水下飞机制造技术

一种海洋工程领域的水下飞机，包括：主翼、壳体、动力装置、起落装置、控制系统和稳定操纵机构，其中：一对主翼对称设置于壳体的外部两侧，起落装置、稳定操纵机构和动力装置分别与壳体固定连接，起落装置位于动力装置的下方，控制系统位于壳体内部并分别与主翼、动力装置、稳定操纵机构和起落装置相连接。本发明专利技术具有良好的隐蔽性，高负载能力，低能耗的特点。

Underwater aircraft

A marine engineering field of underwater aircraft, including: main wing, shell, power device, lifting device, control system and stability control mechanism, including: a pair of wing symmetrically arranged on the outside of the casing on both sides of the landing gear, stable operating mechanism and power device are respectively connected with the shell body is fixedly connected with the bottom of the landing gear, is located in the power plant the control system is positioned in the casing and are respectively connected with the main wing, power device, stable operating mechanism and the landing gear. The invention has the advantages of good concealment, high load capacity and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种海洋工程
的装置，具体是一种水下飞机。
技术介绍
海洋水下勘探、运输和作业中大量使用各种水下飞机，分为载人型水下飞机和无人潜航器两大类。这两种运载器在水下航行时，都具有正浮力或者是零浮力状态。飞机同样在流体中运动，和潜器不同，它在自身重量大大超过浮力的情况下，通过主翼绕流产生的升力，飞行在空气中，并且通过调节主翼攻角，改变姿态。在空气中，产生足以与飞机自身重量平衡的升力，需要非常大的速度，而在水中，更低的航行速度即可提供更大的升力。水下飞机或者配置浮力调节装置或者需要填充大量的浮力材料，这些装置和材料占用了很多空间，也导致运载器负载能力的减小和整体重量的增加，并且当浮力与重力并不相等的时候，还需要依靠推进器的配合来产生垂直方向的力。水下飞机在水下作业时，能量的输入和通讯或者依靠连接水面和水下的脐带缆，或者只依靠自己携带的有限的能量。带缆的运载器需要复杂的水面支持系统和母船相配合，使用成本高，隐蔽性差。无缆运载器省去了复杂的水面支持设备和母船，使用维护成本低，隐蔽性好，但其作业时间极大地受到能量的限制，由于水下飞机必须保持正浮力或者是零浮力状态，负载能力也大大受限，不利于其广泛应用。因此，提高能量的利用效率以延长其水下持续工作时间和航程，和提高水下飞机的负载能力是水下飞机领域的重要课题之一。经过对现有技术的检索发现，格拉哈姆*霍克斯(Graham Hawkes)研制出一种新型潜水机器超级猎鹰(De印Flight Super Falcon),具有非常新颖的潜水性能。超级猎鹰利用主翼上的向下的升力，从而使潜艇向深处下潜。这种潜水机器特点是航速高，无动力时可以自行上浮。但是这种潜水器下潜主要依靠推进器推动使其运动产生向下的力，使其运动产生向下的力，隐蔽性不好，为了维持下潜状态能耗大。并且，为使其自身重力小于水中的浮力，负载能力差。在实际海洋勘探、运输或者军事用途中，良好的隐蔽性，高负载能力，低能耗，都是重要的需求指标，理想水下飞机需要在这些方面都具有满意的性能，现有的技术不能满足这种要求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种水下飞机。本专利技术通过使得外形升力焦点位于浮心和重心的后部，使其具有良好的隐蔽性，高负载能力，低能耗的特点。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术包括主翼、壳体、动力装置、起落装置、控制系统和稳定操纵机构，其中 一对主翼对称设置于壳体的外部两侧，起落装置、稳定操纵机构和动力装置分别与壳体固定连接，起落装置位于动力装置的下方，控制系统位于壳体内部并分别与主翼、动力装置、稳定操纵机构和起落装置相连接，主翼与壳体产生的外形升力焦点位于所述水下飞机的浮心和重心的后部。所述的壳体包括透水外壳和耐压舱，其中耐压舱密封设置于外壳内部，稳定操纵机构位于耐压舱内，主翼、动力装置和起落装置分别与透水外壳固定连接。所述的透水外壳包括透水外壳头部、透水外壳中部与透水外壳尾部，其中透水外壳中部的两端分别连接透水外壳头部和透水外壳尾部。所述的透水外壳头部为半球体，所述的透水外壳中部为长径比在4 6之间的回转体，该透水外壳尾部的末端收尖，具有低流体阻力外形。所述的主翼为低雷诺数翼型结构，在水中具有中性浮力，所述的主翼仅提供流体升力，不提供浮力，以平衡水下飞机在水中的重力，另外主翼也有一定的稳定操纵作用，装置于主体中前部，对称分布于透水外壳左右两侧。所述的控制系统包括中央控制计算机组、深度传感器、姿态传感器、罗盘、GPS接收机、天线和无线电通讯控制器，其中天线固定设置于壳体外部，GPS接收机和无线电通讯控制器均与天线连接以接收外部传递的位置信息及运动控制信号，中央控制计算机组分别连接推进器、深度传感器、姿态传感器、罗盘、GPS接收机和无线电通讯控制器以分别传输推力分配控制信息、深度信息、姿态信息、角速度信息、位置信息和运动控制信号，实现全系统的综合控制。所述的动力装置包括电池、电机和螺旋桨，其中电池和电机固定设置于壳体内部，电机的输出轴与螺旋桨防水连接，螺旋桨位于壳体外部，电池和电机分别与稳定操纵结构相连接以提供控制水下飞机运动所需要的能源及动力。所述的起落装置包括若干定向轮，该定向轮固定设置于壳体的外部下方。所述的稳定操纵机构包括垂直尾翼和水平尾翼，其中垂直尾翼和水平尾 翼均固定设置于在壳体的末端并分别与控制系统相连接。所述的水平尾翼包括水平安定面和水平舵，其中水平安定面固定设置于 壳体的后部且对称分布于壳体中纵剖面两侧,水平舵位于水平安定面的后方且活 动设置于壳体的后部并与水平安定面位于同一水平面上。所述的垂直尾翼包括垂直安定面和垂直舵，其中垂直安定面固定设置于 壳体的后部且位于壳体的垂直对称面内，垂直舵位于垂直安定面后方且活动设置 于壳体的后部并与垂直安定面位于同一垂直面上。所述的垂直舵和水平舵的剖面是具有低流体阻力的翼型，当水平舵转动时， 产生垂直方向的力矩，可以调节水下飞机的纵倾，垂直舵转动时，产生水平方向 的力矩，调节水下飞机的艏向角。所述的壳体为细长体结构，所述的控制系统、电池和电机具体位于耐压舱内 部的中前部，所述的主翼固定设置于所述控制系统、电池和电机位置所对应的壳 体外部区域的后方，使得外形升力焦点位于浮心和重心的后部，提供足够的纵倾 静稳定性。同样，水下飞机外形的侧向水动力焦点也位于重心和浮心的后部，提 供足够的航向静稳定性。本专利技术通过以下方式进行工作在设计航速下，水下飞机主翼产生的升力恰 好与水下飞机在水中重力平衡，水下飞机悬浮在水中航行，由水平舵调节纵倾角从而调节航行深度；需要水下飞机上浮时，加快螺旋桨转速，此时主翼产生更大 的升力，并调节水平尾舵的舵角，使水下飞机产生正的纵倾角(抬头为正)，水 下飞机在升力作用下，建立起前进和上升速度，在水中航行；需要隐蔽在水中或 者降低航行深度时，关闭推进器，水下飞机在惯性下前进，此时主翼产生升力减 小，并调节水平尾舵的舵角，使水下飞机产生负的纵倾角(抬头为正)，水下飞 机在自身重力和升力作用下，建立起前进和下潜速度，安静地航行至期望深度， 实现隐蔽的无动力下潜。航行过程中，调节垂直尾舵，在水下飞机主翼平面内产 生偏航角，改变水下飞机空间运动姿态，同时通过两个推进器推力的配合，共同 产生沿纵轴方向的推力，以及在水下飞机主翼平面内的偏航力矩。通过对主翼平 面内推力和偏航力矩以及空间姿态的联合控制，实现水下飞机在主翼平面上的空间机动。本专利技术自身重量大于在水中的浮力，增加了主翼，通过调节螺旋桨转速从而 使主翼产生升力来配平其水中重量，可以节省大量空间和能量，极大地提高负载 能力，结构设计紧凑，简单可靠并且在无动力下潜过程中，没有噪音，具有很好 的隐蔽性。附图说明图l是本专利技术结构示意图。 图2是本专利技术侧视图。 图3是耐压舱内布置示意图。 具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限 于下述的实施例。如图l、 2、 3所示，本实施例包括主翼l、壳体2、动力装置3、起落装置4、 控制系统5和稳定操纵机构6，其中 一对主翼1对称设置于壳体2的外部两侧， 起落装置4、稳定操纵机构6和动力装置3分别与壳体2固定连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下飞机，包括：主翼、壳体、动力装置、起落装置、控制系统和稳定操纵机构，其中：一对主翼对称设置于壳体的外部两侧，起落装置、稳定操纵机构和动力装置分别与壳体固定连接，起落装置位于动力装置的下方，控制系统位于壳体内部并分别与主翼、动力装置、稳定操纵机构和起落装置相连接，其特征在于：主翼与壳体产生的外形升力焦点位于所述水下飞机的浮心和重心的后部。

【技术特征摘要】
1、一种水下飞机，包括主翼、壳体、动力装置、起落装置、控制系统和稳定操纵机构，其中一对主翼对称设置于壳体的外部两侧，起落装置、稳定操纵机构和动力装置分别与壳体固定连接，起落装置位于动力装置的下方，控制系统位于壳体内部并分别与主翼、动力装置、稳定操纵机构和起落装置相连接，其特征在于主翼与壳体产生的外形升力焦点位于所述水下飞机的浮心和重心的后部。2、 根据权利要求l所述的水下飞机，其特征是，所述的壳体包括透水外 壳和耐压舱，其中耐压舱密封设置于外壳内部，稳定操纵机构位于耐压舱内， 主翼、动力装置和起落装置分别与透水外壳固定连接。3、 根据权利要求l所述的水下飞机，其特征是，所述的主翼为低雷诺数翼 型结构。4、 根据权利要求l所述的水下飞机，其特征是，所述的控制系统包括中 央控制计算机组、深度传感器、姿态传感器、罗盘、GPS接收机、天线和无线电 通讯控制器，其中天线固定设置于壳体外部，GPS接收机和无线电通讯控制器 均与天线连接以接收外部传递的位置信息及运动控制信号，中央控制计算机组分 别连接推进器、深度传感器、姿态传感器、罗盘、GPS接收机和无线电通讯控制 器。5、 根据权利要求l所述的水下飞机...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛彤，吴超，颜翚，王强，庄广胶，刘建民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]