海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器及其工作方法

本发明涉及飞行器设计，具体是一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器及其工作方法。

背景技术：

1、海洋是世界主要战略通道，如今已经成为国际政治、经济、军事和外交领域合作与竞争的重要平台。以争夺海洋资源、控制海洋空间、抢占海洋科技制高点为特征的全球现代国际海洋权益斗争呈现出日益加剧的趋势。近年来，无人机功能急剧拓展，智能化水平迅速提升，其能力显著增强，能快速形成非对称优势。海空跨介质飞行器兼具空中飞行的快速性和水下潜航的隐蔽性，兼具海空查打一体的能力，拥有常规飞行器无可比拟的优势。其可以与现有的舰艇作战体系融合，提高我军作战能力。应用前景广阔，能在一定程度上改变传统的战争思路和理念。

2、然而现在针对跨介质的研究并不多，一些两栖飞行器虽然实现了空中飞行和水下潜行的基本功能，但却是以其飞行性能的降低为代价。同时飞行器的隐蔽性、适用性和稳定性还需要进一步研究。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器及其工作方法，利用一个涵道倾转机构调整内外共轴嵌套涵道风扇系统的倾斜角，利用电调分别调节环形电机和螺旋桨驱动电机的转速以实现不同介质运行的模式切换，为跨介质飞行器的适用性提供了新的思路，一定程度上提升了运行效率，增强了飞行器的适用性。

2、本发明提供了一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，包括机身、内外共轴嵌套涵道风扇系统和涵道倾转机构。

3、所述内外共轴嵌套涵道风扇系统包括外涵道体、环形电机、外涵道环形桨叶、内涵道结构支撑、内涵道体、内涵道推进螺旋桨、螺旋桨驱动电机和电机结构支撑；所述环形电机安装在外涵道体内部；所述外涵道环形桨叶内嵌在外涵道体内，由环形电机通电驱动旋转；所述螺旋桨驱动电机包裹在内涵道支撑机构里；所述内涵道推进螺旋桨安装连接在螺旋桨驱动电机上。

4、所述涵道倾转机构包括伺服电机、蜗轮蜗杆减速系统和涵道倾斜输出轴；所述伺服电机安装在机身内，所述蜗轮蜗杆减速系统包含电机轴联轴器、阶梯轴、蜗轮、蜗杆、圆螺母、圆螺母用止动垫片和连接涵道倾斜输出轴的梅花联轴器；所述伺服电机通过联轴器与阶梯轴进行固连；所述蜗轮与阶梯轴进行固连；所述蜗杆与蜗轮相互啮合连接；所述梅花联轴器与蜗杆和涵道倾斜输出轴进行固连。

5、进一步改进，所述机身内部设置有内部舱段隔板，内部舱段隔板将机身内部分为储排水舱和电控设备舱。

6、进一步改进，所述涵道转向机构设置在机身中的电控设备舱内部。

7、进一步改进，所述机身的储排水舱内部设置有机身排水泵和浮力调节机构，浮力调节机构内的电控元件与电控设备舱内的电控设备进行通信连接。

8、进一步改进，所述电控设备舱内的电控设备包括飞控单元、传感器系统、执行器系统和电池；传感器系统包括加速度计、陀螺仪、气压计以及北斗联合gps定位装置；执行器系统包括电调、电机、接收机和遥控器。

9、本发明还提供了一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器的工作方法，包含空中和水下两种不同的工作模式以及入水和出水两种过渡模式，具体工作过程如下：

10、在空中飞行下，螺旋桨驱动电机处于关闭状态；环形电机驱动外涵道环形桨叶旋转，为飞行器提供推进动力；电控系统配合伺服电机通过阶梯轴带动涡轮转动，蜗轮与蜗杆啮合带动涵道倾斜输出轴转动，使得内外共轴嵌套涵道风扇系统向前倾斜，从而实现飞行器的前飞；通过电调控制左右两侧外涵道环形桨叶旋转速度实现飞行器的飞行偏航；

11、在入水过渡模式下，内外共轴嵌套涵道风扇系统恢复水平状态，并减小外涵道环形桨叶转速使得飞行器降落在水面上；环形电机停机，储排水舱注水，使飞行器沉至指定位置，内外共轴嵌套涵道风扇系统倾转至90度，启动螺旋桨驱动电机驱动内涵道推进螺旋桨旋转；

12、在水下潜行时，环形电机处于关闭状态；螺旋桨驱动电机驱动内涵道推进螺旋桨旋转，为飞行器提供潜行时的推进动力；通过电调控制左右两侧内涵道推进螺旋桨输出功率实现飞行器的潜行偏航；

13、在出水过渡模式下，螺旋桨驱动电机停机，电控系统配合伺服电机通过阶梯轴带动蜗轮转动，蜗轮与蜗杆啮合带动涵道倾斜输出轴转动，使得内外共轴嵌套涵道风扇系统恢复水平状态，机身排水泵开启，将储排水舱中的水排出机身，使得飞行器上升至水面；启动环形电机驱动外涵道环形桨叶旋转使得飞行器起飞悬停。

14、本发明有益效果在于：

15、1、本发明所述飞行器以机身两侧的可倾转共轴嵌套涵道风扇作为驱动装置，提供飞行器在空中的升力和前飞拉力以及潜行中的前进推力，可以实现海空两栖跨介质飞行，具有广阔应用前景。

16、2、本发明所述飞行器利用伺服电机、蜗轮蜗杆减速转置、联轴器以及涵道倾斜输出轴相互配合，实线了飞行器两侧共轴嵌套涵道风扇系统的倾转功能，并基于此进一步提出了工作方式，提高了飞行器的稳定性，增强了飞行器在复杂环境中的适用性。

技术特征：

1.一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，其特征在于：包括机身、内外共轴嵌套涵道风扇系统和涵道倾转机构；

2.根据权利要求1所述的海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，其特征在于：所述机身内部设置有内部舱段隔板，内部舱段隔板将机身内部分为储排水舱和电控设备舱。

3.根据权利要求2所述的海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，其特征在于：所述涵道转向机构设置在机身中的电控设备舱内部。

4.根据权利要求2所述的海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，其特征在于：所述机身的储排水舱内部设置有机身排水泵和浮力调节机构，浮力调节机构内的电控元件与电控设备舱内的电控设备进行通信连接。

5.根据权利要求2所述的海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器，其特征在于：所述电控设备舱内的电控设备包括飞控单元、传感器系统、执行器系统和电池；传感器系统包括加速度计、陀螺仪、气压计以及北斗联合gps定位装置；执行器系统包括电调、电机、接收机和遥控器。

6.一种权利要求1-5任意一项所述海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器的工作方法，其特征在于：包含空中和水下两种不同的工作模式以及入水和出水两种过渡模式，具体工作过程如下：

技术总结
本发明提供了一种海空跨介质共轴嵌套涵道风扇飞行器及其工作方法。飞行器包含机身外形，水平尾翼，垂直尾翼、内外共轴嵌套涵道风扇系统以及涵道倾转机构；水平尾翼对称分布在机身尾部左右两侧；垂直尾翼在机身尾部上端，其对称面与机身对称剖面重合；内外共轴嵌套涵道风扇系统对称分布在机身中部两侧；在机身内部设有涵道倾转机构，能够控制涵道的倾转角度，可以配合风扇转速电控系统调节两种转子的转速，实现两种介质运行模式切换，兼具海空不同任务类型的飞行姿态和工作模式，有效增强了飞行器的通用性，使得其能够适应复杂的环境条件。

技术研发人员：高亚东,章乾昱
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10