倾转机构202通过同方向倾转，垂直于螺旋桨的拉力与重力产生绕无人机轴心的滚转力矩，实现滚转运动。无人机俯仰运动控制时，通过控制前后两个第一防水无刷电机203和第二防水无刷电机206转速，产生俯仰力矩，从而实现俯仰运动。

场景二

本实用新型的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机在入水下潜时，该两栖无人机可垂直降落到水面或者进行俯冲入水。无人机进入水中，由深度传感器411感知水的深度，当深度达到设定的阈值，可判断两栖无人机折叠螺旋桨205是否进水水中，并在进入水中时停止折叠螺旋桨205转动。在这个过程中，进行空—水跨介质切换，关闭空中动力系统后，开启水下动力系统，进入水下姿态平衡和下潜状态。

场景三

本实用新型的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机在水下潜航时，第一垂直推进器303和第二垂直推进器305可以实现正反运动，通过第一垂直推进器303和第二垂直推进器305同步正向运动或者反向运动，实现无人机在水下的上升和下潜运动。水下俯仰运动时，可以通过第一垂直推进器303和第二垂直推进器305相反方向的转动产生在水下的俯仰力矩。通过侧向第一滚转推进器302和侧向第二滚转推进器304产生向下的推力实现水下横滚姿态的保持以及水下的滚转运动；无人机的尾部推进器306可产生前进和后退的推力，通过方向舵机308拉动连接在尾部推进器的金属拉线307实现尾部舵机的偏转，从而可以实现水下在运动过程中的偏航运动。

进一步，在水下执行任务过程中，可通过上述两栖无人机姿态和运动控制，实现在水下的定深、悬停，以及通过尾部推进器实现小半径转弯，实现在狭窄区域的穿越航行，通过载荷平台208搭载的载荷实现水下的任务功能。

场景四

本实用新型的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机在出水时，通过上述水下的姿态和运动控制，可实现该两栖无人机倾斜出水或者垂直向上出水。当两栖无人机浮出水面，深度传感器411返回给控制器的深度数据值，当达到设定的出水阈值后，可开启空中动力系统201准备起飞。由于在水面受到海风和波浪影响，在无人机还未完全出水时，通过水下动力系统301来控制两栖无人机的水平，辅助两栖无人机稳定起飞。在完成起飞后，关闭水下动力系统301。

本实用新型未尽事宜为公知技术。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，其特征在于，

包括机身、以及设于所述机身上的空中动力系统、水下动力系统、密封舱和载荷平台；

所述空中动力系统包括位于所述机身前后的防水无刷电机、倾转机构、以及折叠螺旋桨；所述防水无刷电机用于驱动所述折叠螺旋桨转动；所述倾转机构用于控制所述无刷电机发生偏转，以调整所述折叠螺旋桨的动力输出方向；所述折叠螺旋桨的动力输出方向朝向所述机身的下方；

所述水下动力系统包括垂直推进器、滚转推进器、尾部推进器和方向舵机；两个所述垂直推进器分别设于所述机身的前后方，两个所述垂直推进器均包括朝向所述机身上方和下方的两种动力输出方向；两个所述滚转推进器设于所述机身中部的两侧；所述尾部推进器和所述方向舵机均设于所述机身的后方，所述尾部推进器的动力输出方向朝向所述机身的后方，所述方向舵机用于调节所述尾部推进器的动力输出方向；

所述密封舱用于装载所述纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机的电子器件；

所述载荷平台用于搭载进行水下任务的器件。

2.根据权利要求1所述的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，其特征在于，所述机身包括机架、上浮力材料外壳和下浮力材料外壳；所述机架为碳纤维结构；所述上浮力材料外壳遮盖所述机架的上部，所述下浮力材料外壳遮盖所述机架的下部。

3.根据权利要求1所述的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，其特征在于，

所述密封舱包含相互导通的综合电子系统密封舱和蓄电池密封舱；

所述综合电子系统密封舱内装载有所述电子器件；

所述蓄电池密封舱内装载有蓄电池和电源控制板，所述蓄电池用于为所述电子器件供电。

4.根据权利要求1所述的纵列式双旋翼水空跨介质两栖无人机，其特征在于，所述机身的机头处设有透明罩载荷舱，所述透明罩载荷舱内设有三轴云台、高清摄像头和所述载荷平台，所述三轴云台用于调节所述高清摄像头的拍摄方向。