一种轻型高速水陆两栖潜水车的制作方法

本发明涉及到一般越野车、快艇和潜水艇，具体地说是一种同时具备两栖车、水面快艇和潜水艇的特性，既可在陆地全域畅行、又可在水面高速运行、还可在水下隐蔽潜航，且具有多种军事和商业用途的轻型高速两栖潜水车。

背景技术：

自2008年第一款潜水跑车“squba”由瑞士里恩斯匹德（rin-speed）开发成功以来，先后曾有2010年美国威尔士公司展示的潜水快艇“scubacraft”，2017年美国hsp技术公司展示的潜水快艇“hypersub”，2019年英国subseacraft快艇制造公司展示的特战潜艇“victa”，2019年新加坡dk海军技术公司展示的潜水快艇“seekrieger”。

关于潜水汽车，专利号为zl201220338884.8，发明名称“一种水陆两栖潜水车”的实用新型专利，公开的技术方案为：在潜水车主体的驾驶舱顶部设有通风孔和舱门；在驾驶舱的底部设有蓄电池和压缩气瓶；在驾驶舱的前部设有前压水舱；在前压水舱的下部两侧分别设有前驱动轮；在驾驶舱的后部设有后压水舱；在后压水舱的下部两侧分别设有后驱动轮；在每个前驱动轮和后驱动轮的轮轴上分别设有驱动电机，驱动电机与蓄电池电连接；在潜水车主体尾部下方固定设有导管螺旋桨，导管螺旋桨与蓄电池电连接。

专利号为zl201020103796.0，发明名称“一种水底观光潜水车”的实用新型专利，公开的技术方案为：一种可分为水底固定轨道为路线或者是水底索道缆绳悬挂为路线的水底观光潜水车,包括潜水车厢和高压储存气瓶，高压储存气瓶，用于供给车厢内人的呼吸，高压储存气瓶输出的空气不进行循环使用，而是通过单向排放器排至车厢外水体中；通过车厢内自带高压储存气瓶供给车厢内人的呼吸，高压储存气瓶的高压气体通过压力平衡器调节潜水车厢压力与车厢外压力使其达到平衡。

专利号为zl201020163373.8，发明名称“一种潜水车”的实用新型专利，公开的技术方案为：设置有人员进出口的壳体，壳体的底部设置有履带推进装置，壳体前端设置有远红外观测器。在透水事故引发矿难后，救援人员由人员进出口进入壳体，然后封闭壳体，通过电机等动力装置驱动履带推进装置，潜水车即可进退，壳体前端设置的远红外观测器可随时对被困人员进行搜索,寻找到被困人员可将被困人员由人员进出口进入壳体将其运出。

专利号为zl94241216.8，发明名称“一种新型水陆两栖潜水车”的实用新型专利，公开的技术方案为：由密封舱、发动机、发电机、变速箱、螺旋桨组成，密封舱底部设有驱动轮，前部设有转向轮；密封舱配有自然空气供给系统；密封舱尾部下端设有内置弹簧的橡胶捕捞手套，外部两侧各设有一用于下潜的配重铁块，有一用于上浮的浮桶，通过钢丝绳与卷扬机连接。

此外,专利申请号为201910895956.5，发明名称“一种大型重载水下滑翔机及其控制方法”的发明专利，公开的技术方案为：滑翔机包括滑翔机机身、第一浮力驱动单元、第二浮力驱动单元、能源单元、机翼单元、导航定位单元、控制单元、垂直尾舵和姿态调节单元，从滑翔机机身艏部到艉部放置在滑翔机机身内部的组成单元依次为：第一浮力驱动单元、能源单元、第二浮力驱动单元、导航定位单元、控制单元和垂直尾舵；姿态调节单元位于能源单元的下方，姿态调节单元包括移动重物、丝杠、丝母、联轴器和姿态调节电机。

轻型高速水陆两栖潜水车的关键技术，主要体现在动力高效传递、整车轻量化、水面减阻增速、全域安全运行、浮力快速制备和潜航稳定推进等多个方面。上述实用新型专利所涉及的潜水车辆，均未提及采用“全电单机驱动四浆推进”方案为车辆陆地行驶和水中运行提供动力，均未提及采用“浮力快速制备方案”解决车辆水面运行所需的浮力问题；均未提及采用“浮力气囊装置”解决车辆所需浮力以及快速下潜与上浮问题；均未提及采用“通过改变电力推进器转速与转向”的技术方案解决潜航姿态控制；均未提及采用“车轮提升装置”减少水面运行和水下潜航时的水阻力；也均未提及采用“发充电设备与车辆分离”方案解决整车的轻量化和确保安全问题。而专利申请号为201910895956.5的“一种大型重载水下滑翔机及其控制方法”发明专利所公开的技术方案，虽给出了能够通过两个浮力系统和姿态调节单元实现整机俯仰姿态分级式高精度调节的控制策略和航行控制策略，但主体结构庞大，控制系统复杂，质量超重，显然完全不适应“轻型高速水陆两栖潜水车”的基本要求。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种完全克服了国外潜水快艇不能上岸行驶、潜水汽车水面运行时速慢、续航时间短的局限性，真正实现“陆地全域行驶、水面高速运行、水下灵活潜航”，两栖机动与水下潜航性能卓越超群，具有“车身轻、速度快、载量大、用途多、造价低”等显著亮点，较好满足军事和商业领域多种迫切需要的轻型高速水陆两栖潜水车。

本发明是采取如下的技术方案实现其发明目的的。一种轻型高速水陆两栖潜水车，它由车架模块100、动力模块200、驱动模块300、浮力模块400、电气模块500和操控模块600等六大系统模块组成。

其中:车架模块100包括车架总成110、悬架机构120、武器挂架总成130和外罩组件140等组件；车架总成110、悬架机构120和武器挂架总成130等均由钛合金材料加工制造，外罩组件140由碳纤维材料或铝镁合金材料加工制造。

车架总成110由下环形梁111、悬架梁112、底横梁113、上环形梁114、竖梁115、上横梁116、边梁117、边杠118等部件组成，其中4根悬架梁112有序焊装在下环形梁111的前后两侧，2根底横梁113分别与位于下环形梁111前部两侧和后部两侧的悬架梁112有序焊装，上环形梁114经8根竖梁115与下环形梁111有序焊装，2根边杠118有序焊装在上环形梁114两侧的上方，上横梁116的两端有序焊装在2根边杠118上，2根边梁117分别有序焊装在下环形梁111两侧中部的预设位置上。

悬架机构120由液压减震器总成121、上摆臂122、下摆臂123、连接座124、销轴125等部件组成；其中液压减震器总成121由液压缸和减震器两部分组装而成，同时具有“车辆减震”和“车轮提升”双重功能。

悬架机构120中各部件间的连接关系为：液压减震器总成121、上摆臂122和下摆臂123的两端均设有连接孔；下摆臂123的中部设有安装孔；液压减震器总成121、上摆臂122和下摆臂123上端的连接孔分别经销轴125与各连接座124有序连接；上摆臂122和下摆臂123下端的连接孔分别经销轴125与各轮毂总成321上下两端的连接孔有序连接；各液压减震器总成121下端的连接孔分别经销轴125与各下摆臂123上的安装孔有序连接；各连接座124经紧固螺栓有序固装在车架总成110的预设位置上。

武器挂架130有序焊装在上环形梁114的预设位置上。

外罩组件140经紧固螺栓、分别有序固装在车架总成110和船体外壳410上方的预设位置上。

动力模块200包括驱动电机210、导管推进器220、动力电池组230和液压站240等组件。

驱动电机210直接由动力电池组230供电，驱动电机210由特制的箱体密封绝缘、经若干紧固螺栓有序固装在车架总成110的中部，驱动电机210两端的输出轴分别与前传动轴311和后传动轴313有序连接。

导管推进器220直接由动力电池组230供电，导管推进器220包括1#导管推进器221、2#导管推进器222、3#导管推进器223和4#导管推进器224，其中1#导管推进器221和4#导管推进器224分别有序固装在车架总成110后部的左右两侧，2#导管推进器222和3#导管推进器223分别有序固装在车架总成110后部的中间。

动力电池组230包括动力电池1#组231和动力电池2#组232，动力电池1#组231和动力电池2#组232均由特制的箱体密封绝缘、并分别有序固装在船体外壳410内车架总成110两边的中后部。

液压站240由电动机241、齿轮泵242、控制阀243、液压油罐244和输油管245等部件组成，其作用是为液压减震器总成121等液压元件实现伸缩功能提高液力能量；液压站240中各部件之间有序连接、并有序固装在车架总成110的预设位置上。

驱动模块300由传动部件310、差速器总成320和车轮总成330等部件组成。

其中：传动部件310包括前传动轴311、后传动轴312和传动半轴总成313；前传动轴311的两端分别与驱动电机210的前输出轴和前差速器总成321的输入轴有序连接；后传动轴312的两端分别与驱动电机210的后输出轴和后差速器总成322的输入轴有序连接；两前传动半轴总成313的两端分别与前差速器总成321两侧的输出轴和两前轮毂总成331有序相接；两后传动半轴总成313的两端分别与后差速器总成322两侧的输出轴和两后轮毂总成331有序相接。

车轮总成330包括轮毂总成331、制动器总成332、轮辋333和轮胎334等部件；其中各制动器总成332分别与各轮毂总成331有序连接；各轮胎334有序固装在各轮辋333上；各轮毂总成331与各轮辋333有序连接。

浮力模块400由船体外壳410、驾乘员舱420、浮力气囊430、高压储气罐440、氧气供应装置450等组成。

其中船体外壳410和驾乘员舱420均由碳纤维材料加工制造，高压储气罐440由钛合金材料加工制造。

船体外壳410为非密封体；其内部设有若干增大船身强度的龙骨，其底部截面呈浅v型，底部纵向为滑行面、底面两侧设有消波导流槽，故可显著减少水阻力和持续产生水升动力；船体外壳410经若干紧固螺栓有序固装在车架总成110的外部。

驾乘员舱420有“承压密封防水”和“非舱压防水”两种结构形态；在“非舱压防水”形态下必须配备供氧装备450、驾乘人员必须穿潜水衣；“承压密封防水”形态下的驾乘员舱420为密封体，为确保驾乘人员的安全、即使在“承压密封防水”形态下也为所有驾乘人员分别配备了氧气供应装置450；驾乘员舱420经若干紧固螺栓有序固装在船体外壳410内车架总成110的前部。

浮力气囊430包括左浮力气囊431、右浮力气囊432和后浮力气囊433，分别有序固装在船体外壳410内车架总成110的左右两侧和后部。

高压储气罐440包括左储气罐441和右储气罐442，分别有序固装在船体外壳410内车架总成110的左右两边。

特别配备的氧气供应装置450有1-4套，分别设放在1-4个座椅周围，可为1-4名驾乘员提供随车潜航3小时所需的氧气量。

电气模块500由移动电站510、空压机站520和设备箱530等组成。

移动电站510为充电与发电设备，它包括柴油机511（可选装140kw车用柴油发动机）、发电机512（可选装120kw三相交流永磁发电机）和充电机513（可选装120kw电动车充电桩）等部件，可存放在登陆舰船或岸上基地上随时为本发明中的动力电池组230快速充电；移动电站510还可由120kw电动车充电桩和普通车辆组成，并随时接通周边的220/380v交流电源、便捷的为动力电池组230快速充电。

空压机站520为制气设备，它包括电动机521、无油空压机522等部件；空压机站520可为高压储气罐440提供10bar的压缩空气。

设备箱530为密封式箱体，移动电站510和空压机站520的所有部件均可有序固装在设备箱530内，设备箱530经紧固螺栓有序固装在船体外壳410内车架总成110的预设位置上。

为减轻车辆自重、减少密封空间、提高装载能力，还可将电气模块500与整车完全分离设装，将移动电站510和空压机站520中的所有部件集中单独安装在另一移动设备（车辆）中。

操控模块600由陆地行驶操控装置610、水面运行操控装置620、潜航操控装置630、仪表集成装置640、车轮提升操控装置650等组成。

其中陆地行驶操控装置610包括转向机总成611、横拉杆总成612、转向柱总成613、方向盘614；其中转向机总成611的两端分别与两横拉杆总成612有序相接，方向盘614经转向柱总成613与转向机总成611有序相连；陆地行驶操控装置610有序固装在车架总成110的前下部，

方向盘614与转向柱总成613、水面运行操控装置620、潜航操控装置630、仪表集成装置640、车轮提升操控装置650等均有序固装在驾乘员舱420中。

本发明的外形尺寸不大于6.2x2.0x1.68米，整备质量不大于2000公斤，驾乘员1-4人，装载重量可达700公斤。

本发明设有“陆地行驶”、“水面运行”和“水下潜航”三种运行模式。

其中：陆地行驶由1台驱动电机210经前传动轴311、前差速器总成321和后传动轴312、后差速器总成322以及各传动半轴313直接驱动各车轮总成330；驱动电机210为53kw永磁同步电机、故陆地行驶时速可达80公里以上，续驶里程可达200公里。

水面运行由4台导管推进器220同时推进；1#导管推进器221、2#导管推进器222、3#导管推进器223和4#导管推进器224均为12.5kw导管推进器，故水面运行时速可达27节(50公里)，续航里程可达100公里以上。

水下潜航由位于车身后部两侧的1#导管推进器221和4#导管推进器224两台导管推进器同时推进，故时速可达7.5节(14公里)以上，续航里程可达56公里以上；或由1#导管推进器221、2#导管推进器222、3#导管推进器223和4#导管推进器224等四台导管推进器同时推进，故时速可达11节(20公里)以上，续航里程可达40公里以上。

本发明中悬架机构120完成“车轮提升”的工作原理与过程是：当车辆进入“水面运行”或“水下潜航”模式时，经人为操作车轮提升操控装置650、使液压减震器总成121中的液压缸向上收缩、拉动下摆臂123以连接座124上的销轴125为中心向上回转、从而使与上摆臂122和下摆臂123有序相接的轮毂总成331及其车轮总成330迅速向上提升300毫米（此时液压缸自锁），当车辆回到“陆地运行”模式时，经人为操作车轮提升操控装置650、使液压减震器总成121中的液压缸向下伸出直到初始设定位置、并带动下摆臂123一并反向旋转、使轮毂总成331及其车轮总成330有序下降、直至回到初始设定位置（此时液压缸重新自锁）；在“水面运行”和“水下潜航”运行模式下，“车轮提升”装置具有显著减少水阻力的重大作用。

本发明为潜水车配备的动力电池组230容量为120kw锂电池组（或无钴高能电池组或石墨烯高能电池组），移动电站510可为动力电池组230快速充电；充满电后一次可潜航2-4小时以上。

本发明的潜水深度可达水下30米（100英尺)以上；其下潜和上浮由浮力气囊430中的压缩空气量决定，即需要下潜时将浮力气囊430中的空气放尽，需要上浮时用高压储气罐440中的压缩空气将浮力气囊430充满。

高压储气罐440中的压缩空气由空压机站520提供，一次充满时间只需15分钟；储气罐440中的压缩空气可确保本发明连续2次从水下30米处完全浮出水面所需的空气量。

本发明在水中的运行规则为：水面运行所需的浮力由位于车体底部两侧和后部的三个浮力气囊430、前部的驾乘员舱420以及两个高压储气罐440提供；水面转向和水下转向（包括原地调头）均由设装在后部两侧的导管推进器220的转速或转向控制；潜航深度由浮力气囊中430的压缩空气储备量控制；潜航上浮与下潜由设装在船体后边两侧的导管推进器220控制；潜航时可通过光电传感器桅杆探测水面信息；此外在仪表集成装置640中设装有微机控制的“自动深度控制”系统，以确保车辆不会下潜或上升速度过快。

本发明的驾驶操作规则为：陆地行驶操控装置610与越野车的操作方式完全一样；水面运行时只需按下车轮提升操控装置650中的功能转换开关，四个车轮总成330将自动向上提升300毫米，2-4台导管推进器220启动运转；需要水下潜航时只需按下潜航操控装置630中的潜航功能开关、浮力气囊430自动有序向外放气、车辆依设定速度下潜、直至下潜30米；车辆的下潜深度由仪表板随之显示，驾驶员可据此决定是否继续下潜；车上所有电子仪器（包括军用车载雷达、六分仪等观测设备）都被密封在仪表集成装置640中独立保存，从而可最大限度地避免水下航行时可能导致车辆控制系统失效问题；通过车载电子仪器设备以及基地导航台发出的无线电信号指引，可确保车辆水下潜航的正确方向。

由于采用了上述技术方案，本发明较完美的实现了其发明目的，并较全面系统地展示了现已掌握的“动力高效传递”、“整车轻量化”、“水面减阻增速”、“全域安全运行”、“潜航稳定推进”和“浮力快速制备”等六个方面的关键共性技术，与类似产品比较更具有以下突出优点即有益效果。

1、设计科学、结构简单、性能可靠，整车综合性能卓越超群。

2、部件配置高端、制造技术先进、节能环保效果十分显著。

3、重量轻、速度快、载量大、性价比高、用途广泛。

附图说明

下面结合给出的附图来对本发明作进一步描述。

图1为本发明六大系统模块示意图。

图2为本发明总体结构及其主要部件总布置图。

图3为本发明中车架总成立体图。

图4为本发明中动力与驱动系统主要部件布置图。

图5为本发明陆地行驶状态侧视图。

图6为本发明中浮力系统主要部件布置图。

图7为本发明水面运行状态侧视图。

图8为本发明水下潜航状态侧视图。

图9为本发明中悬架机构前视图。

图10为本发明中车轮提升后水中运行前视图。

具体实施方式

由图１、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10可知，本发明由车架模块100、动力模块200、驱动模块300、浮力模块400、电气模块500和操控模块600等六大系统模块组成，具有“设计科学、结构简单、性能可靠”等显著技术特征。

其中车架模块100包括车架总成110、悬架机构120、武器挂架总成130和外罩组件140等部件；动力模块200包括驱动电机210、导管推进器220、动力电池组230和液压站240等部件；驱动模块300包括传动部件310、差速器总成320和车轮总成330等部件；浮力模块400包括船体外壳410、驾乘员舱420、浮力气囊430、高压储气罐440和氧气供应装置450等部件；电气模块500包括移动电站510、空压机站520和设备箱530等装置；操控模块600包括陆地行驶操控装置610、水面运行操控装置620、潜航操控装置630、仪表集成装置640和车轮提升操控装置650等。

从图1、图2和图4还知，为减少传动部件、提高动力传递效率，同时又能节省车内空间、减轻战车自重、更有利整车的轻量化，本发明彻底摒弃了潜艇采用的“柴电动力系统”，特采用了由先进电器部件组成的全电动力系统；该动力系统配置高端、性能可靠、操控简单、装拆维保便捷，无噪音、零排放、节能环保。

从图1和图2还知，为确保电气设备运行安全，特装配了设备箱530，设备箱530为密封式箱体、由碳纤维材料加工制造，移动电站510和空压机站520有序固装在设备箱530内，设备箱530经紧固螺栓有序固装在车架总成110的预设位置上。此外，为了大量节省车内空间、大幅减轻自重、有效减少事故发生机率、避免和杜绝多种安全隐患，也可采用“电气模块500与整车分离”的配置模式、将移动电站510（包括柴油机511、发电机512和充电机513等部件）和空压机站520（包括电动机521、无油空压机522等部件）集中于另一可移动装置中。这样一来不仅可同时满足多台潜水战车充电和制气的需要，显著提高了发充电和制气设备的利用率，节约批量购车成本；还可选用大功率的发充电设备，为快速充电创造良好条件，更好适应作战要求。

从图1、图2、图6、图7和图8还知，为了快速实现车辆在水中的下潜与上浮，特采用了通过“改变浮力气囊430体积（即从浮力气囊430放气和向浮力气囊430充气）实现下潜和上浮”的全新模式，从而彻底摒弃了潜艇通过向压载水舱注水或加气（即改变重量）实现沉浮的传统模式。用浮力气囊430替代压载水舱后，因浮力气囊430的重量远轻于压载水舱，故又可大幅减轻自重，简化机构与相应设备、节省制造成本，并能显著缩短车辆由水下潜航到水面全浮运行所需的时间。

由图1和图3还知，为了最大限度的保持车辆的内部空间、并确保车辆具有足够的强度，特设装了结构先进、且由钛合金材料加工制造的车架总成110。车架总成110由下环形梁111、悬架梁112、底横梁113、上环形梁114、竖梁115、上横梁116、边梁117、边纵杠118等多个部件有序组合、经特殊工艺加工而成，具有较好的安全防护性能；在车架总成110上有序开设了若干连接孔，通过紧固螺栓可便捷地实现与船体外壳410的有序固装。

由图1、图2、图6和图7还知，为便于驾乘人员执行相关任务，特采用了“部分密封和整体开放有机结合”的全新车身结构，并将驾乘员舱420设计成了“承压密封防水（即全密封）”和“非舱压防水（即开放式）”两种结构形态；在“非舱压防水”形态下特为所有驾乘人员分别配备了供氧装备450，驾乘人员还须穿潜水衣；在“承压密封防水”形态下，为确保驾乘人员的安全也分别配备了供氧装备450；所有供氧装备450均有序安置在驾乘人员的座椅周围；驾乘员舱420经紧固螺栓有序安装在船体外壳410内的车架总成110前部的预设位置上。采用“部分密封和整体开放”有机结合的全新车身结构形式后，不仅减少了传统两栖车必需的多个密封点和相应的密封部件、简化了传动系统的结构，而且更有利实现车辆的快速下潜与上浮。

由图7、图8、图9和图10还知，为了获得驾乘舒适性和最大限度的减少车辆水面运行时的产生的形状阻力、特采用了双横臂式车轮悬架机构，并设装了独特的车轮提升装置（已另行申请了发明专利），当车辆进入“水面运行”和“水下潜航”模式时，通过人为操作车轮提升操控装置650中的功能转换开关，四个车轮总成330将自动向上提升300毫米，故可显著减少车辆的水中阻力。

由图5、图6、图7、图8和图9可知，为进一步减少车辆在水中运行时的水阻力和持续产生水升动力、以及保护浮力气囊420不受檫划损伤，特设装了具有压浪消波和高滑性能的船体外壳410（已另行申请了发明专利）；为提高船体强度和便于实现与车架总成110的固装，特在船体外壳410内有序设制了若干龙骨；船体外壳410可将发动机的效能发挥到极致，使车辆在水面更易起滑与提速。

由图1、图5、图7和图9还知，为了获得靓丽的外观造型，在外形设计方面，充分考虑和兼顾了最大限度地满足其两栖机动性能，最大限度地提高车辆陆地行驶和水面运行的时速等方面的需求，从而采用了一种折衷独特全新的外观造型：即车体下部采用了滑行型船体外壳、车体上部类似水滴型潜艇，并特设装了外罩组件140，外罩组件140经紧固螺栓有序固装在车架总成110和船体外壳410的预设位置上。

由图2、图4和图9还知，为了实现车辆在陆地行进中的紧急制动，特在各轮毂总成331的内侧轴上、有序设装了制动器总成332。

由图１、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10还知，本发明较好地集成了水陆两栖车、水面快艇和小型潜艇的多重优势，能实现陆上全域机动，水上快速灵活，水下潜航隐蔽、且完全不受天气和海况的限制，因而可实现低成本系列与深度开发、迅速形成轻型高速水陆两栖潜水车车族，更好地满足军事（代表着一种新式作战装备、并开启了一种全新的作战模式）和商业方面的多种实际需要。