水陸空多域機動載運車輛的製作方法

2023-05-30 09:29:01 2

專利名稱：水陸空多域機動載運車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種載運工具，特別涉及一種主要以車輪邊驅動進行高機動性的路面 越野、並輔助以涵道螺旋槳垂直起降的空中飛行和以水翼提供浮力的水面高速滑行為共同 特徵的水陸空三棲載運車輛。
背景技術：
現有的載運工具多工作在單一工作區域，如汽車只能在陸地行駛，飛機只能在空 中飛行，艦船只能在水面行進。即使有一些兩棲或三棲的載運工具，也都存在一些局限性， 有的需要一定的跑道才能滑跑升空或降落，有的不能在城市樓宇群中實現飛行功能，有的 水面行駛速度較低，有的路面行駛通過性太差。當今社會，在搶險救災工作中對保護人民生命和財產安全的要求日益強烈，而目 前所有的載運工具均不能在洪澇災害，地質災害和城市突發應急等事件中成為滿足全部要 求的載運工具。在這些情況中迫切需要能夠對水陸空等區域的特定目標位置實現零距離快 速到達功能，不受道路狀況、周圍建築和自然環境的影響，在惡劣氣候條件下也能保持運輸 工作能力的載運工具。由於需要在水陸空三種不同工作介質中前進，所以需要有適合各自介質的不同推 進方式，這就存在一些需要協調解決的特殊問題，如作為可空中飛行的載運工具，該車輛對 重量是很敏感的，這就使得車重要控制在動力允許的起飛重量以內，並保留一定的後備功 率以產生足夠的加速度和控制力。為了實現良好的路面行駛能力，又不能與空中和水上的 機構和傳動系統有幹涉，所以路面行駛機構無法採用傳統的機械傳動方式。如何協調解決 在不同工作介質中工作的特殊問題，是設計和實現應用於多域的機動載運工具的技術難 題。

發明內容
本發明的目的是要克服現有技術中的不足，提供一種可以方便的工作在水陸空三 域的機動載運工具。本發明提供了一種水陸空多域機動載運車輛，其特徵在於，包括車體、四個輪邊驅 動式車輪、兩個升力涵道螺旋槳、兩個水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進螺旋槳、可 摺疊V型水翼；其中車體內包括動力系統，輪邊驅動式車輪的輪邊驅動部件通過液壓管路 或者電路與動力系統相連；升力涵道螺旋槳包括升力涵道、螺旋槳支架和螺旋槳，其中兩個 升力涵道嵌入在車體的前部和後部，涵道內固定螺旋槳支架，螺旋槳安裝在螺旋槳支架上， 前後兩個升力涵道螺旋槳為正反槳，旋轉方向相反；水平推力涵道螺旋槳包括水平推力涵 道、螺旋槳支架和螺旋槳，兩個水平推力涵道並列固定在車體的後部，涵道內固定螺旋槳支 架，螺旋槳安裝在螺旋槳支架上，兩個水平推力涵道螺旋槳為正反槳，旋轉方向相反；車體 底部固定有可收回式水上推進螺旋槳；車體底部兩側的前部和後部分別連接有一個可摺疊 V型水翼。
本發明所述水陸空多域機動載運車輛的工作原理為在陸地行駛時，用液壓管路 或者電路將動力傳遞到輪邊驅動部件上(如液壓驅動馬達或輪轂電機)，通過對四個車輪 轉速的單獨控制，實現車輛的路面行駛時的轉向，行駛，制動和倒退；在飛行狀態時，通過升 力涵道螺旋槳產生克服車輛自重的升力，通過水平推力涵道螺旋槳產生的推力推動車輛在 空中的前飛；行駛在水面時，車體底部螺旋槳打開旋轉；車身底部的可摺疊V型水翼打開， 浸入水中，在水翼升力作用下車體逐漸被抬出水面，從而使車輛能夠實現水面高速行駛。有益效果本發明可以方便的實現載運工具水陸空三棲的任意功能切換，從根本上改變人員 和物資運輸的方式，極大提高運輸效率和工作效率。


圖1為車輛的總體結構圖；圖2為水翼展開狀態下的車輛總體結構圖；圖3為車輛的俯視圖；圖4為從車輛前方觀察的結構示意圖；圖5為平行多片式百葉窗狀舵面陣列結構圖；圖6為升力涵道的剖面示意圖；圖中，1-車體，2-升力涵道螺旋槳，3-平行多片式百葉窗狀舵面陣列，4-水平推力 涵道，5-可摺疊V型水翼，6-駕駛艙(座艙)，7-輪邊驅動式車輪，8-升力涵道，9-駕駛員， 10-水平推力涵道螺旋槳，11-升力涵道螺旋槳支架，12-百葉窗葉片連接件，13-伺服電機， 14-拉杆，15-可收回式水上推進螺旋槳。
具體實施例方式下面結合附圖，具體說明本發明的優選實施方式。圖1至圖4所示為按照本發明實現的一種水陸空多域機動載運車輛。該車輛包括 車體1和四個輪邊驅動式車輪7，車體1內包括動力系統，輪邊驅動式車輪7的輪邊驅動部 件通過液壓管路或者電路與動力系統相連。載運車輛在陸地行駛時，由於涵道的存在，布置空間受限，無法採用傳統的機械式 傳動，故採用柔性傳動系統，適用於本項目的柔性傳動方案包括液壓傳動的輪邊液壓馬達 車輛驅動方案和電傳動的輪轂電機車輪驅動方案。用液壓管路或者電路將動力傳遞到輪邊 驅動部件上(如液壓驅動馬達或輪轂電機)，通過對四個車輪轉速的單獨控制，實現車輛的 路面行駛時的轉向，行駛，制動和倒退。由於採用了輪邊驅動方案車輛的離地間隙可以不受 到傳動系統的影響，使車輛的越野性能和通過性能優於傳統越野車輛。兩個升力涵道8嵌入在車體1的前部和後部，涵道內固定螺旋槳支架11，螺旋槳2 安裝在螺旋槳支架11上；前後兩個升力涵道螺旋槳2為正反槳，旋轉方向相反；兩個水平 推力涵道4並列固定在車體1的後部，涵道內固定螺旋槳支架，螺旋槳10安裝在螺旋槳支 架上；兩個水平推力涵道螺旋槳10為正反槳，旋轉方向相反。載運車輛工作在飛行狀態時，升力涵道8的上方為進氣口，下方為排氣口，在螺旋 槳正常的工作狀況下，氣流從上方被吸入涵道，經過涵道8內加速後，從下方吹出，產生克
4服車輛自重的升力；前後兩個升力涵道螺旋槳2為正反槳，即旋轉方向相反，以保證旋轉產 生的反扭矩可以相互抵消，防止車輛空中發生失控的自旋。兩個水平推力涵道螺旋槳10為 正反槳，旋轉方向相反，相互平衡扭矩；水平推力涵道螺旋槳產生的推力用以推動車輛在空 中的前飛，必要時可反轉以提供空中制動的拉力。如圖6所示，在升力涵道8的進氣口和排氣口處均設置有平行多片式百葉窗狀舵 面陣列3。百葉窗結構如圖5所示，陣列3中多片平行排列的葉片兩端上部均通過鉸接形式 與固定於車體1上的涵道8內壁相連，葉片下端通過連接件12與拉杆14相連，連接件12 與葉片相互固定連接，與拉杆14為鉸接連接，故葉片和拉杆14間可以有相對旋轉運動，拉 杆14的端部與伺服電機13的旋臂相連。在伺服電機13控制下，百葉窗拉杆14進行往復 運動，從而使平行的百葉窗葉片同步進行偏轉，對入流和下洗氣流進行導流。百葉窗結構的控制實施流程如下，當同一涵道的上下兩組百葉窗向同方向偏轉 時，由於空氣動力造成百葉窗葉片受到側下方分力，力的方向和大小取決於氣流速度和葉 片偏轉角度，葉片所受到力的水平分量即成為空中飛行控制所需的橫向力，當上下兩組百 葉窗偏轉方向相同，則受力水平分量方向也相同，此時對應此涵道的車體1處受到同樣方 向橫向水平推力。當上下兩組百葉窗偏轉方向相反，則兩組葉片的水平分量方向相反，形成 一個扭轉力矩，這能用在對車體1飛行中側傾姿態的控制。以飛行中車輛的側向小幅度平移機動動作為例，在懸停中為了實現車身向左的平 移，則須將前後涵道的上下共四組百葉窗均向右偏轉，偏轉角度大小由中央控制器根據駕 駛員給予的位移控制量信號經過數據處理後送到伺服電機13，伺服電機13旋轉帶動旋臂 拉動百葉窗拉杆14機構，由於旋臂和百葉窗葉片相互平行，構成平行四邊形，故旋臂的轉 角等於葉片轉角，控制量為線性對應關係，便於進行信號快速處理和反饋。升力涵道螺旋槳2和水平推力涵道螺旋槳10均選用總距可調的螺旋槳，可以通過 改變槳葉攻角，調整升力或水平推力的大小。車輛在空中飛行時，其縱向穩定性靠前後兩個升力涵道螺旋槳2的總距控制進行 調節，即通過旋翼操縱系統改變各個旋翼的攻角，從而改變其升力，調節前後涵道螺旋槳的 升力，控制縱向穩定性。橫向穩定性靠安裝在升力涵道8上、下部的四組百葉窗進行調節， 葉片傾斜角度不同，會產生不同的側向力合力，用來調節車輛的橫向穩定性。水平推力涵道 螺旋槳10可通過槳距和轉速來調整左右兩側的推力輸出，不同推力可以產生一個轉矩，用 於為飛行中的水平旋轉運動提供控制力矩。車體1底部固定有可收回式水上推進螺旋槳15 ；車體1底部兩側的前部和後部分 別連接有一個可摺疊的V型水翼5。載運車輛行駛在水面時，可收回式水上推進螺旋槳15打開旋轉；車身底部的可折 疊V型水翼5在非水面行駛工況時呈摺疊狀態，與車體貼合。車輛水上行駛時，V型水翼5 打開，浸入水中；在可收回式水上推進螺旋槳15的推動作用下，車輛在水中前進，水翼5切 割水流並產生升力，在水翼5升力作用下車體逐漸被抬出水面，由於車體沒入水面以下的 排水體積的減小使得水面行駛阻力減小，車輛能夠實現水面高速行駛。空中及陸上行駛時，水翼5摺疊在車體1兩側下方。水上行駛時，先控制升力涵道 槳下部的兩組百葉窗旋轉90度，對車輛涵道進行密封，使車輛具有一定的排水行駛能力， 同時提高車輛水上行駛動力失效時的安全性。當水深大於2. 5米時，通過液壓推桿機構將
5水翼5展開。隨著水上行駛車速的增加，車輛依次經歷排水狀態、過渡狀態、翼航狀態在水 上行駛。水上螺旋槳在空中、陸上工況時摺疊在車輛底盤內，水上行駛時，依靠伺服電機13 帶動其底座旋轉將其展開入水。本實施例所述車輛在通常工況下可以在鋪裝道路或越野路面上行駛，由於車輛尺 寸基本接近普通地面車輛，所以不受道路寬度和鐵路運輸的限制，便於人員設備的快速投 放。通過豎直的升力涵道8提供的升力，本車輛具備垂直起降的飛行能力，由於涵道的環擴 作用，螺旋槳葉片上的渦強度分布較普通螺旋槳更為高效，減少了槳尖損失；在涵道的入口 處於負壓區域，唇口能夠提供附加拉力；另外由於涵道改善了螺旋槳下遊的滑流狀態，能夠 把氣流動能較多的轉化為壓力能，對涵道拉力起到積極作用。所以，本發明能夠在相對較小 的槳盤尺寸下提供較大的拉力來克服車體重力，實現垂直起降功能，並通過合理的控制機 構實現在空中良好的姿態控制，這對廣泛用於城市和救災環境是至關重要的。能夠有效避 免因為槳葉撞擊建築或樹木、電纜等造成的事故，並可在城市建築群中安全飛行，為高層建 築救災提供無可替代的平臺。水面行進方面，由於摒棄了傳統水陸兩棲車輛一般採用的排 水式水上行駛方案，用V型水翼產生的升力將車體託離水面，極大提高了車輛在水上行駛 時的行進速度。以上所述的具體描述，對發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說 明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例，用於解釋本發明，並不用於限定本 發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應 包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種水陸空多域機動載運車輛，其特徵在於，包括車體(1)、四個輪邊驅動式車輪(7)、兩個升力涵道螺旋槳、兩個水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進螺旋槳(15)、可摺疊V型水翼(5)；其中車體(1)內包括動力系統，輪邊驅動式車輪(7)的輪邊驅動部件通過液壓管路或者電路與動力系統相連；升力涵道螺旋槳包括升力涵道(8)、螺旋槳支架(11)和螺旋槳(2)，其中兩個升力涵道(8)嵌入在車體(1)的前部和後部，涵道(8)內固定螺旋槳支架(11)，螺旋槳(2)安裝在螺旋槳支架(11)上，前後兩個升力涵道螺旋槳(2)為正反槳，旋轉方向相反；水平推力涵道螺旋槳包括水平推力涵道(4)、螺旋槳支架和螺旋槳(10)，兩個水平推力涵道(4)並列固定在車體(1)的後部，涵道(4)內固定螺旋槳支架，螺旋槳(10)安裝在螺旋槳支架上，兩個水平推力涵道螺旋槳(10)為正反槳，旋轉方向相反；車體底部固定有可收回式水上推進螺旋槳(15)；車體底部兩側的前部和後部分別連接有一個可摺疊V型水翼(5)。
2.根據權利要求1所述的一種水陸空多域機動載運車輛，其特徵在於，在升力涵道(8) 的進氣口和排氣口處均設置有平行多片式百葉窗狀舵面陣列(3)，陣列(3)中多片平行排 列的葉片兩端上部均通過鉸接形式與固定於車體(1)上的涵道(8)內壁相連，葉片下端通 過連接件(12)與拉杆(14)相連，連接件(12)與葉片相互固定連接，與拉杆(14)為鉸接連 接；拉杆(14)的端部與伺服電機(13)的旋臂相連。
3.根據權利要求2所述的一種水陸空多域機動載運車輛，其特徵在於，所述升力涵道 螺旋槳(2)和水平推力涵道螺旋槳(10)均選用總距可調的螺旋槳。
全文摘要
本發明涉及一種水陸空多域機動載運車輛，包括車體、四個輪邊驅動式車輪、兩個升力涵道螺旋槳、兩個水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進螺旋槳、可摺疊V型水翼；其中車體內包括動力系統，輪邊驅動式車輪的輪邊驅動部件通過液壓管路或者電路與動力系統相連；升力涵道螺旋槳嵌入在車體的前部和後部；水平推力涵道螺旋槳並列固定在車體的後部；車體底部固定有可收回式水上推進螺旋槳；車體底部兩側的前部和後部分別連接有一個可摺疊V型水翼。本發明可以方便的實現載運工具水陸空三棲的任意功能切換，從根本上改變人員和物資運輸的方式，極大提高運輸效率和工作效率。
文檔編號B60F5/02GK101961974SQ20101028338
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者劉輝, 徐彬, 李明喜, 項昌樂, 馬躍, 魏巍 申請人:北京理工大學