一种飞机的水面起降装置的制作方法

本发明属于一种实现飞机在水面起降的装置，具体涉及一种使陆地起降的飞机，经过简单改造，实现在水面起降的装置。

背景技术：

水上飞机，利用机腹下面的船身或者浮筒，实现在水面起飞、降落和停泊，其主要优点是可在水域辽阔的河、湖、江、海水面上使用，安全性好，地面辅助设施较经济，飞机吨位不受限制，因此可以广泛用于海上巡逻、反潜、救援。水上飞机突出缺点是：受船体形状或者外挂浮筒的影响，机身重量大，气动阻力大，所以飞行速度，续航里程，燃油经济性方面，都无法和陆地起降的飞机相比。比如中国目前最先进的水上飞机ag600，最大平飞速度500千米/小时，最大航程4500千米，使用升限6000米，而中国的最先进的陆地起降运输机运20，最大平飞速度920千米/小时，最大航程7800千米，使用升限13000米。

航空母舰，是使陆地起降的飞机实现在海面起降的有效途径。但是，航母也有不可克服的缺点：（1）航母的制造费用和运行费用都十分巨大，即使是超级大国，航母的数量也是有限的；（2）航母的目标大，战场上隐蔽性差，很容易受到攻击；（3）陆地起降的飞机要在航母上使用，改造量工作量很大，一般采用专门设计和开发；（4）受航母甲板长度和弹射器能力限制，大吨位的飞机，无法在航母上起降。

技术实现要素：

针对现有技术存在的难题，本发明提出一种飞机的水面起降装置，通过简单的改造，使陆地起降的飞机，实现在水面起降，该起降装置能够克服现有水上飞机在航速、航程、飞行高度、燃油经济性方面的缺陷，同时克服航母在制造费用、隐蔽性、飞机改造工作量、飞机吨位方面缺点，相当于提供了一种“迷你航母”的技术方案。

一种飞机的水面起降装置，包括如下内容：（1）包括一套浮筒a，上有一锁定机构a，在飞机从水面起飞的过程中，飞机的轮子通过所述的锁定机构a与浮筒a结合为一体，飞机起飞成功之后，锁定机构a解锁，飞机的轮子与浮筒a分离；（2）还包括一套浮筒b，有一对接机构分布在所述飞机和所述浮筒b上，当飞机准备降落水面时，飞机通过所述的对接机构与浮筒b在空中实现交会对接；（3）还包括一锁定机构b，当飞机与浮筒b实现交会对接之后，通过所述锁定机构b，使飞机与浮筒b结合为一体。

作为一个特例，所述的浮筒b，就是所述的浮筒a，所述的锁定机构b，就是所述的锁定机构a；所述的浮筒a，或所述的浮筒b，包括两个并列的船型浮体，在两个浮体之间，连接着甲板。

所述的对接机构，包括位于飞机机腹下的抓捕装置，以及位于浮筒b上的受捕装置。

所述的抓捕装置，是安装于飞机尾部的一缆绳收放吊舱，包括可收放的缆绳，缆绳的末端，是一尾钩。

所述的受捕装置，包括两根托杆，一缆绳圈，一缆绳，一卷扬机，缆绳一端与缆绳圈连接，另一端固定并缠绕在卷扬机的线轴上，所述卷扬机安装在所述浮筒b内，卷扬机的线轴横跨在两个浮体之间。

所述的两个托杆，顶端各有一缆绳夹，底端通过轴a连接在浮筒b的前部，在托举状态，两杆之间有大于0°的夹角，所述的缆绳圈的上面部分，被所述的两个缆绳夹张紧。在收拢状态，两托杆水平放置在所述甲板的两侧。

还包括一个浮筒姿态稳定器，在升起状态，其顶点向甲板平面所作的垂直线，接近浮筒的重心。所述的浮筒姿态稳定器，包括一刚性的摆杆，摆杆下端通过轴d连接在甲板上，当摆杆旋转至最大张角时，摆杆受限，处于起效状态。如图3、图4或图6所示，所述摆杆的顶端，固定一缆绳限制环，和一滑轮a，所述的缆绳，从缆绳限制环及滑轮之间的空隙穿过，在甲板上开一窗口，下面固定有一滑轮b，所述缆绳经过所述滑轮b到达所述卷扬机的线轴。

所述的尾钩，内置一无线电（或光学）遥控执行装置，通过无线电（或光学）信号，可以使尾钩处于起效和释放两种状态。

所述的锁定机构b，是u型开口的垫块，安装在所述甲板的表面，其数量和安装位置与所述飞机的轮子相对应，所述飞机轮子的轮子可以从u型开口的一端滚入，遇到u型底部时滚动受阻。

所述的锁定机构b，还包括两个夹板，一个带有正反螺纹的丝杠，两个连杆，以及两个丝杠螺母，一个电机，电机轴与丝杠同轴连接，所述的两个丝杠螺母套接在所述丝杠两侧，丝杠螺母与连杆经过轴e连接在一起，连杆经过轴f与夹板连接在一起，夹板的底端，通过轴g，连接在底板上。

还包括一套尾舵，和一套尾杆，所述尾舵安装在的尾杆的尾端，尾杆的前端与浮筒连接。所述的尾杆，通过轴i与浮筒连接，尾杆与甲板平面之间，最大允许夹角为180°，最小允许夹角为0°，在收拢状态（0°），尾杆水平放置在甲板两侧。所述的尾舵，包括水平布置的可调整角度的升降舵，和垂直布置的可调整角度的方向舵。

还包括一对机翼，对称分布在浮筒的外则。所述的机翼，在执行机构驱动下可以绕轴h旋转，从而改变机翼平面与水平面的夹角。

在甲板的前端，还连接着一个前跳板，通过一执行机构，可以使所述前跳板绕一轴b转动。所述的前跳板的前端，还固定着两个向下的前定位销。

在甲板的后端，还连接着一个后跳板，通过一执行机构，可以使后跳板绕轴c转动。所述的后跳板的后端，还固定着两个向下的后定位销。

在浮筒的尾端，还安装着螺旋桨。

在浮筒内部，有一套电子控制器，通过控制线路，控制所述浮筒上的所有可控机构和装置。

还包括一辅助驾驶装置，所述的辅助驾驶装置包括一套相对位置测量系统，所述的相对位置测量系统，包括安装在飞机上的至少两个摄像头，摄像头周围带有led近红外照明灯。

浮筒上所用的能源，为电能，储存在放置在浮筒内部的可充电电池或者超级电容内。

说明书附图

图1水面起飞过程示意图1；

图2水面起飞过程示意图2；

图3飞机在水面的降落过程-准备（主视图）；

图4飞机在水面的降落过程-准备（左视图）；

图5飞机在水面的降落过程-准备（俯视图）；

图6飞机在水面的降落过程-挂钩和收线；

图7飞机在水面的降落过程-交汇对接和锁定；

图8飞机在水面的降落过程-降落；

图9摆杆的放大图；

图10锁定机构工作原理图-放松状态；

图11锁定机构工作原理图-夹紧状态；

图12飞机上岸过程示意图；

图13飞机离岸过程示意图；

图14其他功能改进主视图；

图15其他功能改进俯视图。

图中：1、飞机；2、轮子；3、锁定机构a；4、后定位销；5、后跳板；6、浮筒a；7、前定位销；8、前跳板；9、缆绳夹a；10、托杆；11、缆绳圈；12、缆绳收放吊舱；13、缆绳夹b；14、缆绳a；15、滑轮a；16、摆杆；17、尾钩；18、卷扬机；19、缆绳限制环；20、轴a；21、尾杆；22、尾舵；23、缆绳b；24、浮筒b；25、滑轮b；26、机翼；27、轴h；28、螺旋桨；29、锁定机构b；30、甲板；31、轴b；32、轴c；33、浮体；34、卷扬机线轴；35、轴d；36、轴e；37、窗口；38、u型开口垫块；39、夹板；40、丝杠；41、连杆；42、丝杠螺母；43、电机；44、轴f；45、轴g；46、底板；47、u型槽；48、升降舵；49、方向舵；50轴i。

具体实施例

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1、图2所示，是采用本发明方案之后，飞机从水面起飞过程示意图。如图1所示，本发明包括一套浮筒a6，在浮筒a6上有一锁定机构a3，所述飞机1从水面起飞的过程中，飞机的轮子2通过所述的锁定机构a3与浮筒a6结合为一体。如图2所示，飞机1起飞成功之后，锁定机构a3解锁，飞机的轮子2与所述浮筒a6分离。之后，浮筒a6降落到水面，为下一次起飞做准备，而飞机1如同陆地起飞的飞机一样，可以收起轮子2，正常飞行。

如图3~9所示，是飞机1从空中降落到水面的过程示意图。为了突出对接机构，在图3-8中，将对接机构之外的部分，用虚线表达。图3所示，在飞机的重心附近，加装一缆绳收放吊舱12，降落前，缆绳a14从缆绳收放吊舱12中放出，缆绳a14的末端有一尾钩17，缆绳收放吊舱12以及缆绳a14以及尾钩17，共同构成抓捕装置。缆绳收放吊舱12内部安装有一台卷扬机（图中未表达），通过转动实现缆绳的收放。作为改进，所述的尾钩17，起效和释放两种状态可遥控切换，是通过内置一无线电（或光学）接收及执行装置来实现的（图中未表达），飞行员通过无线电（或光学）信号，可以控制尾钩17状态，在异常情况下，可以遥控尾钩17释放，从而抛弃起降装置。在准备降落时，水面上停靠着浮筒b24，浮筒b24的前部，安装着两根托杆10，托杆10的顶部，有两个缆绳夹a9，在托杆10举起状态，托杆之间的夹角大于0°，比如60°（图5），缆绳夹a9将缆绳圈11的上面部分张紧。缆绳圈11的侧面部分，被缆绳夹b13固定。托杆10的下部通过轴a20与浮筒b24连接。图7所示，飞机继续前行，飞机上的尾钩17勾住缆绳夹a9之间的缆绳圈11，缆绳圈11在尾钩17拖拽下脱离了缆绳夹a9，以及位于甲板30上的缆绳夹b13的束缚。之后托杆10逆时针绕轴a20转动到水平位置，收拢到甲板30的两侧。飞机1通过缆绳圈11，缆绳b23，拖拽浮筒b24，使浮筒b24向着飞机的方向加速。为了控制拖拽力，当缆绳b23的拖拽力大于设定值时，缆绳收放吊舱12内的卷扬机，或者浮筒b24上的卷扬机18开始通过放线减少拖拽力。图8所示，随着浮筒b24的加速，拖拽力减小，上述的两个卷扬机开始收线，飞机1与浮筒b24之间的距离逐渐接近，飞机放下轮子2，安装在浮筒b24上的锁定机构b29，将飞机1和浮筒b24锁定为一体，这时的飞机已经具备了水上降落功能。图9所示，飞机1在水上降落，为了提升飞机浮筒复合体的升力，降低着水速度，在甲板30的前端，还连接着一个前跳板8，通过一执行机构（图中未表达），可以使所述前跳8板绕一轴b31转动，着水前，所述的前跳板8向上扬起，起到增加浮力和防止飞机发动机进水的双重作用。为了进一步提升飞机浮筒复合体的升力，减低着水速度，在甲板30的后端，还连接着一个后跳板5，通过一执行机构（图中未表达），可以使所述后跳板5绕一轴c32转动，着水前后甲板30向下转动，盖住浮筒的尾端，这样可以增大地面效应，达到增加升降低着水速度的目的。

上述的起降过程介绍，包含了本发明的基本工作原理。

上述的抓捕机构，也可以借用目前航母起降飞机所用的刚性尾钩，但是与本实施例相比，缺点是飞机与缆绳圈11之间的距离比较近，对飞行员的技术要求比较苛刻，降落过程的风险比较大。

上面叙述中，用于起飞的装置，和用于降落的装置，是两套装置，也可以将两者合并为一个装置，即所述的浮筒b，就是所述的浮筒a，所述的锁定机构b，就是锁定机构a。下面就按照合并方案的实施例进行进一步介绍，浮筒统称为浮筒b，锁定机构统称为锁定机构b。

如图3-5所示，本发明的浮筒包括两个并列的船型浮体33（图5），在两个浮体33之间，连接着甲板30。在甲板30的上面，安装着受捕装置（图3-5），包括：两根托杆10，一缆绳圈11，一缆绳b23，一卷扬机18，缆绳b23一端与缆绳圈11连接，另一端固定并缠绕在卷扬机线轴34上，所述卷扬机18安装在浮体33的仓内，卷扬机线轴34横跨在两个浮体33之间（图4-5）。所述的受捕装置，与前述的抓捕装置，共同构成对接机构，其功能是在飞机准备降落水面时，使飞机1与浮筒b24，在空中完成交汇对接，结合为一体。

图3-6所示，在交汇对接过程中，为了减少拖拽力对浮筒b24运动姿态的干扰，同时便于浮筒b24在空中保持接近水平的飞行姿态，还包括一浮筒姿态稳定器，包括：一刚性的摆杆16，及安装在摆杆16顶端的滑轮a15和缆绳限制环19，摆杆16下端分叉，通过轴d35连接在甲板30上，当摆杆16旋转至最大张角时，摆杆16受限，此时处于起效状态，此时其顶点向甲板30平面所作的垂直线，接近浮筒b24的重心。图6是摆杆16的放大图，摆杆16的顶端，固定一缆绳限制环19，和一滑轮a15，滑轮a15通过轴e36与摆杆16连接，滑轮a15可以绕轴e36自由转动，所述的缆绳b23，从缆绳限制环19及滑轮a15之间的空隙穿过，并从滑轮a15外圆沟槽绕行。在甲板30上开一窗口37（图4），下面固定有一滑轮b25，缆绳b23经过滑轮b25外圆沟槽绕行，最后到达所述卷扬机线轴34。如图7所示，卷扬机18收线时，同时给摆杆16提供了一个逆时针的力矩，迫使摆杆16保持在最大张角。收线进行到一定程度，飞机上的尾钩17，遇到缆绳限制环19和滑轮a15的阻挡，此时浮筒b24的收线过程结束，同时尾钩17停靠在浮筒姿态稳定器的顶点。由于该固定点在浮筒b24重心的正上方，可以产生一个矫正甲板30偏离水平运动的矫正力矩，浮筒b24的姿态控制变得容易，如图7所示。甲板30表面开有相应的槽（图中未表达），摆杆在升起前，埋在槽中，这样不影响飞机从甲板30上面通过。

图3-4所示，所述的锁定机构b29，包括3个u型开口的垫块，安装在甲板30的表面，u型开口的方向，面向浮筒b24的尾部，其数量和安装位置与所述飞机1的轮子2相对应，飞机轮子2的轮子可以从u型开口的一端滚入，遇到u型底部时滚动受阻。上述机构在对接机构中的缆绳收紧动作的配合下，可以完成飞机1和浮筒b24的锁定功能，完成飞机1水上起飞和水上降落过程。如图12-13所示，作为改进，所述的锁定机构b29，还包括两个夹板39，一个带有正反螺纹的丝杠40，两个连杆41，以及两个丝杠螺母42，一个电机43，电机轴与丝杠40同轴连接，所述的两个丝杠螺母42套接在所述丝杠40两侧，丝杠螺母42与连杆41经过轴e36连接在一起，连杆经过轴f44与夹板39连接在一起，夹板39的底端，通过轴g45，连接在底板46上。当飞机轮子2进入u型槽47之后，电机43带动丝杠40旋转，镜像推动两个丝杠螺母42向中间运动，丝杠螺母42带动连杆41，进而带动两个夹板39绕着轴g45向上翻转，将轮子2抱死，达到锁定的目的。和前面的方式相比，这种锁定方式更加牢固。锁定机构与甲板30之间的固定方式，采用最常见的地脚螺栓方式（图中未表达），这样可以根据飞机型号的不同，临时变更在甲板上的锁定机构品种和安装位置。

如图3-5所示，还包括一套尾舵22，和一套尾杆21，所述尾舵22安装在尾杆21的尾端，尾杆的前端通过轴i50与浮筒b24连接，尾杆21与甲板30平面之间，最大允许夹角为180°，最小允许夹角为0°，在不需要降落的场合，尾杆21与甲板30夹角为0°，尾杆21水平放置在甲板30两侧，呈收拢状态。在浮筒b24飞行状态，尾杆21与甲板30表面呈180°夹角，此时有一锁紧机构（图中未表达），将在轴i50锁死。降落时，轴i50解锁，尾舵22和尾杆21首先着水，尾舵22带动尾杆21逆时针旋转，尾杆21与水面接近平行，这样可以减少尾舵水阻力对浮筒b24的干扰。作为改进，所述的尾舵，包括水平布置的可调整角度的升降舵48，和垂直布置的可调整角度的方向舵49，这样浮筒b24在飞行过程中，浮筒的姿态调整更加灵活。

如图1-9以及图12所示，在甲板30的前端，还连接着一个前跳板8，通过一执行机构(图中未表达)，可以使所述前跳板8绕一轴b31转动。作为进一步改进，所述的前跳板8的前端，还固定着两个向下的前定位销7。前跳板8的作用之一，是在飞机上岸（或上船）过程中，作为飞机过渡跳板，前定位销7的作用，是在该过程中锁定浮筒b24的位置（图12）。前跳板8的另一个作用是在起飞（图1）和降落（图9）过程中上翻，起到防浪板作用，避免发动机吸入浪花，同时也可以增加浮筒b24的上升力。如图1-9，以及图13所示，在甲板30的后端，还连接着一个后跳板5，通过一执行机构（图中未表达），可以使后跳板5绕轴c32转动。作为进一步改进，所述的后跳板5的后端，还固定着两个向下的后定位销4。后跳板5的作用，是在飞机离岸（或离船）过程中，作为飞机的过渡跳板，后定位销4的作用，是在该过程中锁定浮筒b24的位置（图13）。后跳板5的另一个作用，是在起飞和降落过程中下放，盖住浮筒b24的尾部，增加地面效应，提升浮筒b24的上升力。上述的前跳板执行器，和后跳板执行器，其原理可以是受电磁阀控制的液压缸或气缸，也可以是电动丝杠。

如图14、15所示（图中对接机构），作为改进，还包括一对机翼26，对称分布在浮筒b24的两则，并且靠近浮筒b24重心的位置。作为改进，机翼26通过与轴h27与浮筒b24连接，在执行机构驱动(图中未表达)下可以绕轴h27旋转，从而改变机翼平面与水平面的夹角，达到提升浮筒升力，和控制浮筒b24姿态的作用。

如图14、15所示，作为进一步改进，在每一个浮体33的尾端，都安装着一个螺旋桨28。螺旋桨28使得浮筒具备一定的机动能力，浮筒可以根据需求自主到达指定位置迎接飞机1降落，或者在飞机1起飞之后，自主回到基地。其功能还在于在调整浮筒b24的姿态，或者实现一定的初速度，更加方便与飞机1实现交会对接。

如图14、15所示，此时的托杆10和尾杆21，都处于收拢状态，水平停放在甲板30两侧。

在浮筒b24内部，有一套电子控制器，通过控制线路，可以控制所述浮筒b24上的所有可控机构和装置。电子控制器具备无线指令接收功能，可以实现飞机与浮筒之间的信息交换，可以采用蓝牙通讯方式，或者抗干扰性能更好的激光通讯方式，该部分图中未表达。

还包括一辅助驾驶装置，所述的辅助驾驶装置包括一套相对位置测量系统，所述的相对位置测量系统，包括安装在飞机上的至少两个摄像头，摄像头周围带有led近红外照明灯。飞机驾驶员可以通过这两个摄像头，在交会对接过程中，实时监测浮筒的相对位置，向浮筒发出姿态调整无线指令。当然也可以采用图像处理技术获得相对位置，为了提升识别效果，可以在浮筒甲板上，分布着3个及以上的标志点。进一步的，也可以用电脑完成上述的相对位置测量，以及浮筒状态调整指令的发出过程，对接和锁定过程实现全自动，该部分图中未表达。

浮筒上的控制器，执行器，都需要电力驱动，螺旋桨推进器，可以采用常规动力驱动，比如内燃机，也可以用电力驱动。本实施例全部采用电力驱动，即所用的能源是电能，储存在可充电电池，或者超级电容内，或者是两者的混合。可充电电池或者超级电容，安装在浮筒b24内部。采用电能驱动的优点是环保，低噪音。虽然续航里程短，但是在这种使用场合，这个缺点暴露不出来。

上述实施例只是介绍实现本发明的部分具体方案，没包括全部实施例。基于本实施例和本发明的思路，其他技术人员在利用公知的技术对上述实施例所作的无创新性的修改和变型，也属于本发明需要保护的范围。