专利名称：一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水下推进用的推进装置，更特别地说，是指一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置。
背景技术：
无人机是无人驾驶航空器的简称,英文缩写为UAV (Unmanned Aerial Vehicle)。无人机的设计最重要的要求是在机身系统达到足够坚固的情况下，尽可能更轻便。而各种任务载荷要求下的无人机留给运动传动机构的空间和质量配额都十分有限，要灵活并高效地将工程上基本的驱动运动，如高速转动，转变为有利的受控运动。基本的航空传动方式包括直接驱动、比例放大驱动、电力伺服驱动与液压伺服驱动等。无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。国防工业出版社，2009年3月第I版第I次印刷，魏瑞轩、李学仁编著的《无人机系统及作战使用》一书，在第I章总论无人机系统中介绍了无人机系统的一般组成(第2页，图1-2所示)。其中，飞机系统包括有机体系统、推进系统、飞控系统和导航系统。
发明内容
为了使无人机能够在水体环境中进行作业，同时也使无人机能够在水体环境中向空中环境进行过渡起飞，本发明设计了一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进复合的装置，该装置能够使无人机在水体环境中前行，同时在要飞离水体环境时，通过气囊竖立起机身完成水面的垂直起飞。本发明气囊与水下推进的复合使得跨海空两栖无人机具备了水下潜航和从水体环境到空中环境过渡的能力。一方面在空中飞行时，由主机翼提供升力，可通过调节左右控制舵的舵角实现无人机的爬升、俯冲、转弯运动；另一方面尾翼的两控制舵的驱动舵机均设计有密封壳，在水下航行时，舵机仍可正常工作，由气囊与水下推进的复合装置中的水下螺旋桨提供前行的动力，再通过调节控制舵的舵角，可实现无人机在水下环境下的前行、上浮、下潜、转弯运动。同时，气囊竖起装置的设置使得无人机从水体环境运动到空中环境运动的转换得以实现。本发明的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，所述水下推进装置包括有水下推进组件和安装在推进空腔中的多个设备；所述的推进空腔(2F)是指水下推进组件(2)中推进密封罩(2B)与推进卡圈(2D)装配后内部形成的一空腔结构；所述水下推进组件(2 )包括有推进端盖(2A)、推进密封罩(2B )、水下螺旋浆(2C)、推进卡圈(2D)、推进连接盘(2E)；
推进端盖(2A )上设有BA通孔(2AI)、BB通孔(2A2 )、BC通孔(2A3 )、BD通孔(2A4 )；BA通孔(2A1)用于第一支撑杆(6A)的后端穿过；BB通孔(2A2)用于第二支撑杆(6B)的后端穿过；BC通孔(2A3)用于第三支撑杆(6C)的后端穿过；BD通孔(2A4)用于第四支撑杆(6D)的后端穿过；推进端盖(2A)的后端粘接在推进连接盘(2E)的板面上；推进密封罩(2B)的内壁上在横向和纵向上设有多根加强肋(2B1)；推进密封罩(2B)的前端内壁上设有凸缘(2B2)，该凸缘(2B2)卡合在推进卡圈(2D)的凹槽(2D2)内，凸缘(2B2)与凹槽的配合实现推进密封罩(2B)的前端与推进卡圈(2D )之间的密封安装；推进密封罩(2B )的后端设有螺旋浆接头(2B3 )，该螺旋浆接头(2B3 )用于安装水下螺旋浆(2C)的连接端，水下螺旋浆(2C)的线缆通过设在挡板(2B4)上的通孔(2B5)穿过；推进卡圈(2D)的前端设有连接凸耳(2D1)，该连接凸耳(2D1)与推进连接盘(2E)上的连接凸耳(2E5)对齐，且通过螺钉与螺母的配合实现推进卡圈(2D)的前端与推进连接盘(2E)的后端之间的固定连接；推进卡圈(2D)的后端上设有凹槽(2D2)，该凹槽(2D2)与推进密封罩(2B)上的凸缘(2B2)配合，实现推进卡圈(2D)的后端与推进密封罩(2B)的前端的连接；推进连接盘(2E)的盘体上设有连接凸耳(2E5)，该连接凸耳(2E5)与推进卡圈(2D)上的连接凸耳(2DI)对齐；推进连接盘(2E)的前端设有BA盲孔连接柱(2E1)、BB盲孔连接柱(2E2 )、BC盲孔连接柱(2E3 )、BD盲孔连接柱(2E4 );BA盲孔连接柱(2E1)用于放置第一支撑杆(6A)的后端；BB盲孔连接柱(2E2)用于放置第二支撑杆(6B)的后端；BC盲孔连接柱(2E3)用于放置第三支撑杆(6C)的后端；BD盲孔连接柱(2E4)用于放置第四支撑杆(6D)的后端；推进连接盘(2E)的后端上设有第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)，第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)分别用于放置O形密封圈，通过O形密封圈实现推进连接盘(2E)的后端与推进卡圈(2D)之间的密封连接；气囊竖起装置(7)包括有四个气囊、以及与气囊连接有四个气嘴、以及为气囊供气排气的充气泵(7E)；其中，四个气囊是指第一气囊(7A)、第二气囊(7B)、第三气囊(7C)、第四气囊(7D)；其中，四个气嘴是指第一气嘴(71A)、第二气嘴(71B)、第三气嘴(71C)、第四气嘴(71D)；所述的充气泵(7E)上设有第一进气接口(7E1)、第二进气接口(7E2)、第一排气接口(7E3)、第二排气接口(7E4)；第一气嘴(71A)、第二气嘴(71B)、第三气嘴(71C)、第四气嘴(71D)分别固定在架梁外壳(6H)上；第一气嘴(71A)的一端连接第一气囊(7A)，第一气嘴(71A)的另一端连通第一 Y型软管(7F)的AB接口( 7F2)，第一 Y型软管(7F)的AA接口( 7F1)与充气泵(7E)的第一排气接口(7E3)连接；第二气嘴(71B)的一端连接第二气囊(7B)，第二气嘴(71B)的另一端连通第一 Y型软管(7F)的AC接口( 7F3)，第一 Y型软管(7F)的AA接口( 7F1)与充气泵(7E)的第一排气接口(7E3)连接；第三气嘴(71C)的一端连接第三气囊(7C)，第三气嘴(71C)的另一端连通第二 Y型软管(7G)的BB接口(7G2)，第二 Y型软管(7G)的BA接口(7G1)与充气泵7E的第二排气接口(7E4)连接；第四气嘴(71D)的一端连接第四气囊(7D)，第四气嘴(71D)的另一端连通第二 Y型软管(7G)的BC接口( 7G3)，第二 Y型软管(7G)的BA接口( 7G1)与充气泵(7E)的第二排气接口(7E4)连接。本发明设计的气囊竖起与水下推进装置的优点在于:(I)水下推进装置使得跨海空两栖无人机实现了水下航行的能力。一方面在水下航行时，由水下推进装置中的水下螺旋桨提供前行的动力，再通过调节控制舵的舵角，可实现无人机的前行、上浮、下潜、转弯运动；另一方面在空中飞行时，由机翼提供升力，通过调节左右控制舵的舵角实现无人机的爬升、俯冲、转弯运动。(2)气囊竖起与水下推进的复合，使得无人机从水体环境到空中环境的过渡得以实现。当无人机准备飞离水体环境时，充气泵对平均分布于机身架梁外壳的四个气囊进行充气，使整个机体竖立起来，将共轴反桨组件伸出水面，共轴反桨组件启动产生拉力将机体从水里拉出水面升入空中。
图1是跨海空两栖无人机的外部俯视结构图。图2是本发明气囊、水下推进组件与架梁组件之间的装配图。图2A是本发明气囊、水下推进组件与架梁组件之间的另一视角装配图。图3是本发明水下推进装置的外部结构图。图3A是本发明水下推进装置的推进空腔结构图。图3B是本发明水下推进装置中壳体部分的分解图。图4是本发明水下推进装置中的推进端盖的结构图。图5是本发明水下推进装置中的密封罩的结构图。图6是本发明水下推进装置中的推进连接盘的结构图。图7是本发明气囊与架梁外壳的装配结构图。图8是本发明充气泵的结构图。图9是本发明第一 Y型软管的结构图。图10是本发明第二 Y型软管的结构图。
2.水下推进组件|2A.推进端盖I2A1.BA通孔
2A2.BB通孔2A3.BC通孔2A4.BD通孔
权利要求
1.一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，所述水下推进装置包括有水下推进组件和安装在推进空腔中的多个设备；其特征在于:所述的推进空腔(2F)是指水下推进组件(2)中推进密封罩(2B)与推进卡圈(2D)装配后内部形成的一空腔结构；所述水下推进组件(2)包括有推进端盖(2A)、推进密封罩(2B)、水下螺旋浆(2C)、推进卡圈(2D)、推进连接盘(2E)； 推进端盖(2A)上设有BA通孔(2A1)、BB通孔(2A2)、BC通孔(2A3)、BD通孔(2A4)； BA通孔(2A1)用于第一支撑杆(6A)的后端穿过； BB通孔(2A2)用于第二支撑杆(6B)的后端穿过； BC通孔(2A3)用于第三支撑杆(6C)的后端穿过； BD通孔(2A4)用于第四支撑杆(6D)的后端穿过； 推进端盖(2A)的后端粘接在推进连接盘(2E)的板面上； 推进密封罩(2B)的内壁上在横向和纵向上设有多根加强肋(2B1)； 推进密封罩(2B)的前端内壁上设有凸缘(2B2)，该凸缘(2B2)卡合在推进卡圈(2D)的凹槽(2D2)内，凸缘(2B2)与凹槽的配合实现推进密封罩(2B )的前端与推进卡圈(2D )之间的密封安装；推进密封罩(2B)的后端设有螺旋浆接头(2B3)，该螺旋浆接头(2B3)用于安装水下螺旋浆(2C)的连接端，水下螺旋浆(2C)的线缆通过设在挡板(2B4)上的通孔(2B5)穿过； 推进卡圈(2D)的前端设有连接凸耳(2D1)，该连接凸耳(2D1)与推进连接盘(2E)上的连接凸耳(2E5)对齐，且通过螺钉与螺母的配合实现推进卡圈(2D)的前端与推进连接盘(2E)的后端之间的固定连接； 推进卡圈(2D)的后端上设有凹槽(2D2)，该凹槽(2D2)与推进密封罩(2B)上的凸缘(2B2)配合，实现推进卡圈(2D)的后端与推进密封罩(2B)的前端的连接； 推进连接盘(2E )的盘体上设有连接凸耳(2E5 )，该连接凸耳(2E5 )与推进卡圈(2D )上的连接凸耳(2D1)对齐；推进连接盘(2E)的前端设有BA盲孔连接柱(2E1)、BB盲孔连接柱(2E2 )、BC盲孔连接柱(2E3 )、BD盲孔连接柱(2E4 ); BA盲孔连接柱(2E1)用于放置第一支撑杆(6A)的后端； BB盲孔连接柱(2E2)用于放置第二支撑杆(6B)的后端； BC盲孔连接柱(2E3)用于放置第三支撑杆(6C)的后端； BD盲孔连接柱(2E4)用于放置第四支撑杆(6D)的后端； 推进连接盘(2E)的后端上设有第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)，第一凹槽(2E6)和第二凹槽(2E7)分别用于放置O形密封圈，通过O形密封圈实现推进连接盘(2E)的后端与推进卡圈(2D)之间的密封连接； 气囊竖起装置(7)包括有四个气囊、以及与气囊连接有四个气嘴、以及为气囊供气排气的充气泵(7E)； 其中，四个气囊是指第一气囊(7A)、第二气囊(7B)、第三气囊(7C)、第四气囊(7D)；其中，四个气嘴是指第一气嘴(71A)、第二气嘴(71B)、第三气嘴(71C)、第四气嘴(71D)； 所述的充气泵(7E)上设有第一进气接口(7E1)、第二进气接口(7E2)、第一排气接口(7E3)、第二排气接口(7E4)；第一气嘴(71A)、第二气嘴(71B)、第三气嘴(71C)、第四气嘴(71D)分别固定在架梁外壳(6H)上； 第一气嘴(71A)的一端连接第一气囊(7A)，第一气嘴(71A)的另一端连通第一 Y型软管(7F)的AB接口( 7F2)，第一 Y型软管(7F)的AA接口( 7F1)与充气泵(7E)的第一排气接口(7E3)连接； 第二气嘴(71B)的一端连接第二气囊(7B)，第二气嘴(71B)的另一端连通第一 Y型软管(7F)的AC接口( 7F3)，第一 Y型软管(7F)的AA接口( 7F1)与充气泵(7E)的第一排气接口(7E3)连接； 第三气嘴(71C)的一端连接第三气囊(7C)，第三气嘴(71C)的另一端连通第二 Y型软管(7G)的BB接口(7G2)，第二 Y型软管(7G)的BA接口(7G1)与充气泵7E的第二排气接口(7E4)连接； 第四气嘴(71D)的一端连接第四气囊(7D)，第四气嘴(71D)的另一端连通第二 Y型软管(7G)的BC接口( 7G3)，第二 Y型软管(7G)的BA接口( 7G1)与充气泵(7E)的第二排气接口 (7E4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，其特征在于:充气泵7E在抽气时真空度需要达到69.7kPa，流量为10L/min ;充气时极限压强为150kPa，流量为10L/min。
3.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，其特征在于:无人机水下航行至距离水面Im处，充气泵(7E)对气囊进行充气，气囊的浮力使整个无人机从水里竖立起来。
4.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，其特征在于:水下螺旋桨(2C)作为水下航行时的推进器，推动无人机在水中前进。
5.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，其特征在于:气囊的直径为20cm的椭球状囊体结构。
6.根据权利要求5所述的一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，其特征在于:气囊为橡胶材料，容量为4L。
全文摘要
本发明公开了一种适用于跨海空两栖无人机的气囊竖起与水下推进装置，该水下推进装置中的推进连接盘固定在推进端盖上，推进卡圈套在推进连接盘上，推进密封罩通过推进卡圈与推进连接盘固定，尾部安装有推进螺旋桨。该气囊竖起装置是在架梁外壳上安装多个气囊，在充气泵的作用下，实现向气囊进行充气，从而将处于水环境中的无人机的机身浮出水面。本发明气囊与水下推进的组合能够使无人机在水体环境中前行，同时在要飞离水体环境时，通过气囊竖立起机身完成水面的垂直起飞。
文档编号B63H5/07GK103204232SQ201310086500
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者梁建宏, 杨兴帮, 吴海亮, 王田苗 申请人:北京航空航天大学