机动水翼装置的制作方法

本发明涉及机动水翼装置，并且尤其是涉及具有多个致动单元的机动水翼装置，以产生自动的校正运动(correctivemovement)，从而增加其稳定性。

背景技术：

近年来，个人水上船只(pwc)载具，包括水翼装置，已深受大众喜爱。通常，pwc允许一个、两个或多个驾驶者坐、跪、或站在船只上，且驾驶穿过水体表面。pwc的普及还由于这样的考虑：pwc比传统的机动船便宜；通过小型拖车可较为容易地在陆地上运输；且pwc的存储和维护通常比全尺寸机动船简单。

水翼附加至帆板，以实现提速或改进操纵特性，或兼而实现该二者。更高的速度基本是免费获得，因为在比规划船体(planninghull)低得多的拖拽力下操作时，淹没于水中的水翼可以容易地提供足够的升力。水翼帆板设计中的问题在于提供对大量不稳定流体动力效应的快速自动校正响应，从而使驾船者能够控制船只。

琼斯(jones)的美国专利no.4,517,912公开了用于双体船的水翼的控制装置，其旨在通过较小型感应翼的浸没深度来控制主翼的姿势，从而使得主翼的深度以及船只自身的高度保持恒定。琼斯表明，基于对不正确平衡深度预期(incorrectequilibriumdepthexpectation)的分析，其感应翼应该在水面以下的较小深度行进。然而，琼斯并未教导或公开与如何自动产生对大量不稳定流体动力效应的校正响应以使得驾船者能够控制水翼相关的任何(技术)。

肖梅特(chaumette)的美国专利no.4,579,076公开了一种与琼斯相似的机构，其用于独立水翼元件的自动高度校准。在二种装置中，由于在感应翼与由其控制的翼之间的水平距离都较短，因此控制趋于不平顺。这种不平顺在波浪中将尤为严重。

因此，需要一种新式且改进的具有自动稳定控制的机动水翼装置，以产生对各种不稳定流体动力效应的校正响应，从而增加水翼装置的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种机动水翼装置，其自动产生对各种不稳定流体动力效应的校正响应，以稳定水翼装置。

本发明的另一个目的是提供一种具有一个或多个感应单元的机动水翼装置，从而与多个可移动的致动单元可操作地通信，以产生针对各种不稳定流体动力效应的校正运动。

本发明的另一个目的是一种机动水翼装置，其具有用于闭环姿态控制(close-loopattitudecontrol)的惯性测量单元(imu)。

在一个方面，水翼装置可包括：具有顶面和底面的帆板；具有第一水翼和第一支撑单元的第一水翼组件；具有第二支撑单元和第二水翼的第二水翼组件；和推进系统。在一个实施例中，第一支撑单元的一端附接至帆板底面的预设位置，预设位置位于帆板的中心部分和后端之间；且第一支撑单元的另一端附接至靠近第一水翼的中心部分。此外，第二支撑单元从第一水翼的前端朝向帆板的前端延伸，且连接至靠近帆板前端的第二水翼。推进系统构造为向水翼装置提供动力。在一个实施例中，推进系统设置在如下讨论的第一致动单元之间。在另一个实施例中，水翼装置可包括一个或多个感应单元，其设置在第一水翼组件的第一支撑单元的预设位置上。

在示范性实施例中，第一水翼组件具有一对第一致动单元，其铰接地位于第一水翼两侧的后缘(trailingedge)上。与飞机的每一个机翼上的副翼(ailerons)控制飞机翻滚运动(即绕飞机纵轴运动)相似，第一水翼组件的第一致动单元构造为使得水翼装置绕其纵轴或翻滚轴稳定。第一致动单元可通过控制单元与感应单元可操作地通信，从而当感应单元检测到水翼装置绕其纵轴(产生)偏转时，偏转信号将被传输至控制单元，其中该控制单元构造为控制第一致动单元的运动以校正该偏转。例如，当感应单元检测到可导致水翼装置以逆时针方向旋转的偏转时，偏转信号可被传输至控制单元，其中该控制单元构造为触发第一致动单元，以产生适当的校正运动从而稳定该水翼装置。

更具体而言，当控制单元接收到来自感应单元关于偏转的偏转信号时，控制单元触发第一致动单元中的一个向上运动，同时触发第一致动单元中的另一个向下运动，以产生具有校正运动的校正的顺时针扭矩，从而消除由于逆时针方向的偏转而产生的影响，进而进一步稳定水翼。

同样地，当感应单元检测到可导致水翼装置以顺时针方向翻滚的偏转时，另一个偏转信号可被传输至控制单元，以触发第一致动单元，从而产生适当的校正运动以稳定水翼装置。更具体而言，当控制单元接收到来自感应单元关于偏转的偏转信号时，触发致动单元中的一个向下运动，同时致动单元向上运动，以产生具有校正运动的校正的逆时针扭矩，从而消除由于顺时针方向的偏转而产生的影响，进而进一步稳定水翼。

除了第一水翼组件，第二水翼组件也可产生校正运动，以消除水翼装置绕其横轴的偏转。与铰接地位于水平尾翼(tailplane)两侧的升降舵控制飞机的俯仰(即当其通过增加或减少攻角而使得机头向上倾斜或向下倾斜时，增加或减少由机翼产生的升力)相似，第二水翼组件的第二致动单元构造为绕其横轴或俯仰轴稳定水翼装置。

在另一个实施例中，第二致动单元也可与感应单元可操作地通信，因此当感应单元检测到水翼装置绕其横轴的偏转时，偏转信号将首先被传输至控制单元，然后将触发第二致动单元，以校正偏转。例如，当感应单元检测到可导致水翼装置从其前端上仰的偏转时，偏转信号可被传输至控制单元，以触发第二致动单元，从而产生适当的校正运动以稳定水翼装置。

更具体而言，当控制单元接收到来自感应单元关于偏转的偏转信号时，触发两个第二致动单元都向上运动，以产生具有校正运动的校正扭矩，从而消除偏转的影响，进而进一步稳定水翼。

同样地，当感应单元检测到可导致水翼装置从其前端下俯的偏转时，另一个偏转信号可被传输至控制单元以触发第二致动单元，从而产生适当的校正运动以稳定水翼装置。更具体而言，控制单元触发两个第二致动单元都向下运动，以产生伴随校正运动的校正扭矩，从而消除由顺时针方向的偏转而产生的影响，进而进一步稳定水翼。

水翼装置在其预设位置处可包括惯性测量单元(imu)。应注意的是通常将imu与使用原始imu测量方法(rawimumeasurements)的惯性导航系统合并使用，以计算相对于全球参考系(globalreferenceframe)的姿势、角速率、线速度和位置。

在一个实施例中，用户可站在帆板的顶面通过移动他/她自身的重心(cg)来控制水翼装置。更具体而言，水翼装置可包括一个或多个感应装置，用以检测用户的重心或其改变，从而使用户能够通过驾驶、加速和制动来控制水翼。在另一个实施例中，水翼的控制可通过用户手中的手持装置完成。

在一个实施例中，用户可站在帆板的顶面通过移动他/她自身的重心(cg)来控制水翼装置。更具体而言，水翼装置可包括一个或多个感应装置，用以检测用户的重心或其改变，从而能够使用户通过驾驶、加速和制动来控制水翼。在另一个实施例中，水翼的控制可通过用户手中的手持装置完成。在另一个实施例中，用户可坐在帆板上来控制水翼装置。

附图说明

图1是本发明中机动水翼装置的一方面的示意图。

图2示出产生校正运动c1以消除偏转d1影响的机动水翼装置的示意图。

图3示出产生校正运动c2以消除偏转d2影响的机动水翼装置的示意图。

图4示出产生校正运动c3以消除偏转d3影响的机动水翼装置的示意图。

图5示出产生校正运动c4以消除偏转d4影响的机动水翼装置的示意图。

图6示出本发明中用户坐在机动水翼装置上的示意图。

图7示出产生校正运动c5以消除偏转d5影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图8示出产生校正运动c6以消除偏转d6影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图9示出产生校正运动c7以消除偏转d7影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图10示出产生校正运动c8以消除偏转d8影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图11示出产生校正运动c9以消除偏转d9影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图12示出产生校正运动c10以消除偏转d10影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图13示出产生校正运动c11以消除偏转d11影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图14示出产生校正运动c12以消除偏转d12影响的机动水翼装置的另一方面的示意图。

图15示出在帆板俯仰方向上产生校正运动的不具有致动单元但具有可运动的第二水翼的机动水翼装置的另一方面的立体图。

图16示出在帆板俯仰方向上产生校正运动的不具有致动单元但具有可运动的第二水翼的机动水翼装置的另一方面的侧视图。

图17示出在帆板俯仰方向上产生校正运动的不具有致动单元但具有可运动的第二水翼的机动水翼装置的另一实施例的立体图。

图18示出在帆板顶面具有推进系统的机动水翼装置的另一方面的立体图。

具体实施方式

以下所述的详细描述意在根据本发明的各方面而作为目前示范性装置的描述，而并不旨在表示可制备或使用本发明的唯一形式。相反，应理解的是，通过不同实施例完成的相同或等同的功能和部件同样旨在包含在本发明的精神的范围内。

除非另有限定，本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属本领域技术人员普遍所知晓的相同的含义。尽管可在实践中或本发明试验中使用与所描述的那些相同或等同的任何方法、装置和材料，但此处描述了示范性的方法、装置和材料。

所有涉及的出版物为了描述和披露的目的通过引用与本文结合，例如，出版物中所描述的设计和方法论可用于与本发明结合。所提供的上文、下文以及全篇中所列出的或所描述的出版物仅公开在本申请的申请日之前。此处不应理解为发明人承认由于在先于本申请而无权使用这些在先的公开。

除非本文清楚地规定，否则此处以及所附权利要求全篇中所描述的“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包含有关复数的含义。同样，此处以及所附权利要求全篇中所描述的技术术语“包括(comprise)或包括(comprising)”、“包含(include)或包含(including)”、“具有(have)或具有(having)”以及“含有(contain)或含有(containing)”等将被理解为是开放式的，即意味着包含但不限于此。除非本文清楚地规定，否则此处以及所附权利要求全篇中所描述的“在……中”的含义包括“在……中”以及“在……上”。

应理解的是，尽管此处可使用术语第一、第二等以描述各种元件，但这些元件不能受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不偏离实施例范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，且类似地，第二元件可被称为第一元件。如此处所使用的，术语“和/或”包括一个或多个任何相关的所列项目或其全部组合。

在一个方面中，如图1所示，水翼装置100可包括具有顶面112和底面114的帆板110；具有第一水翼121和第一支撑单元122的第一水翼组件120；具有第二支撑单元131和第二水翼132的第二水翼组件130；和推进系统140。在一个实施例中，第一支撑单元121的一端附接至帆板110底面114的预设位置，预设位置位于帆板110的中心部分和后端之间；且第一支撑单元122的另一端附接至第一水翼121的靠近中心部分。此外，第二支撑单元131从第一水翼121的前端朝向帆板110的前端延伸，且连接至靠近帆板110前端的第二水翼132。推进系统140构造为向水翼装置100提供动力。在一个实施例中，推进系统140设置在如下讨论的第一致动单元(123，124)之间。

如上所述，传统的水翼装置可配备有一些控制装置，然而传统的水翼装置不能自动地控制水翼装置的稳定性，以产生对各种不稳定流体动力效应的校正响应。在另一个实施例中，水翼装置100可包括一个或多个感应单元150，该感应单元150设置在第一水翼组件120的第一支撑单元122的预设位置上。

在示范性实施例中，第一水翼组件120具有一对第一致动单元(123，124)，该第一致动单元铰接地位于第一水翼121两侧的后缘上。与飞机的每一个机翼上的副翼控制飞机翻滚运动(即绕飞机纵轴运动)相似，第一水翼组件120的第一致动单元(123，124)构造为使得水翼装置100绕其纵轴或翻滚轴稳定。第一致动单元(123，124)可通过控制单元160与感应单元150可操作地通信，从而当感应单元150检测到水翼装置100绕其纵轴(产生)偏转时，偏转信号将被传输至控制单元160，该控制单元160构造为控制第一致动单元(123，124)的运动以校正该偏转。例如，如图2所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100以逆时针方向旋转的偏转d1时，偏转信号可被传输至控制单元160，该控制单元160构造为触发第一致动单元(123，124)，以产生适当的校正运动c1从而稳定该水翼装置100。

如上所述，第一致动单元(123，124)铰接地位于第一水翼121的两侧，且第一致动单元123和124中的每一个可向上运动或向下运动，以控制水翼装置100绕其纵轴的运动。更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元150关于偏转d1的偏转信号时，控制单元160触发致动单元123向上运动，同时触发致动单元124向下运动，以产生伴随校正运动c1的校正的顺时针扭矩，从而消除由于逆时针方向的偏转d1而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

同样地，如图3所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100以顺时针方向翻滚的偏转d2时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160以触发第一致动单元(123，124)，从而产生适当的校正运动c2以稳定水翼装置100。更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元150关于偏转d2的偏转信号时，触发致动单元123向下运动，同时致动单元124向上运动，以产生伴随校正运动c2的校正的逆时针扭矩，从而消除由顺时针方向的偏转d2而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

除了第一水翼组件120，第二水翼组件130也可产生校正运动，以消除水翼装置100绕其横轴的偏转。与铰接地位于水平尾翼(tailplane)两侧的升降舵控制飞机的俯仰(即当其通过增加或减少攻角而使得机头向上倾斜或向下倾斜时，增加或减少由机翼产生的升力)相似，第二水翼组件130的第二致动单元(133，134)构造为绕其横轴或俯仰轴稳定水翼装置100。

在另一个实施例中，第二致动单元(133，134)也与感应单元150可操作地通信，因此当感应单元150检测到水翼装置100绕其横轴的偏转时，偏转信号将首先被传输至控制单元160，然后将触发第二致动单元(133，134)，以校正偏转。例如，如图4所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其前端上仰的偏转d3时，偏转信号可被传输至控制单元160以触发第二致动单元(133，134)，从而产生适当的校正运动c3以稳定水翼装置100。

更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元150关于偏转d3的偏转信号时，触发第二致动单元133和134都向上运动，以产生伴随校正运动c3的校正扭矩，从而消除偏转d3的影响，进而进一步稳定水翼100。

类似地，如图5所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其前端下俯的偏转d4时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160以触发第二致动单元(133，134)，从而产生适当的校正运动c4以稳定水翼装置100。更具体而言，控制单元160触发第二致动单元133和134向下运动，以产生伴随校正运动c4的校正扭矩，从而消除由顺时针方向的偏转d4而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

水翼装置100在其预设位置处可包括惯性测量单元(imu)。应注意的是通常将imu与使用原始imu测量方法的惯性导航系统合并使用，以计算相对于全球参考系的姿势、角速率、线速度和位置。

在一个实施例中，用户可站在帆板110的顶面112通过移动他/她自身的重心(cg)来控制水翼装置100。更具体而言，水翼装置100可包括一个或多个感应装置，用以检测用户的重心或其改变，从而使用户能够通过驾驶、加速和制动来控制水翼。在另一个实施例中，水翼的控制可通过用户手中的手持装置完成。在另一个实施例中，用户可坐在帆板上来控制水翼装置100，如图6所示。

在另一方面中，如图7至10所示，第二水翼组件130’可从第一水翼组件120的第一水翼121的后端延伸。与第二水翼组件130从第一水翼121的前端延伸相似，铰接地位于第二水翼132’的第二致动单元(133’，134’)构造为使得水翼装置100绕其横轴或俯仰轴稳定。

例如，如图7所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其后端向上倾斜的偏转d5时，偏转信号可被传输至控制单元160以触发第二致动单元(133’，134’)，从而产生适当的校正运动c5以稳定水翼装置100。

更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元150关于偏转d5的偏转信号时，触发第二致动单元133’和134’二者都向上运动，以产生伴随校正运动c5的校正扭矩，从而消除偏转d5的影响，进而进一步稳定水翼100。

同样地，如图8所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其前端向下倾斜的偏转d6时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160以触发第二致动单元(133’，134’)，从而产生适当的校正运动c6以稳定水翼装置100。更具体而言，触发第二致动单元133’和134’向下运动，以产生伴随校正运动c6的校正扭矩，从而消除由偏转d6而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

除了第二水翼组件130’，第一水翼组件120也可产生校正运动以消除水翼装置100绕其纵轴的偏转，如上所述。例如，如图9所示，当感应单元150检测到可以导致水翼装置100以逆时针方式翻滚的偏转d7，偏转信号可被传输至控制单元160以触发第一致动单元(123，124)，从而产生适当的校正运动c7以稳定水翼装置100。

如上所述，第一致动单元(123，124)铰接地位于第一水翼121的两侧，且第一致动单元123和124中的每一个可向下或向上运动，以控制水翼装置100绕其纵轴的运动。更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元关于偏转d7的偏转信号时，触发致动单元123向上运动，同时致动单元124向下运动，以产生伴随校正运动c7的校正的顺时针扭矩，从而消除由于逆时针方向的偏转d7而产生的影响，以进一步稳定水翼100。

同样地，如图10所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100以顺时针方式翻滚的偏转d8时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160，以触发第一致动单元(123，124)，从而产生适当的校正运动c8以稳定水翼装置100。更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元关于偏转d8的偏转信号时，触发致动单元123向上运动，同时致动单元124向下运动，以产生伴随校正运动c8的校正的逆时针扭矩，从而消除由于顺时针方向的偏转d8而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

在另一方面中，如图11至14所示，水翼装置100可包括：具有顶面112和底面114的帆板110；具有第一水翼121’和第一支撑单元122’的第一水翼组件120’；和推进系统140。在一个实施例中，第一支撑单元121’的一端附接至帆板110的底面114’的预设位置，预设位置位于帆板110的中心部分和后端之间；且第一支撑单元122’的另一端附接至第一水翼121’的靠近中心部分。推进系统140构造为向水翼装置100提供动力。在一个实施例中，推进系统140设置在如下讨论的第一致动单元(123’，124’)之间。在另一个实施例中，水翼装置100可包括一个或多个感应单元150，感应单元150设置在第一水翼组件120’的第一支撑单元122’的预设位置上。

在示范性实施例中，第一水翼组件120’具有一对第一致动单元(123’，124’)，其铰接地位于第一水翼121’两侧的后缘上，构造为使得水翼装置100绕其纵轴或翻滚轴稳定。第一致动单元(123’，124’)可以与感应单元150可操作地通信，从而当感应单元150检测到水翼装置100绕其纵轴的偏转时，偏转信号将被传输至控制单元160，从而触发第一致动单元(123’，124’)以校正该偏转。例如，如图11所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100以逆时针方式旋转的偏转d9时，偏转信号可被传输至控制单元160，从而触发第一致动单元(123’，124’)以产生适当的校正运动c9从而稳定该水翼装置100。

更具体而言，当第一致动单元123’和124’接收到来自感应单元关于偏转d9的偏转信号时，致动单元123’构造为向上运动，同时致动单元124’向下运动，以产生伴随校正运动c9的校正的顺时针扭矩，从而消除由于逆时针方向的偏转d9而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

同样地，如图12所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100以顺时针方向翻滚的偏转d10时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160，以触发第一致动单元(123’，124’)，从而产生适当的校正运动c10以稳定水翼装置100。更具体而言，当控制单元160接收到来自感应单元关于偏转d10的偏转信号时，触发致动单元123’向下运动，同时致动单元124’向上运动，以产生伴随校正运动c10的校正的逆时针扭矩，从而消除由于顺时针方向的偏转d10而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

除了产生水翼装置100绕其纵轴的校正运动外，第一水翼组件120’也可产生绕水翼装置100的横轴以消除水翼装置100的偏转的校正运动。与铰接地位于水平尾翼两侧以控制飞机的俯仰的升降舵相似(即当其通过增加或减少攻角而使得机头向上倾斜或向下倾斜时，增加或减少由机翼产生的升力)，第一水翼组件120’的第一致动单元(123’，124’)也构造为绕其横轴或俯仰轴稳定水翼装置100。

在一个实施例中，当感应单元150检测到水翼装置100绕其横轴的偏转时，偏转信号将被传输至控制单元160，以触发第一致动单元(123’，124’)从而校正偏转。例如，如图13所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其前端向上倾斜的偏转d11时，偏转信号可被传输至控制单元160，以触发第一致动单元(123’，124’)，从而产生适当的校正运动c11以稳定水翼装置100。更具体而言，触发第一致动单元123’和124’二者都向上运动，以产生伴随校正运动c11的校正扭矩，从而消除偏转d11的影响，进而进一步稳定水翼100。

同样地，如图14所示，当感应单元150检测到可导致水翼装置100从其前端向下倾斜的偏转d12时，另一个偏转信号可被传输至控制单元160以触发第一致动单元(123’，124’)，从而产生适当的校正运动c12以稳定水翼装置100。更具体而言，控制单元160触发第一致动单元123’和124’二者都向下运动，以产生伴随校正运动c12的校正扭矩，从而消除由顺时针方向的偏转d12而产生的影响，进而进一步稳定水翼100。

如图15所示，也可预期的是，全部的第二水翼132可以枢转而不是使用致动单元(123，124，133，134)。在一个实施例中，第一和第二水翼(120，132)上没有致动单元(123，124，133，134)。水翼132能够铰接地附接至第二支撑单元131，且能够与其它实施例中如何控制和触发致动单元(123，124，133，134)类似地被控制以及被触发。此处，第二水翼132’位于第一水翼121的前部。在一些实施例中，可预期的是帆板的俯仰被致动控制以保持平衡，使帆板不会过度地向前或向后倾斜。在图15所示的实施例中，帆板的翻滚不能被致动控制，使用者将不得不转移他或她的重量来控制帆板的翻滚。在另一个实施例中，仅自动控制俯仰。

图16是示出类似于图15中所描绘的枢转的第二水翼的一个实施例的侧视图。

现参照图17，全部第二水翼132’可相对于第二支撑单元131’枢转(见箭头)，因此调整了帆板110的俯仰。此处，第二水翼132’位于第一水翼121的后面。

在另一个预期实施例中，推进系统可以不位于水下，而是在水位线(waterline)之上。如图18所示，推进系统140可联接至帆板110的顶侧。类似地，推进系统140可以是电动的，且可通过电池组(未示出)供电。推进系统的预期位置可如上述实施例实施。通过将推进系统140置于水位线之上，推进系统140可免受水中海藻或其它碎片的缠绕。

通过上述说明和附图已描述了本发明，应理解的是，本发明中的这些仅是示范性的，且不应被理解为受限于此。因此，本发明不应被理解为受限于上文所述，而是包括任何等同示例。