一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置的製作方法

2023-04-24 07:26:06

專利名稱：一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水下推進用的推進裝置，更特別地說，是指一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置。
背景技術：
無人機是無人駕駛航空器的簡稱,英文縮寫為UAV (Unmanned Aerial Vehicle)。無人機的設計最重要的要求是在機身系統達到足夠堅固的情況下，儘可能更輕便。而各種任務載荷要求下的無人機留給運動傳動機構的空間和質量配額都十分有限，要靈活並高效地將工程上基本的驅動運動，如高速轉動，轉變為有利的受控運動。基本的航空傳動方式包括直接驅動、比例放大驅動、電力伺服驅動與液壓伺服驅動等。無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸。可在無線電遙控下像普通飛機一樣起飛或用助推火箭發射升空，也可由母機帶到空中投放飛行。回收時，可用與普通飛機著陸過程一樣的方式自動著陸，也可通過遙控用降落傘或攔網回收。可反覆使用多次。廣泛用於空中偵察、監視、通信、反潛、電子幹擾等。國防工業出版社，2009年3月第I版第I次印刷，魏瑞軒、李學仁編著的《無人機系統及作戰使用》一書，在第I章總論無人機系統中介紹了無人機系統的一般組成(第2頁，圖1-2所示)。其中，飛機系統包括有機體系統、推進系統、飛控系統和導航系統。

發明內容
為了使無人機能夠在水體環境中進行作業，同時也使無人機能夠在水體環境中向空中環境進行過渡起飛，本發明設計了一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進複合的裝置，該裝置能夠使無人機在水體環境中前行，同時在要飛離水體環境時，通過氣囊豎立起機身完成水面的垂直起飛。本發明氣囊與水下推進的複合使得跨海空兩棲無人機具備了水下潛航和從水體環境到空中環境過渡的能力。一方面在空中飛行時，由主機翼提供升力，可通過調節左右控制舵的舵角實現無人機的爬升、俯衝、轉彎運動；另一方面尾翼的兩控制舵的驅動舵機均設計有密封殼，在水下航行時，舵機仍可正常工作，由氣囊與水下推進的複合裝置中的水下螺旋槳提供前行的動力，再通過調節控制舵的舵角，可實現無人機在水下環境下的前行、上浮、下潛、轉彎運動。同時，氣囊豎起裝置的設置使得無人機從水體環境運動到空中環境運動的轉換得以實現。本發明的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，所述水下推進裝置包括有水下推進組件和安裝在推進空腔中的多個設備；所述的推進空腔(2F)是指水下推進組件(2)中推進密封罩(2B)與推進卡圈(2D)裝配後內部形成的一空腔結構；所述水下推進組件(2 )包括有推進端蓋(2A)、推進密封罩(2B )、水下螺旋漿(2C)、推進卡圈(2D)、推進連接盤(2E)；
推進端蓋(2A )上設有BA通孔(2AI)、BB通孔(2A2 )、BC通孔(2A3 )、BD通孔(2A4 )；BA通孔(2A1)用於第一支撐杆(6A)的後端穿過；BB通孔(2A2)用於第二支撐杆(6B)的後端穿過；BC通孔(2A3)用於第三支撐杆(6C)的後端穿過；BD通孔(2A4)用於第四支撐杆(6D)的後端穿過；推進端蓋(2A)的後端粘接在推進連接盤(2E)的板面上；推進密封罩(2B)的內壁上在橫向和縱向上設有多根加強肋(2B1)；推進密封罩(2B)的前端內壁上設有凸緣(2B2)，該凸緣(2B2)卡合在推進卡圈(2D)的凹槽(2D2)內，凸緣(2B2)與凹槽的配合實現推進密封罩(2B)的前端與推進卡圈(2D )之間的密封安裝；推進密封罩(2B )的後端設有螺旋漿接頭(2B3 )，該螺旋漿接頭(2B3 )用於安裝水下螺旋漿(2C)的連接端，水下螺旋漿(2C)的線纜通過設在擋板(2B4)上的通孔(2B5)穿過；推進卡圈(2D)的前端設有連接凸耳(2D1)，該連接凸耳(2D1)與推進連接盤(2E)上的連接凸耳(2E5)對齊，且通過螺釘與螺母的配合實現推進卡圈(2D)的前端與推進連接盤(2E)的後端之間的固定連接；推進卡圈(2D)的後端上設有凹槽(2D2)，該凹槽(2D2)與推進密封罩(2B)上的凸緣(2B2)配合，實現推進卡圈(2D)的後端與推進密封罩(2B)的前端的連接；推進連接盤(2E)的盤體上設有連接凸耳(2E5)，該連接凸耳(2E5)與推進卡圈(2D)上的連接凸耳(2DI)對齊；推進連接盤(2E)的前端設有BA盲孔連接柱(2E1)、BB盲孔連接柱(2E2 )、BC盲孔連接柱(2E3 )、BD盲孔連接柱(2E4 );BA盲孔連接柱(2E1)用於放置第一支撐杆(6A)的後端；BB盲孔連接柱(2E2)用於放置第二支撐杆(6B)的後端；BC盲孔連接柱(2E3)用於放置第三支撐杆(6C)的後端；BD盲孔連接柱(2E4)用於放置第四支撐杆(6D)的後端；推進連接盤(2E)的後端上設有第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)，第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)分別用於放置O形密封圈，通過O形密封圈實現推進連接盤(2E)的後端與推進卡圈(2D)之間的密封連接；氣囊豎起裝置(7)包括有四個氣囊、以及與氣囊連接有四個氣嘴、以及為氣囊供氣排氣的充氣泵(7E)；其中，四個氣囊是指第一氣囊(7A)、第二氣囊(7B)、第三氣囊(7C)、第四氣囊(7D)；其中，四個氣嘴是指第一氣嘴(71A)、第二氣嘴(71B)、第三氣嘴(71C)、第四氣嘴(71D)；所述的充氣泵(7E)上設有第一進氣接口(7E1)、第二進氣接口(7E2)、第一排氣接口(7E3)、第二排氣接口(7E4)；第一氣嘴(71A)、第二氣嘴(71B)、第三氣嘴(71C)、第四氣嘴(71D)分別固定在架梁外殼(6H)上；第一氣嘴(71A)的一端連接第一氣囊(7A)，第一氣嘴(71A)的另一端連通第一 Y型軟管(7F)的AB接口( 7F2)，第一 Y型軟管(7F)的AA接口( 7F1)與充氣泵(7E)的第一排氣接口(7E3)連接；第二氣嘴(71B)的一端連接第二氣囊(7B)，第二氣嘴(71B)的另一端連通第一 Y型軟管(7F)的AC接口( 7F3)，第一 Y型軟管(7F)的AA接口( 7F1)與充氣泵(7E)的第一排氣接口(7E3)連接；第三氣嘴(71C)的一端連接第三氣囊(7C)，第三氣嘴(71C)的另一端連通第二 Y型軟管(7G)的BB接口(7G2)，第二 Y型軟管(7G)的BA接口(7G1)與充氣泵7E的第二排氣接口(7E4)連接；第四氣嘴(71D)的一端連接第四氣囊(7D)，第四氣嘴(71D)的另一端連通第二 Y型軟管(7G)的BC接口( 7G3)，第二 Y型軟管(7G)的BA接口( 7G1)與充氣泵(7E)的第二排氣接口(7E4)連接。本發明設計的氣囊豎起與水下推進裝置的優點在於:(I)水下推進裝置使得跨海空兩棲無人機實現了水下航行的能力。一方面在水下航行時，由水下推進裝置中的水下螺旋槳提供前行的動力，再通過調節控制舵的舵角，可實現無人機的前行、上浮、下潛、轉彎運動；另一方面在空中飛行時，由機翼提供升力，通過調節左右控制舵的舵角實現無人機的爬升、俯衝、轉彎運動。(2)氣囊豎起與水下推進的複合，使得無人機從水體環境到空中環境的過渡得以實現。當無人機準備飛離水體環境時，充氣泵對平均分布於機身架梁外殼的四個氣囊進行充氣，使整個機體豎立起來，將共軸反槳組件伸出水面，共軸反槳組件啟動產生拉力將機體從水裡拉出水面升入空中。


圖1是跨海空兩棲無人機的外部俯視結構圖。圖2是本發明氣囊、水下推進組件與架梁組件之間的裝配圖。圖2A是本發明氣囊、水下推進組件與架梁組件之間的另一視角裝配圖。圖3是本發明水下推進裝置的外部結構圖。圖3A是本發明水下推進裝置的推進空腔結構圖。圖3B是本發明水下推進裝置中殼體部分的分解圖。圖4是本發明水下推進裝置中的推進端蓋的結構圖。圖5是本發明水下推進裝置中的密封罩的結構圖。圖6是本發明水下推進裝置中的推進連接盤的結構圖。圖7是本發明氣囊與架梁外殼的裝配結構圖。圖8是本發明充氣泵的結構圖。圖9是本發明第一 Y型軟管的結構圖。圖10是本發明第二 Y型軟管的結構圖。
2.水下推進組件|2A.推進端蓋I2A1.BA通孔
2A2.BB通孔2A3.BC通孔2A4.BD通孔
權利要求
1.一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，所述水下推進裝置包括有水下推進組件和安裝在推進空腔中的多個設備；其特徵在於:所述的推進空腔(2F)是指水下推進組件(2)中推進密封罩(2B)與推進卡圈(2D)裝配後內部形成的一空腔結構；所述水下推進組件(2)包括有推進端蓋(2A)、推進密封罩(2B)、水下螺旋漿(2C)、推進卡圈(2D)、推進連接盤(2E)； 推進端蓋(2A)上設有BA通孔(2A1)、BB通孔(2A2)、BC通孔(2A3)、BD通孔(2A4)； BA通孔(2A1)用於第一支撐杆(6A)的後端穿過； BB通孔(2A2)用於第二支撐杆(6B)的後端穿過； BC通孔(2A3)用於第三支撐杆(6C)的後端穿過； BD通孔(2A4)用於第四支撐杆(6D)的後端穿過； 推進端蓋(2A)的後端粘接在推進連接盤(2E)的板面上； 推進密封罩(2B)的內壁上在橫向和縱向上設有多根加強肋(2B1)； 推進密封罩(2B)的前端內壁上設有凸緣(2B2)，該凸緣(2B2)卡合在推進卡圈(2D)的凹槽(2D2)內，凸緣(2B2)與凹槽的配合實現推進密封罩(2B )的前端與推進卡圈(2D )之間的密封安裝；推進密封罩(2B)的後端設有螺旋漿接頭(2B3)，該螺旋漿接頭(2B3)用於安裝水下螺旋漿(2C)的連接端，水下螺旋漿(2C)的線纜通過設在擋板(2B4)上的通孔(2B5)穿過； 推進卡圈(2D)的前端設有連接凸耳(2D1)，該連接凸耳(2D1)與推進連接盤(2E)上的連接凸耳(2E5)對齊，且通過螺釘與螺母的配合實現推進卡圈(2D)的前端與推進連接盤(2E)的後端之間的固定連接； 推進卡圈(2D)的後端上設有凹槽(2D2)，該凹槽(2D2)與推進密封罩(2B)上的凸緣(2B2)配合，實現推進卡圈(2D)的後端與推進密封罩(2B)的前端的連接； 推進連接盤(2E )的盤體上設有連接凸耳(2E5 )，該連接凸耳(2E5 )與推進卡圈(2D )上的連接凸耳(2D1)對齊；推進連接盤(2E)的前端設有BA盲孔連接柱(2E1)、BB盲孔連接柱(2E2 )、BC盲孔連接柱(2E3 )、BD盲孔連接柱(2E4 ); BA盲孔連接柱(2E1)用於放置第一支撐杆(6A)的後端； BB盲孔連接柱(2E2)用於放置第二支撐杆(6B)的後端； BC盲孔連接柱(2E3)用於放置第三支撐杆(6C)的後端； BD盲孔連接柱(2E4)用於放置第四支撐杆(6D)的後端； 推進連接盤(2E)的後端上設有第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)，第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)分別用於放置O形密封圈，通過O形密封圈實現推進連接盤(2E)的後端與推進卡圈(2D)之間的密封連接； 氣囊豎起裝置(7)包括有四個氣囊、以及與氣囊連接有四個氣嘴、以及為氣囊供氣排氣的充氣泵(7E)； 其中，四個氣囊是指第一氣囊(7A)、第二氣囊(7B)、第三氣囊(7C)、第四氣囊(7D)；其中，四個氣嘴是指第一氣嘴(71A)、第二氣嘴(71B)、第三氣嘴(71C)、第四氣嘴(71D)； 所述的充氣泵(7E)上設有第一進氣接口(7E1)、第二進氣接口(7E2)、第一排氣接口(7E3)、第二排氣接口(7E4)；第一氣嘴(71A)、第二氣嘴(71B)、第三氣嘴(71C)、第四氣嘴(71D)分別固定在架梁外殼(6H)上； 第一氣嘴(71A)的一端連接第一氣囊(7A)，第一氣嘴(71A)的另一端連通第一 Y型軟管(7F)的AB接口( 7F2)，第一 Y型軟管(7F)的AA接口( 7F1)與充氣泵(7E)的第一排氣接口(7E3)連接； 第二氣嘴(71B)的一端連接第二氣囊(7B)，第二氣嘴(71B)的另一端連通第一 Y型軟管(7F)的AC接口( 7F3)，第一 Y型軟管(7F)的AA接口( 7F1)與充氣泵(7E)的第一排氣接口(7E3)連接； 第三氣嘴(71C)的一端連接第三氣囊(7C)，第三氣嘴(71C)的另一端連通第二 Y型軟管(7G)的BB接口(7G2)，第二 Y型軟管(7G)的BA接口(7G1)與充氣泵7E的第二排氣接口(7E4)連接； 第四氣嘴(71D)的一端連接第四氣囊(7D)，第四氣嘴(71D)的另一端連通第二 Y型軟管(7G)的BC接口( 7G3)，第二 Y型軟管(7G)的BA接口( 7G1)與充氣泵(7E)的第二排氣接口 (7E4)連接。
2.根據權利要求1所述的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，其特徵在於:充氣泵7E在抽氣時真空度需要達到69.7kPa，流量為10L/min ;充氣時極限壓強為150kPa，流量為10L/min。
3.根據權利要求1所述的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，其特徵在於:無人機水下航行至距離水面Im處，充氣泵(7E)對氣囊進行充氣，氣囊的浮力使整個無人機從水裡豎立起來。
4.根據權利要求1所述的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，其特徵在於:水下螺旋槳(2C)作為水下航行時的推進器，推動無人機在水中前進。
5.根據權利要求1所述的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，其特徵在於:氣囊的直徑為20cm的橢球狀囊體結構。
6.根據權利要求5所述的一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，其特徵在於:氣囊為橡膠材料，容量為4L。
全文摘要
本發明公開了一種適用於跨海空兩棲無人機的氣囊豎起與水下推進裝置，該水下推進裝置中的推進連接盤固定在推進端蓋上，推進卡圈套在推進連接盤上，推進密封罩通過推進卡圈與推進連接盤固定，尾部安裝有推進螺旋槳。該氣囊豎起裝置是在架梁外殼上安裝多個氣囊，在充氣泵的作用下，實現向氣囊進行充氣，從而將處於水環境中的無人機的機身浮出水面。本發明氣囊與水下推進的組合能夠使無人機在水體環境中前行，同時在要飛離水體環境時，通過氣囊豎立起機身完成水面的垂直起飛。
文檔編號B63H5/07GK103204232SQ201310086500
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者梁建宏, 楊興幫, 吳海亮, 王田苗 申請人:北京航空航天大學