一种动力结构的倾转定翼水上无人机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种水上无人机，尤其涉及一种动力结构的倾转定翼水上无人机。
【背景技术】
[0002]水上飞机是一种可以在江河、湖泊以及辽阔的大洋海域起飞、降落和停泊的特殊的固定翼飞机。而水上无人机则是指那些具有自主起降、飞行甚至是完成特定任务的水上飞机。水上无人机由于其独特的水上起降和水面驻留作业能力，在民用军用方面都有极为广泛的用途。
[0003]无人机在水利检测、环境勘查、应急救灾等方面发挥着重要作用，有人驾驶飞机的起飞与着陆是飞机中两大“X隹关”。有人统计，在飞机的起飞与着陆过程中，造成机毁人亡的事故占飞行事故的60%以上，其中又以着陆事故为甚。无人直升机可以垂直起降不受场地限制，但是续航时间和速度却相对受限。固定翼无人机续航时间长、速度高但却需要起飞跑道。自上个世纪，技术人员就开始在二者之间不断探索，旨在寻找一种既可以垂直起降又能保障高航速和长航时的整合型技术。上世纪末，倾转旋翼无人机技术应运而生。
[0004]所以在飞机着陆方面关系着无人机的安全，因为水利检测、环境勘查和应急救灾往往是处于地势不平坦的区域，给飞机的起降造成了巨大困难，江河湖泊水域辽阔，平静的水面是特殊的飞机跑道，然而无人机目前不具有水上着陆的设备，造成了无人机的续航能力短，还要飞到停机场降落，造成了往返耗费以及着陆的不安全。最具代表性的倾转旋翼无人机当属美国的“鹰眼”无人机。该无人机由美国贝尔公司研制，于2006年进入海军现役，主要用于执行侦察、监视、搜索、战损评估、通信中继和电子对抗等操作。“鹰眼”由复合材料制造，机身结构紧凑，整体呈扁豆型，具有防腐蚀、防霉菌和防盐雾的能力。机体由前机身、中机身、尾机身、机翼襟副翼和短舱组成，而且机体大部分可以拆卸，便于运输和维护。该无人机最为显著的特点就是其旋翼可以倾转。无人机起飞和着陆时，旋翼轴处于垂直状态，因此可以保障无人机的垂直起降。成功飞机后，旋翼轴会转变为水平状态，使无人机由直升机模式成功过渡到飞行模式。“鹰眼”无人机长18英尺3英寸(约5.56米)、翼展24英尺2英寸(约7.37米)、高6英尺2英寸(约1.88米)。空机质量为590千克，整机总重2250千克。该无人机最大航行速度达到225英里/小时(约360千米/小时)，续航时间6小时，最高可飞至6096米。与固定翼无人机相比，“鹰眼”可垂直起降、空中悬停、操作灵活。与无人直升机相比，“鹰眼”巡航速度快、航时长、飞行包线大。显然，相比于直升机和固定翼，倾转旋翼优点很多。可技术问题却成为了阻碍其发展的关键因素。这些技术难点主要涉及直升机和固定翼飞机模式之间的转换、飞行控制系统、桨叶和机身的复合材料、以及飞机的发动机。美国研发的V22鱼鹰倾转旋翼飞机就同时具有旋翼与固定翼，它是一种既能起降，悬停，又能航程更远的新型飞机，前景非常看好。但是它仍然存在缺点，如固定机翼部分对螺旋桨向下气流的阻碍，使飞机在最需要动力的垂直起降阶段丧失约十分之一的动力。
[0005]此外，在中国专利文献CN103935510A中，公开了在现有技术中，无人艇一般采用水下螺旋桨推进，具有较快的航速和能实现任意轨迹的航行。然而由于受携带能源的制约，其航程有限，无法实现长期驻留和满足更远水域作业的需求。
[0006]如何克服水上无人机从空中到水面上的悬停的难关，寻求既能快速水上航行又能垂直降落的水上无人机，解决续航能力短，实现水面长期驻留和满足更远水域作业是人们一直思考的问题。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种动力结构的倾转定翼水上无人机，该动力结构的倾转定翼水上无人机解决了目前倾转翼无人机从空中到水面上的悬停的难关和续航能力短的问题，既能快速水面航行又能垂直降落，实现了无人机可以在水面长期驻留和满足更远水域作业。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明的一种动力结构的倾转定翼水上无人机包括机身，机身前部转动连接前机翼，机身后部两侧对称连接两个后机翼，所述前机翼两端和每个后机翼外端上均设有电机，每个电机上端连接螺旋桨，所述机身前端下部和每个后机翼下端均设有浮漂，所述机身后端上连接机尾。
[0009]所述机身前部通过倾斜装置与前机翼转动连接。
[0010]所述倾斜装置的倾斜角度为90°。
[0011]所述电机为无刷电机。
[0012]所述螺旋桨采用两叶浆。
[0013]所述前机翼两端上的螺旋桨转向相同，对称的后机翼上的两个螺旋桨转向相同，前机翼上的螺旋桨和后机翼上的螺旋桨转向相反。
[0014]所述浮漂通过连杆分别与机身和后机翼相连接，三个浮漂形成一个三角形。
[0015]所述机尾包括垂尾和平尾，平尾设置在垂尾上端。
[0016]采用这种动力结构的倾转定翼水上无人机，具有以下优点:
1、由于机身前部转动连接前机翼，前机翼与螺旋桨可以整体翻转，这样既能进行垂直起降，空中悬停，又可以在水面上快速水平移动，这两种模式间是可以进行切换，在升降平移中，都使机翼保持受力面积最小，减小了阻力，对螺旋桨产生的动力起到了最大的利用率，并且在飞行过程中，无人机的四个螺旋桨都能提供升力，使得动力利用最大化，在水面运动由前两个旋翼系统旋转方向，提供前后推力，降低了成本，较少了耗油量;2、由于机身前端下部和每个后机翼下端均设有浮漂，三个浮漂形成一个三角形，这样可以使无人机在水面上能平稳漂浮。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0018]图1是本发明的三维飞行过程示意图。
[0019]图2是本发明三维降落过渡示意图。
[0020]图3是本发明三维水上航行示意图。
[0021]其中有:1.机身；2.前机翼；3.后机翼;4.电机;5.螺旋桨;6.倾斜装置;7.连杆;8.浮漂;9.垂尾;10.平尾。
【具体实施方式】
[0022]图1、图2、图3所示动力结构的倾转定翼水上无人机，包括机身I，机身I前部上转动连接前机翼2，机身I后部两侧对称连接两个后机翼3，所述前机翼2两端和每个后机翼3外端上均设有电机4，每个电机4上端连接螺旋桨5，所述机身I前端下部和每个后机翼3下端均设有浮漂8，所述机身I后端上连接机尾。
[0023]所述机身I前部通过倾斜装置6与前机翼2转动连接。
[0024]所述倾斜装置6的倾斜角度为90°。
[0025]所述电机4为无刷电机。
[0026]所述螺旋桨5采用两叶浆。
[0027]所述前机翼2两端上的螺旋桨5转向相同，对称的后机翼3上的两个螺旋桨5转向相同，前机翼2上的螺旋桨5和后机翼3上的螺旋桨5转向相反。
[0028]所述浮漂8通过连杆7分别与机身I和后机翼3相连接，三个浮漂8形成一个三角形。
[0029]所述机尾包括垂尾9和平尾10，平尾10设置在垂尾9上端。
[0030]当无人机进行垂直升降和悬停时，前机翼2和后机翼3都可以工作，提供动力，加快起降速度。
[0031]垂直降落时，飞机进入降落模式。前机翼2相对机身I开始倾转，无人机开始减速，后机翼3提供升力逐渐减小，当浮漂8接触到水面时，整个降落过程才算完成，最终漂浮8在水面上，此时前机翼2已经向前转动了90°。当无人机降到水面的过程中，后机翼3工作，前机翼2不工作，提供一个相对平稳的起降环境，节省了能耗。
[0032]当无人机降到水面后，翻转后的前机翼2工作提供水平运动的动力，后机翼3不工作，只有前机翼2工作的情况下，节省了能耗，并且本发明的螺旋桨5是设置在水上的，不会像水下螺旋桨会受到水中杂质的影响，这样就可以使无人机长期驻留水面和满足更远水域作业的需求。
[0033]前机翼2降落过程中，前机翼2是垂直于水平面的，与螺旋桨5向下的气流接触面最小，对螺旋桨5向下气流的阻碍降到了最小，使无人机在最需要动力的垂直起降阶段获得最大动力。
[0034]当无人机降到水面上后，水上无人机切换到了水上无人艇模式，切换到无人艇模式时，前机翼2是与水平面平行的，垂直面的接触面最小，水上无人机在平行航形时所遇到的阻力也会降到最小，提高了航行速率，降低了功耗。
[0035]本申请中没有详细说明的技术特征为现有技术。上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:包括机身，机身前部转动连接前机翼，机身后部两侧对称连接两个后机翼，所述前机翼两端和每个后机翼外端上均设有电机，每个电机上端连接螺旋桨，所述机身前端下部和每个后机翼下端均设有浮漂，所述机身后端上连接机尾。2.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述机身前部通过倾斜装置与前机翼转动连接。3.按照权利要求2所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述倾斜装置的倾斜角度为90°。4.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述电机为无刷电机。5.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述螺旋桨采用两叶浆。6.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述前机翼两端上的螺旋桨转向相同，对称的后机翼上的两个螺旋桨转向相同，前机翼上的螺旋桨和后机翼上的螺旋桨转向相反。7.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述浮漂通过连杆分别与机身和后机翼相连接，三个浮漂形成一个三角形。8.按照权利要求1所述的动力结构的倾转定翼水上无人机，其特征在于:所述机尾包括垂尾和平尾，平尾设置在垂尾上端。
【专利摘要】本发明涉及一种动力结构的倾转定翼水上无人机，包括机身，机身前部转动连接前机翼，机身后部两侧对称连接两个后机翼，所述前机翼两端和每个后机翼外端上均设有电机，每个电机上端连接螺旋桨，所述机身前端下部和每个后机翼下端均设有浮漂，所述机身后端上连接机尾，本发明解决了目前倾转翼无人机从空中到水面上的悬停的难关和续航能力短的问题，既能快速水面航行又能垂直降落，实现了无人机可以在水面长期驻留和满足更远水域作业。
【IPC分类】B64C27/28, B64C29/02, B64C27/52
【公开号】CN105667783
【申请号】CN201610113726
【发明人】张永宏, 邓云霏, 刘云平, 钱琛, 董天天
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月29日