一种用于海水样本采集的无人地效飞机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于海水样本采集的无人驾驶地效飞机，特别是要求贴近水面飞行的无人地效飞机。
【背景技术】
[0002]目前已知的海水样本的采集，主要依赖于有人驾驶的舰船。舰船航速慢、效率低、风险高、人力及物资消耗大；船只在航行中的排放物及油污会对当地水质造成污染，影响海水标本的置信度，此外，金属船体会对海水中痕金属指标的测量存在影响。
[0003]目前已知的无人地效类飞行器主要用于海洋风浪监测或攻击型武器，无法应用于海水的样本采集，且抗沉性设计考虑不足，坠海后难以继续使用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种成本低的用于海水样本采集的无人地效飞机，对海水污染较少、能够快速实现海水样本采集。
[0005]本发明进一步提供了一种升阻比较高、速度快、单位航程油耗低、航程远的无人地效飞机，该无人地效飞机可实现自主起降、巡航与越障，巡航过程以贴地飞行为主，具有抗沉性与应急定位功能的设计。
[0006]—种用于海水样本采集的无人地效飞机，采用自主导航或远程遥控的方式飞行，包括能产生翼地效应的机体、飞控系统、机载雷达、电子成像设备、卫星导航设备、卫星通讯设备、电源、海水采集装置、推进式动力装置和可收放起落架，所述无人地效飞机能够距水面-米高度飞行；所述机体为能产生翼地效应的翼身融合体；所述机载雷达安装在机体的前方，用于探测前方的障碍物或大浪；电子成像设备、卫星导航设备、卫星通讯设备分别安装在机体的上方，海水采集装置可收放地安装在机体的下方，用于海洋表层海水样本的采集；可收放起落架安装在机体的下方；机体的上后方装有推进式动力装置；
[0007]电子成像设备用于对海面进行成像并将海面图像通过卫星通讯设备发送至基站；卫星通讯设备用于实现基站与飞控系统的通信；卫星导航设备用于输出飞机位置信息至飞控系统；
[0008]所述飞控系统用于控制起落架的收放，海水采集装置的收放，海水采集装置工作时的力矩配平，根据卫星导航设备接收到的位置信息控制飞机在规定航迹与速度下飞行，根据由卫星通讯设备接收基站发来的指令改变飞行姿态；当机载雷达探测到前方的障碍物时，控制无人地效飞机避开障碍物。
[0009]所述机体包括机身、机翼、V形垂尾、平尾和配平平尾，机身纵向剖面为类似Clark-Y翼型的地效翼型，相对厚度为从两侧至对称面在11.5% -17%之间；机翼采用Clark-Y翼型；V形垂尾安装在机身中后部、在展向上对称分布，V形垂尾的翼型为NACA0012 ;平尾位于V形垂尾上方，平尾采用高置大展长设计；在机身尾部装有配平平尾，在海水采集设备入水工作时，通过该配平平尾的偏转平衡海水对机体产生的俯仰力矩；整个机体下表面近似扁平状，在地效区内机体与地面或水面之间会产生翼地效应。
[0010]机翼相对厚度为11-12%，机翼翼根安装角为4° -6°，翼尖安装角为3° -4°，前缘后掠角为28° -30°，后缘后掠角为22° -24°，下反角为12° -13°?形垂尾安装于机体沿航向的86-88%位置处，展向夹角为95-105°，V形垂尾的前缘后掠角为43° -45°，后缘后掠角为36° -38° ;平尾的安装角为3° -5°，前缘后掠角为32° -34°，后缘后掠角为 27° -28。。
[0011]可收放式起落架为前三点式起落架，以减小无人地效飞机飞行时的气动阻力，前起落架位于机身前下方，前后方向收起，主起落架位于翼身融合处，左右方向收起。
[0012]在起落架舱门关闭时，起落架舱门之间以及起落架舱门与机体之间采用交叠齿状橡胶进行密封。
[0013]飞控系统包括飞控计算机、陀螺仪、空速管、大气数据计算机和操纵舵机，飞控计算机用于数据的处理与计算，陀螺仪用于测量飞机各分量上的角速度与角加速度，空速管和大气数据计算机用于测量飞机飞行速度与高度，操纵舵机包括油门操纵舵机和舵面操纵舵机，分别用于油门大小的改变以及舵面的操纵。
[0014]所述无人低效飞机还包括紧急信号发射器，所述紧急信号发射器用于该无人地效飞机在因故障迫降于水面上并无法复飞之后，不断发送呼救与定位信号。
[0015]所述无人地效飞机还包括三个浮筒，分别在机翼的翼梢两端与V形垂尾的下方。
[0016]机身的前后部各有一个相互独立的水密舱，机翼的翼根至1/3翼展处以及1/3翼展至2/3翼展设为相互独立的水密舱。
[0017]机体水密舱包括机体隔框、机体蒙皮、耐腐蚀密封橡胶和角铝，机体隔框采用整体腹板加筋的形式，在机体蒙皮与隔框之间加垫耐腐蚀密封橡胶，再使用铆钉贯穿连接，机体隔框的一侧采用角铝进行加强，角铝的两端使用密封胶进行密封处理。
[0018]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0019]无人地效飞机主要用于在贴近水面飞行时，进行表层海水样本的采集。该无人地效飞机具有以下特点:1)拥有能产生翼地效应的气动外形，主要在贴近水面的地效区飞行，有利于海水的采集；2)采用自主导航或远程遥控的方式飞行，减小了海水样本采集的人力与物资的消耗；3)在地效区内，通过无人飞机的气动布局设计，使得该无人地效飞机升阻比较高、速度快、单位航程油耗低、航程远；4)针对海水采集装置特殊设计了配平平尾，通过配平平尾的偏转平衡海水对机体产生的俯仰力矩；5)通过水密舱和浮筒的设计使得本发明的无人地效飞机具有抗沉能力，并拥有陆地起降与水面紧急迫降的能力；6)通过设置紧急信号发射器，使得具备紧急呼救功能。
【附图说明】
[0020]图1为无人地效飞机总体布局图，图la为地效飞行器的侧视图，图lb为地效飞行器的俯视图
[0021]图2为无人地效飞机飞控系统示意图；
[0022]图3为无人地效飞机应急信号发射系统示意图；
[0023]图4为无人地效飞机起落架舱门的密封；
[0024]图5为机体中的水密舱；
[0025]图6为水密舱的结构形式。
【具体实施方式】
[0026]无人地效飞机速度快、航程远、油耗低、成本较低廉、飞行高度低，可应用于完成需要进行水面作业的任务。
[0027]如图1所示，本发明的用于海水样本采集的无人地效飞机，包括能产生翼地效应的机体1、飞控系统、机载雷达7、电子成像设备2、卫星导航设备4、卫星通讯设备5、海水采集装置8、主电源23、备用电源24、推进式动力装置12和可收放起落架11，所述无人地效飞机能够距水面1-2米高度飞行，用于海洋表层海水样本的采集；所述机体1为能产生翼地效应的翼身融合体，;所述机载雷达7安装在机体1的前方，电子成像设备2、卫星导航设备4、卫星通讯设备5分别安装在机体1的上方，海水采集装置8可收放地安装在机体1的下方，机体1的下方安装有可收放起落架11。
[0028]机体1为能产生翼地效应的翼身融合体，外形设计上综合考虑高空/地效区气动力特性、操稳特性、飞行控制方法等因素；主要包括机身13、机翼14、V形垂尾15、平尾16、浮筒10、配平平尾9等部分，机身纵向剖面为类似Clark-Y翼型的地效翼型，相对厚度为从两侧至对称面在11.5% -17%之间，该设计使得飞机在巡航速度为35-45m/s之间拥有较高的升阻比，机身13安装角为2.0° ;机翼14采用Clark-Y翼型，相对厚度11.5%，机翼14翼根安装角为5°，翼尖安装角为2°，前缘后掠角为29°，后缘后掠角为23°，下反角为12.2°，该形式可抑制机翼气流的横向流动，减小翼尖涡，对增加地效气垫复合船的静稳定度具有一定的作用；V形垂尾15安装于机体沿航向的87%位置处，在展向上对称分布，展向夹角为100°，V形垂尾15的翼型为NACA0012，前缘后掠角44°，后缘后掠角37° ;平尾16位于V形垂尾上方，安装角4°，前缘后掠角33°，后缘后掠角28°，平尾16采用高置大展长设计，可在地效区减小机翼14翼尖涡对其的影响，增强飞机的静稳定性；在机身尾部装有配平平尾9，在海水采集设备8入水工作时，通过该配平平尾9的偏转平衡海水对机体产生的俯仰力矩；整个机体下表面近似扁平状，在地效区内约1/2翼展的高度以下，机体1与地面或水面之间会产生翼地效应。
[0029]在机体尾部装有配平平尾9，在海水采集设备8入水工作时，通过该配平平尾9的偏转平衡海水对机体产生的俯仰力矩；机体1的上方装有推进式动力装置12 ;所述飞控系统用于控制飞机的飞行状态。
[0030]起落架为11前三点式可收放式起落架，以减小无人地效飞机飞行时的气动阻力，前起落架位于机身前下方，前后方向收起，主起落架位于翼身融合处，左右方向收起。
[0031]起落架舱门在关闭时与机体之间采用交叠齿状橡胶进行密封。
[0032]如图2所示，所述飞控系统控制飞机的飞行姿态以及起落架11的收放、海水采集装置8工作时的力矩配平，控制飞机在规定航迹与速度下飞行或根据由卫星通讯设备接收基站发来的指令改变飞行姿态，飞控系统的核心部分主要由飞控计算机18、陀螺仪19、空速管17、大气数据计算机20、操纵舵机2122等部分组成，飞控计算机18用于数据的处理与计算，陀螺仪19用于测量飞机各分量上的角速度与角加速度，空速管17与大气数据计算机20用于测量飞机飞行速度与高度，操纵舵机包括油门操纵舵机22、舵面操纵舵机21，分别用于油门大小的改变以及舵面的操纵；此外，当机载雷达7探测到前方的障碍物时，飞控系统控制飞行器向上爬升以避开障碍物，从而实现无人地效飞机的自主起降、巡航与越障。
[0033]如图3所示，所述无人地效飞机还包括紧急信号发射器6，所述紧急信号发射器6用于该无人地效飞机在因故障迫降于水面上并无法复飞之后，不断发送呼救与定位信号，当机载陀螺仪19监测到飞机有大的速度变化或大气数据计算机20监测到飞行速度急剧降低时，飞机首先尝试复飞，若复飞成功，则立即爬升高度并返航，若复飞失败或基站观测到飞机附近海况不适合复飞，则自动或由基站遥控关闭主电源23并打开备用电源24，启动紧急信号发射器6，并且每30分钟通过卫星通讯设备向基站发送一次位置信息。
[0034]所述机载雷达7为合成孔径雷达，用于探测前方的障碍物或大浪。
[0035]所述无人地效飞机还包括三个浮筒10，分别在机翼的翼梢两端与V形垂尾的下方，机体部分为无人地效飞机在落水时提供65 %的浮力，所述浮筒为无人地效飞机落水时提供35%的浮力。
[0036]如图4所示，起落架舱门2526在关闭状态下与机体1之间采用交叠齿状橡胶27密封，起落架左舱门25与右舱门26