一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器制造技术

本发明专利技术为一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；机身包括机架和两个机架连接件；机架包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件分别安装在横梁的左右两端，尾翼安装在纵梁的后端，两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件的中部；两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件之间，两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件的外侧中部；骨架包括前端骨架、连接骨架、后端骨架和环形骨架；前端骨架与环形骨架的前端连接，环形骨架的后端与后端骨架连接，两个机架连接件的两端分别与前端骨架和后端骨架连接，机身位于环形骨架内。

【技术实现步骤摘要】
一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器
本专利技术属于机器人和飞行潜水航行器
，具体涉及一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器。
技术介绍
随着人类对自然空间的不断探索，船舶和航空技术在各自的领域里都取得了巨大进步。其中，飞行器因其速度快、机动性好等优点而得到了广泛应用，但是也存在续航力较短、隐蔽性较差等缺陷，而这些缺陷恰好可以由潜航器弥补，潜空两栖航行器的概念因此被提出。潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器，不仅扩展了航行的空间范围，还结合了飞行器和潜航器两种航行器的优点。自20世纪初期以来，潜空两栖航行器已成为包括娱乐、探险、搜索与救援以及军事在内的广泛应用的热门话题，从而产生了无数的概念和变体。然而，由于水环境和空气环境之间的显著差异，航行器要同时满足两种介质的要求并不是一件容易的事。自1934年提出潜空两栖跨介质飞机的概念以来，美国等一些国家提出了许多载人飞机设计方案，但最终都没有真正地实现潜空两栖航行。后来，科学家们开始重视无人系统的研发，与有人航行器相比，这种系统的复杂度和技术难度有所降低，由此取得了可观的成果。2015年7月，波音公司宣布了一种可以浸没在水下的无人机设计。无人机由一架主飞机运输到部署区域，然后通过远程控制将无人机从主飞机上释放。在空中模式下，无人机配备2个机翼、稳定器和2套同轴螺旋桨叶片；机翼、稳定器和机身相连。当机身进入水中时，机翼和螺旋桨通过爆炸螺栓和水溶胶与机身分开，从而减轻重量并优化水动力特性，随后，无人机展开新的操纵面和螺旋桨。水下任务完成后，它会浮出水面并将收集到的数据传输给其他飞机或指挥中心。该无人机可以实现空中和水下的可控航行，但每次任务中只能实现单次水空跨越，不可重复使用。2017年，廖保全等提出了折叠翼的方案。该设计通过改变外形来实现航行器的水空介质跨越：在水下航行时，采用类似鱼雷的外形；在空中飞行时，采用类似反舰巡航导弹的外形。水下航行时，航行器在较小的仰角范围内通过收缩机翼来减小阻力；空中飞行时，通过展开机翼来增大升力。对2种外形的气动/水动特性进行的CFD仿真表明，通过改变外形，航行器能够同时满足水下航行和空中飞行的要求。但此设计方案并未实现实际应用。2012年，国内学者王海晏等提出了一种水空两用垂直跨越航行器设计方案，有空中与水下2套动力装置。航行器设计密度大于水，入水时首先逐步降低空气动力装置的转速，减少对航行器的撞击损害；在触水后关闭空气动力装置，依靠航行器自身重力没入水中，接着再启动水下螺旋桨进入潜航状态。航行器出水时，采用2层动力接力推进出水，具备多次界面跨越能力和在多个介质中的持续航行能力，不需要辅助设备并且可以重复使用，具有较强的推广与应用价值。这种分层设计使得航行器在水空介质跨越过程中，至少有一种动力装置单独作用在空气或水中，避免了动力系统在水空两相环境下工作，防止水空混合环境对桨叶造成较大的损坏。2017年，胡志强等提出了一种水空两用推进装置设计方案，其中主体两侧对称设有附体，主体和附体通过前翼和后翼相连接，垂直稳定翼位于主体上方后部，前翼和后翼上均设有一可翻转的水空两用推进装置。此方案结合了负升力水翼型和多旋翼两种结构，具有较高的启发性。目前，复合式两栖无人机主要包括倾转旋翼式和四旋翼固定翼复合式，但在应用上，各自都存在局限性，倾转旋翼无人机是在多旋翼无人机的基础上增加了机翼和旋翼倾转装置，旋翼既可以提供垂直起降的升力也可以在倾转后提供前进推力，固定翼则在平飞时提供无人机所需的升力，但是它无法实现扑动功能，隐蔽性和仿生性差，机翼不能变形，不能穿越狭小空间；另一种四旋翼固定翼复合式无人机，它是在普通固定翼无人机的基础上安装了四旋翼系统，这种新型无人机技术综合了四旋翼无人机的垂直起降能力和固定翼无人机的运动效率、速度和航程优势。四旋翼固定翼复合式无人机相较于倾转旋翼无人机，四旋翼不作为推力使用，在高速平飞和水下潜行过程中四旋翼不工作，因此付出了较大的载重和气动代价。针对现有技术的缺点，本专利技术从水空两栖机器人的飞行机理获得启发，开发了一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，具体为一种能够实现跨介质飞行并且由旋翼和可变形扑翼复合驱动的水空两栖无人机，其比较于倾转旋翼式来说，应用场合更广，机翼能够变形，隐蔽性更强且能穿越狭小空间；比较于四旋翼固定翼复合式，本专利技术所述的飞行潜水航行器具有扑翼驱动这一模式，具有创新性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，具体为一种能够实现跨介质飞行并且由旋翼和可变形扑翼复合驱动的水空两栖无人机，其具有固定翼飞行模式，扑翼飞行模式和旋翼飞行模式三种飞行模式以及水面航行和水下巡航两种水中运动方式。用于解决以下技术问题：1)可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器由机身、可倾转的多旋翼机构、可折叠变形扑翼机构和浮筒组成，可倾转的多旋翼机构为航行器在水中航行或空中飞行提供动力，为航行器跨介质飞行提供升力；可折叠变形扑翼机构为航行器在空中飞行提供动力；浮筒为航行器漂浮在水面上提供足够的浮力。2)可倾转的旋翼机构分别布置了旋翼和水桨，用于空中飞行和水下巡航，并设计了由电机驱动控制的齿轮机构，使旋翼可倾转不同的角度，完成各种工作需求。3)可折叠变形扑翼机构采用舵机驱动的六杆机构实现机翼折叠功能，以穿过不同的狭窄空间，并由另一舵机驱动，实现机翼的扑动功能，为空中飞行提供动力。4)本专利技术从现有的复合式航行器受到启发，创新性的提出扑翼驱动和四旋翼驱动复合的方式，改善了目前航行器所存在的问题，具有良好的应用价值和研究前景。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；所述机身包括机架2和两个机架连接件6；每个机架连接件6的前部和后部均设有轴承8；所述机架2为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件6分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件6的中部，位于机架连接件6下方；所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件6之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件6之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架2上方；所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件6的外侧中部；所述骨架包括前端骨架1、连接骨架3、后端骨架4和环形骨架5；用于起到对机身的保护作用，并使航行器更加仿生，增加航行器隐蔽性；所述前端骨架1与环形骨架5的前端连接，环形骨架5的后端与后端骨架4连接，两个机架连接件6的两端分别与前端骨架1和后端骨架4连接，所述机身位于环形骨架5内。在上述方案的基础上，所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板9、两根方形杆29、连接杆30、连接件Ⅰ31、连接件Ⅱ32、固定座33、连接件Ⅲ39本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；/n所述机身包括机架(2)和两个机架连接件(6)；每个机架连接件(6)的前部和后部均设有轴承(8)；所述机架(2)为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件(6)分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件(6)的中部，位于机架连接件(6)下方；/n所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件(6)之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架(2)上方；/n所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件(6)的外侧中部；/n所述骨架包括前端骨架(1)、连接骨架(3)、后端骨架(4)和环形骨架(5)；所述前端骨架(1)与环形骨架(5)的前端连接，环形骨架(5)的后端与后端骨架(4)连接，两个机架连接件(6)的两端分别与前端骨架(1)和后端骨架(4)连接，所述机身位于环形骨架(5)内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，包括：机身、两组可变形扑翼机构、两组可倾转多旋翼机构、骨架、尾翼和两组水面漂浮装置；
所述机身包括机架(2)和两个机架连接件(6)；每个机架连接件(6)的前部和后部均设有轴承(8)；所述机架(2)为十字结构，包括纵梁和横梁，纵梁的前部和后部均设有开口；两个机架连接件(6)分别安装在横梁的左右两端，所述尾翼安装在纵梁的后端，所述两组水面漂浮装置分别安装在两个机架连接件(6)的中部，位于机架连接件(6)下方；
所述两组可倾转多旋翼机构安装在两个机架连接件(6)之间，其中一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的前部，另一组可倾转多旋翼机构位于两个机架连接件(6)之间的后部，两组可倾转多旋翼机构均位于机架(2)上方；
所述两组可变形扑翼机构分别安装在两个机架连接件(6)的外侧中部；
所述骨架包括前端骨架(1)、连接骨架(3)、后端骨架(4)和环形骨架(5)；所述前端骨架(1)与环形骨架(5)的前端连接，环形骨架(5)的后端与后端骨架(4)连接，两个机架连接件(6)的两端分别与前端骨架(1)和后端骨架(4)连接，所述机身位于环形骨架(5)内。


2.如权利要求1所述的可变形复合翼跨介质飞行潜水航行器，其特征在于，所述可变形扑翼机构包括六杆折叠机构、三个拱形板(9)、两根方形杆(29)、连接杆(30)、连接件Ⅰ(31)、连接件Ⅱ(32)、固定座(33)、连接件Ⅲ(39)、控制折叠的舵机b(10)和控制扑动的舵机(a7)；
所述六杆折叠机构包括：连杆一(34)、连杆二(35)、连杆三(36)、连杆四(37)和外段翼(38)；
所述舵机a(7)安装于机架连接件(6)上，每个拱形板(9)的前端和后端均设有方形孔，中部设有拱形孔，其中一根方形杆(29)的一端与连接件Ⅱ(32)的一端连接，另一端依次穿过三个拱形板(9)后端的方形孔与三个拱形板(9)固定连接，连接件Ⅱ(32)的另一端设有通孔，舵机a(7)的一端通过螺丝与连接杆(30)的一端连接，连接杆(30)的另一端穿过通孔与固定座(33)连接，固定座(33)安装于机架连接件(6)上，舵机a(7)的另一端通过螺丝与连接件Ⅰ(31)的一端连接，连接件Ⅰ(31)的另一端与另一根方形杆(29)的一端连接，另一根方形杆(29)的另一端依次穿过三个拱形板(9)前端的方形孔与三个拱形板(9)固定连接，所述连接件Ⅲ(39)安装于另一根方形杆(29)上，位于最左侧拱形板(9)的右侧，所述舵机b(10)固定安装于连接件Ⅲ(39)上，
所述舵机b(10)的输出轴与连杆二(35)的一端连接，所述连杆一(34)的一端固定于连接件Ⅲ(39)上，连杆二(35)的另一端与连杆四(37)的一端通过转动副连接，连杆三(36)的一端通过转动副与连杆一(34)的中部连接，连杆一(34)的另一端通过转动副与连杆四(37)的中部连接，外段翼(38)上设有蒙皮，外段翼(38)包括五根连杆五，连杆三(36)的另一端和连杆四(37)的另一端分别穿过位于右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：付国强，李煜民，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11