太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机及工作方法技术

本发明专利技术公开一种以太阳能为动力的水陆两栖垂直起降迁徙探潜无人机设计方案，包括船型底机身、机翼、尾翼、机臂，太阳能柔性电池板，其中，机身底部为V形机底用以满足水面降落的需求，同时在地面起降阶段充当起落架，在机臂上和机身后方均设有螺旋桨，用于实现无人机迁徙任务中的起降和飞行；机翼贯穿安装于机身后部，机翼分为内段机翼和外段机翼，内段机翼、外段机翼上表面布置有太阳能板，翼尖小翼集成有水面起降所需的稳定浮筒。本发明专利技术不仅能够保证该探潜无人机能够从水面或者陆地垂直起降，拥有较好的横向、纵向着水和水上漂浮稳定性，还能够保证较高的巡航速度以及仿飞鸟的无限制续航能力。续航能力。续航能力。

【技术实现步骤摘要】
太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机及工作方法


[0001]本专利技术涉及航空
，尤其涉及一种迁徙探潜无人机。

技术介绍

[0002]水陆两栖无人机是一种能在水上或硬质地面(如舰面环境)着陆、起飞和操作的装备有浮子或船体的无人机，该类机型可用于运输、海上侦察、反潜等民用或军用任务，具有广阔的应用前景；
[0003]目前，垂直起降固定无人机主要采用复合翼的构型，复合翼构型结合了传统固定翼和多旋翼无人机的技术特点，在全机设计和控制层面技术成熟度高；但是由于缺乏专有设计，仅能在地面或者舰面起降，普遍缺乏在水面起降的能力。部分复合翼无人机采用机臂作为浮筒以满足水面起降的要求，但是该方法限制了机臂下侧安装动力系统的能力，使得动力系统无法在机臂上下侧紧凑安装，增加了全机尺寸。
[0004]同时，目前舰船上主流装备的垂直起降固定翼无人机主要采用电机与或者电机加重油螺旋桨发动机作为动力系统，电池的电能或者无人机携带的燃料直接制约了其航程。
[0005]还有目前在远程迁徙任务，如对敌方核潜艇或者海上遇难人员进行长时间的追踪和搜索，现有的无人机受到如上所述的结构或能量供给的限制均无法完成相关的远程迁徙任务。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种能够完成远程迁徙任务，结构紧凑，采用太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，包括机身、机翼、螺旋桨、太阳能柔性电池板，电池，还包括在机身两侧的机翼上设有的一对与所述机身轴线相平行的机臂，同时，机臂固连在机翼上方，机臂与机翼的连接位置位于机翼半展长的15
‑
20％处；在所述机臂末端设有尾翼；所述的螺旋桨以及用于驱动螺旋桨的电机成对安装在所述的机臂上，用于无人机整机的垂直起降；在所述的机身的尾部设有巡航用螺旋桨；
[0008]所述的机身包括上、下整流罩及由上、下整流罩围成的密封载荷舱，机身的上半部整流罩表面为流线型，机身的底部具有V型机底；所述的太阳能柔性电池板铺设在所述的机身流线型表面上；
[0009]所述的机翼包括内段机翼，内段机翼的一端安装在机身上，内段机翼的另一端依次连接有外段机翼和翼尖小翼；所述的太阳能柔性电池板铺设在所述的内段机翼和外段机翼上；
[0010]还包括电池，电池设在所述机身的密封腔内，电池分别与所述的太阳能柔性电池板和电机电连接，太阳能柔性电池板的总共铺设面积占全机浸湿面积的15
‑
17％；太阳能柔性电池板用于将太阳能转化为电能并储存在电池中，电池又将电能提供至电机，从而驱动
螺旋桨和巡航螺旋桨工作。
[0011]进一步的，所述机身的V型机底的宽高比为3
‑
5，用于无人机在水面垂直降落或者滑翔迫降时，将水向船底两侧排开，降低水面冲击，提高无人机的触水下降率、漂浮稳定性和水面航行稳定性；
[0012]所述的机身总长为1
‑
2m，最大宽度为0.5
‑
0.6m，最大高度为小于0.5m；在所述机身流线型表面上铺设的太阳能柔性电池板的铺设面积占机身浸湿面积的5
‑
9％。
[0013]进一步的，所述的机翼为中单翼，所述的内段机翼插入机身后部预留开口区域并固连；所述机翼的展弦比为15
‑
20；
[0014]巡航构型下除翼尖小翼外无上反角、无前缘后掠角。
[0015]进一步的，所述内段机翼俯视投影轮廓为梯形，内段机翼长度为机翼半展长的50
‑
55％，翼根弦长0.50
‑
0.60m，端部弦长0.50
‑
0.55m，平均气动弦长为0.4
‑
0.5m；
[0016]布置在内段机翼表面上的太阳能柔性电池板设置面积占所述内段机翼浸湿面积的35
‑
40％。
[0017]进一步的，所述外段机翼俯视投影轮廓为梯形，外段机翼的长度为所述机翼半展长的30
‑
35％，根部弦长为0.45
‑
0.50m，且根部弦长与内段机翼的端部弦长相等；所述外段机翼根部通过机翼折叠作动机构与内段机翼的端部相连，用于使所述的外段机翼在无人机充电待机时或在地面、舰面起降时进行折叠；
[0018]所述的外段机翼的机翼后缘布置有外段机翼全展长副翼，副翼的根部弦长为外段机翼根部弦长的25
‑
30％，副翼的端部弦长为外段机翼端部弦长的25
‑
27％；
[0019]在所述外段机翼上表面布置的太阳能柔性电池板的铺设面积占所述外段机翼浸湿面积的45％
‑
47％，在所述副翼上表面布置的太阳能柔性电池板的铺设面积占所述副翼浸湿面积的47％
‑
50％。
[0020]进一步的，所述的翼尖小翼的长度为所述机翼半展长的10
‑
15％，翼尖小翼的根部与所述外段机翼的端部固连；
[0021]所述的翼尖小翼具有由碳纤维和泡沫夹芯复合材料制成的硬质外壳，在硬质壳体内设有密封空腔，在密封空腔内的整机高度方向上设有用于提高翼尖小翼强度和刚度的腹板，且所述的腹板将密封空腔分隔为多个，翼尖小翼用于所述无人机在空中飞行时，改善机翼的升力延展向分布、降低诱导阻力，还用于所述无人机在水面垂直降落或者滑翔迫降时产生浮力；
[0022]所述的翼尖小翼密封空腔的体积为0.02
‑
0.03立方米，提供的浮力为全机浮力的18
‑
21％，用于保证所述的无人机在水面摇晃时提供恢复力矩；
[0023]所述翼尖小翼外形与体积通过前缘贝塞尔曲线，后缘贝塞尔曲线和最大厚度贝塞尔曲线以及翼尖小翼的根部与梢部翼型控制，翼尖小翼的根部弦长与外段机翼的端部弦长相等，所述翼尖小翼的前缘和后缘与所述的外段机翼的前、后缘相切以保证光滑过渡，翼尖小翼的前缘后掠角从根部到梢部方向以40
°‑
50
°
角光滑过渡，上反角从根部到梢部方向以33
°‑
37
°
角光滑过渡。
[0024]进一步的，所述的螺旋桨为多旋翼螺旋桨，两个为一组的竖直布置在所述的机臂上，且转向相反；每个螺旋桨的直径为25
‑
32英寸；驱动螺旋桨的电机功率为3.7
‑
4.3kw，单个电机与螺旋桨的总重为7
‑
8kg；
[0025]所述的巡航用螺旋桨每个桨叶长为20
‑
24英寸，电机功率为3.3
‑
3.8kw。
[0026]进一步的，所述的尾翼为H型尾翼，包括：水平尾翼和垂直尾翼，所述的水平尾翼与所述的机翼平行设置，且在水平尾翼的后方设有升降舵；所述的水平尾翼为矩形，展弦比为4.5
‑
5，使用最大厚度为8
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，包括机身(1)、机翼(2)、螺旋桨(5)、太阳能柔性电池板(6)，电池(72)，其特征在于，还包括在机身(1)两侧的机翼(2)上设有的一对与所述机身(1)轴线相平行的机臂(3)，同时，机臂(3)固连在机翼(2)上方，机臂(3)与机翼(2)的连接位置位于机翼(2)半展长的15
‑
20％处；在所述机臂(3)末端设有尾翼(4)；所述的螺旋桨(5)以及用于驱动螺旋桨(5)的电机成对安装在所述的机臂(3)上，用于无人机整机的垂直起降；在所述的机身(1)的尾部设有巡航用螺旋桨(12)；所述的机身(1)包括上、下整流罩(13)及由上、下整流罩(13)围成的密封载荷舱(11)，机身(1)的上半部整流罩(13)表面为流线型，机身(1)的底部具有V型机底(14)；所述的太阳能柔性电池板(6)铺设在所述的机身(1)流线型表面上；所述的机翼(2)包括内段机翼(21)，内段机翼(21)的一端安装在机身(1)上，内段机翼(21)的另一端依次连接有外段机翼(22)和翼尖小翼(24)；所述的太阳能柔性电池板(6)铺设在所述的内段机翼(21)和外段机翼(22)上；还包括电池，电池设在所述机身(1)的密封腔内，电池分别与所述的太阳能柔性电池板(6)和电机电连接，太阳能柔性电池板(6)的总共铺设面积占全机浸湿面积的15
‑
17％；太阳能柔性电池板(6)用于将太阳能转化为电能并储存在电池中，电池又将电能提供至电机，从而驱动螺旋桨(5)和巡航螺旋桨(12)工作。2.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述机身(1)的V型机底的宽高比为3
‑
5，用于无人机在水面垂直降落或者滑翔迫降时，将水向船底两侧排开，降低水面冲击，提高无人机的触水下降率、漂浮稳定性和水面航行稳定性；所述的机身(1)总长为1
‑
2m，最大宽度为0.5
‑
0.6m，最大高度为小于0.5m；在所述机身(1)流线型表面上铺设的太阳能柔性电池板(6)的铺设面积占机身浸湿面积的5
‑
9％。3.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述的机翼(2)为中单翼，所述的内段机翼(21)插入机身(1)后部预留开口区域并固连；所述机翼(2)的展弦比为15
‑
20；巡航构型下除翼尖小翼(24)外无上反角、无前缘后掠角。4.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述内段机翼(21)俯视投影轮廓为梯形，内段机翼(21)长度为机翼(2)半展长的50
‑
55％，翼根弦长0.50
‑
0.60m，端部弦长0.50
‑
0.55m，平均气动弦长为0.4
‑
0.5m；布置在内段机翼(21)表面上的太阳能柔性电池板(6)设置面积占所述内段机翼(21)浸湿面积的35
‑
40％。5.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述外段机翼(22)俯视投影轮廓为梯形，外段机翼(22)的长度为所述机翼(2)半展长的30
‑
35％，根部弦长为0.45
‑
0.50m，且根部弦长与内段机翼(21)的端部弦长相等；所述外段机翼(22)根部通过机翼折叠作动机构与内段机翼(21)的端部相连，用于使所述的外段机翼(22)在无人机充电待机时或在地面、舰面起降时进行折叠；所述的外段机翼(22)的机翼后缘布置有外段机翼全展长副翼(23)，副翼(23)的根部弦长为外段机翼(22)根部弦长的25
‑
30％，副翼(23)的端部弦长为外段机翼(22)端部弦长的25
‑
27％；在所述外段机翼(22)上表面布置的太阳能柔性电池板(6)的铺设面积占所述外段机翼
(22)浸湿面积的45％
‑
47％，在所述副翼(23)上表面布置的太阳能柔性电池板(6)的铺设面积占所述副翼(23)浸湿面积的47％
‑
50％。6.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述的翼尖小翼(24)的长度为所述机翼(2)半展长的10
‑
15％，翼尖小翼(24)的根部与所述外段机翼(22)的端部固连；所述的翼尖小翼(24)具有由碳纤维和泡沫夹芯复合材料制成的硬质外壳，在硬质壳体内设有密封空腔(245)，在密封空腔(245)内的整机高度方向上设有用于提高翼尖小翼(24)强度和刚度的腹板(244)，且所述的腹板(244)将密封空腔(245)分隔为多个，翼尖小翼(24)用于所述无人机在空中飞行时，改善机翼(2)的升力延展向分布、降低诱导阻力，还用于所述无人机在水面垂直降落或者滑翔迫降时产生浮力；所述的翼尖小翼(24)密封空腔(245)的体积为0.02
‑
0.03立方米，提供的浮力为全机浮力的18
‑
21％，用于保证所述的无人机在水面摇晃时提供恢复力矩；所述翼尖小翼(24)外形与体积通过前缘贝塞尔曲线(241)，后缘贝塞尔曲线(242)和最大厚度贝塞尔曲线(243)以及翼尖小翼(24)的根部与梢部翼型控制，翼尖小翼(24)的根部弦长与外段机翼(22)的端部弦长相等，所述翼尖小翼(24)的前缘和后缘与所述的外段机翼(22)的前、后缘相切以保证光滑过渡，翼尖小翼(24)的前缘后掠角从根部到梢部方向以40
°‑
50
°
角光滑过渡，上反角从根部到梢部方向以33
°‑
37
°
角光滑过渡。7.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述的螺旋桨(5)为多旋翼螺旋桨，两个为一组的竖直布置在所述的机臂(3)上，且转向相反；每个螺旋桨(5)的直径为25
‑
32英寸；驱动螺旋桨(5)的电机功率为3.7
‑
4.3kw，单个电机与螺旋桨(5)的总重为7
‑
8kg；所述的巡航用螺旋桨(12)每个桨叶长为20
‑
24英寸，电机功率为3.3
‑
3.8kw。8.如权利要求1所述的太阳能动力的水陆两栖迁徙探潜无人机，其特征在于，所述的尾翼(4)为H型尾翼，包括：水平尾翼(41)和垂直尾翼(42)，所述的水平尾翼(41)与所述的机翼(2)平行设置，且在水平尾翼(41)的后方设有升降舵(411)；所述的水平尾翼(41)为矩形，展弦比为4.5
‑
5，使用最大厚度为8
‑
12％的对称翼型；所述升降舵(411)的面积与所述水平尾翼(41)面积之比为0.35
‑
0.4；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓葭，宋思晨，乔红宇，肖天航，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：