CN105059544B - 三栖无人航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三栖无人航行器，包括机身、水下推进器和水面支撑浮体：所述机身的中部设有可收张的机翼，尾部设有尾翼及空气螺旋桨；所述水下推进器通过连杆吊在机身下方，尾部设有水下螺旋桨及舵；所述浮体对称设置在机身下方，通过支撑杆与机身连接，浮体内设有水舱，并配有导气排水系统。本发明主要适用于翼展较长、对起飞速度要求较低、同时质量轻的中空长航时无人航行器。该类航行器由于质轻、发送机功率小，故需要较长跑道。本发明通过外置的水下推进器等装置，使其能够在水面起飞，意义重大。

Description

三栖无人航行器

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体为一种能在水下、水面及空中航行的三栖无人航行器。

背景技术

我国不仅疆域辽阔，同时也有着300万平方公里的海洋面积。但与此同时，我国目前的现状是有很多岛礁被他国占领，为了能够时时了解我国领海以及经济海域的动向，非常有必要发展一款能适应不同任务并在水上起降的中长航时的无人机，从而能时刻了解海洋状况保证我国海洋权益。目前，中空长航时的无人机大多只能在陆地上起降，因为轮胎与路面的摩擦阻力较小，同时为了保持较长航时，其主要选用的是滑翔机的机型，发动机功率相对较小。正因为如此，现有的无人机几乎都无法在海上起降。

发明内容

本发明的技术目的是在现有无人机的基础上进行改进，提供一种可以在海面上起降，同时兼具潜水功能的三栖无人航行器。以便于守岛官兵或巡逻船只对我过领海及经济海域随时进行水下探测，水纹搜集，空中侦察等活动。

本发明提供的技术方案为：

一种三栖无人航行器，其特征在于，包括机身、水下推进器和水面支撑浮体：所述机身的中部设有可收张的机翼，尾部设有尾翼及空气螺旋桨，内部设有驱动空气螺旋桨的发动机；所述水下推进器通过连杆吊在机身下方，尾部设有水下螺旋桨及舵，内部设有驱动水下螺旋桨的发动机；所述浮体对称设置在机身下方，通过支撑杆与机身连接；

上述结构中，所述连杆的两端分别通过铰链与机身和水下推进器连接，连杆中部与控制其收放的液压杆的一端铰接，所述液压杆的另一端与机身铰接；所述支撑杆的两端分别通过铰链与机身和浮体连接，支撑杆中部与控制其收放的液压杆的一端铰接，该液压杆的另一端与机身铰接；所述浮体内设有水舱，并配有导气排水系统。

在上述内容的基础上，进一步的技术方案还包括：

所述支撑杆上设有减振器，优选采用弹簧减振器，用于缓冲、抑制浮体与船体之间产生的振荡，提高船体稳定性，降低或避免振动对连接构件的损害，延长产品使用寿命。

所述连杆上设有纵向铰链和横向铰链，所述纵向铰链设置在连杆端部，使连杆可相对机身前后摆动；所述横向铰链设置在靠近连杆端部的位置，使连杆相可对机身左右摆动。在航行器遭遇横浪、纵浪等海面状况，且浮体收起的情况下，采用这种柔性连接的方式，使推进器随波摆动，可保持船体的稳定性。

所述机翼的翼面可设有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电路与设置在机身内的蓄电池连接，可在飞行时或者在海面停滞时接受太阳能用做机身内部控制系统和发动机等部件的供电，或作为备用能源。

本发明三栖无人航行器在水下工作时，将机翼、浮体收拢，开启阀门使浮体水舱内进水，机身沉入水下后，靠外置的水下推进器推动机身向前行进。当航行器需要从水下转至水面航行时，水下推进器关闭，通过导气排水系统将浮体水舱内的水部分或全部排除，使机身浮至水面，浮体被推出，使机身升高，之后开动水下推进器，即可带动航行器在水面航行。航行过程中，在达到起飞速度后，将机翼展开，开启发动机带动空气螺旋桨工作，机身起飞，将水下推进器带出水面或抛入水中。待航行器上天后，操作液压杆带动浮体向机身靠拢，同时可向后收拢推进器。

本发明主要适用于翼展较长、对起飞速度要求较低、同时质量轻的中空长航时无人航行器。该类航行器由于质轻、发送机功率小，故需要较长跑道。本发明通过外置的水下推进器等装置，使其能够在水面起飞，意义重大。

附图说明

图1为航行器一实施例的整体结构示意图；

图2为航行器放下浮体的前视结构示意图；

图3为航行器收起浮体的前视结构示意图；

图4为水下推进器遭遇横浪的工作状态示意图；

图5为水下推进器遭遇纵浪的工作状态示意图；

图6为航行器水下工作俯视状态的示意图；

图7为航行器水面准备起飞俯视状态的示意图；

图8为航行器达到起飞速度时的工作状态示意图；

图9为航行器起飞后浮体收缩后的工作状态示意图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1至图9所示的一种三栖无人航行器，包括机身1、水下推进器11和用于水面支撑的浮体7等组成部分。

所述机身1的中部设有可收张的机翼2，尾部设有尾翼16及空气螺旋桨5，内部设有控制系统、燃料舱3、蓄电池及驱动空气螺旋桨5的发动机4。

所述水下推进器11通过连杆15垂吊在机身1下方，尾部设有水下螺旋桨14及方向舵，内部设有燃料舱12和驱动水下螺旋桨14的发动机13。所述连杆15的两端分别通过铰链与机身1和水下推进器11连接，连杆15中部与控制其收放的液压杆的一端铰接，所述液压杆的另一端与机身1铰接，液压杆工作时可将连杆向后拉伸。连杆15上设有纵向铰链9和横向铰链10，设置在连杆15端部的为纵向铰链，可使连杆15相对机身1前后摆动。所述横向铰链10设置在靠近连杆端部的位置，可使连杆15相对机身1左右摆动。

四个水面支撑浮体7对称设置在机身1下方，分别通过支撑杆与机身1连接。所述支撑杆的两端分别通过铰链8与机身1和浮体7连接，支撑杆中部与控制其收放的液压杆17的一端铰接，该液压杆17的另一端与机身1铰接。所述支撑杆上还设有弹簧减振器6，用于抑制振动，减小兴波阻力。

各水面支撑浮体7内均设有水舱以及导气排水系统19，水舱进水口20设置在浮体7底部，水舱出水口18设置在浮体7上部。

工作流程：

1）水面-水下：

将无人航行器放置水面，控制液压杆收缩，带动浮体7收缩向航行器靠拢。打开浮体7中的通底阀，海水从进水口20进入浮体7，直至整个航行器没于水中，关闭通底阀。接着启动水下推进器11，使无人航行器在水下航行。

2）水下-水面：

当需要在水面航行时，首先关闭水下推进器11。导气排水系统19工作，将浮体水舱内的水由排水口18排出，无人航行器浮至水面后，通过液压杆17伸出四个浮体7，开启水下推进器11，即可在水面航行。航行过程中，若是达到起飞速度。可将机翼展2开，将浮体7收起，这样机身1的重量由机翼承担。整体的阻力就是空气阻力和水下推进器11的阻力。

3）水面-空中；

当机体1要起飞时，机翼2处于并拢状态，与机身1平行。启动水下推进器的发动机13，带动无人航行器向前滑行，达到起飞速度（例30节）后，开启机身1上的空气发动机4，同时张开机翼2，使机翼2与机身垂直。由于此时已超过起飞速度，故打开机翼2后，纵然阻力有所增加，速度略有减缓，但是整体速度还是能达到起飞速度的。由于升力的作用，航行器正常起飞，将水下推进器11带出水面或者抛入水中。待航行器上天后由液压杆17作用收起浮体7，使之与机身1靠拢，同时也可向后收起水下推进器11。

4）降落：

降落与起飞刚好相反，首先操作液压杆17放下四个水面支撑浮体7，然后控制发动机4减速，操作液压杆放下水下推进器11，降落至水面，然后由水下推进器11工作带领无人航行器至机库。

这里水下推进器11可采用改造过的324mm鱼雷，324mm鱼雷最高时速可达70节，若只是保留燃料舱和动力系统等部分，可使其质量减少三分之一左右。将无人航行器重量设计为与324mm鱼雷质量差不多的状态时，采用这种改造后的鱼雷作为水下推进器是能够满足无人机30节的起飞速度的。所述机翼2的翼面设有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电路与设置在机身内的蓄电池连接，随时为无人航行器充电，增加航时。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (5)

1.三栖无人航行器，其特征在于，包括机身（1）、水下推进器（11）和水面支撑浮体（7）：

所述机身（1）的中部设有可收张的机翼（2），尾部设有尾翼（16）及空气螺旋桨（5）；所述水下推进器（11）通过连杆（15）吊在机身（1）下方，尾部设有水下螺旋桨（14）及舵，内部设有燃料舱（12）和驱动水下螺旋桨（14）的发动机（13）；所述浮体(7)对称设置在机身（1）下方，通过支撑杆与机身（1）连接；

上述结构中，所述连杆（15）的两端分别通过铰链与机身（1）和水下推进器（11）连接，连杆（15）中部与控制其收放的液压杆的一端铰接，所述液压杆的另一端与机身（1）铰接；所述支撑杆的两端分别通过铰链与机身（1）和浮体（7）连接，支撑杆中部与控制其收放的液压杆（17）的一端铰接，该液压杆（17）的另一端与机身（1）铰接；所述浮体（7）内设有水舱，并配有导气排水系统。

2.根据权利要求1所述的一种三栖无人航行器，其特征在于，所述支撑杆上设有减振器（6）。

3.根据权利要求1所述的一种三栖无人航行器，其特征在于，所述连杆（15）上设有纵向铰链（9）和横向铰链(10)。

4.根据权利要求3所述的一种三栖无人航行器，其特征在于，所述纵向铰链（9）设置在连杆（15）端部，使连杆（15）可相对机身（1）前后摆动；所述横向铰链（10）设置在靠近连杆端部的位置，使连杆（15）可相对机身（1）左右摆动。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种三栖无人航行器，其特征在于，所述机翼（2）的翼面设有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电路与设置在机身（1）内的蓄电池连接。