[發明專利]一種快速入水的跨介質飛行器及其入水控制方法

在審

• 申請號: 202110656462.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113173042A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉曉徽;趙雪嬌
• 申請（專利權）人: 北京雙棲科技有限公司
• 主分類號: B60F5/02
• 分類號: B60F5/02;B64C27/08;B64C27/12;B64D27/24
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉天虹

本發明公開了一種快速入水的跨介質飛行器及其入水控制方法，解決固定翼跨介質飛行器結構復雜和機體重量大的技術問題，本發明提供的快速入水的跨介質飛行器，整機多旋翼結構，旋翼的數量N為偶數，且N≥4，對應的動力系統包括n*N個動力單元，n為正整數，各旋翼上均安裝n個動力單元，動力單元包括螺旋槳和用于驅動螺旋槳的電機，動力系統中各電機的總推力F≥1.5G，G為跨介質飛行器的重力，整機密度大于待進入水域的水密度，保證順利入水和潛航。本發明的跨介質飛行器采用多旋翼結構，動力系統工作時不會產生自旋扭矩，并且能夠驅動該跨介質飛行器進行穩定的空中飛行、潛航和介質轉換，有效提高對兩種工作環境的兼容性，能夠快速入水。

技術領域

本申請屬于無人機技術領域，具體涉及一種快速入水的跨介質飛行器及其入水控制方法。

背景技術

跨介質飛行器將空中飛行器、水面航行器和水下潛航器三種無人工作系統集成一體，在單一平臺上就可以同時具備空中飛行、水面航行和水下潛航三種功能。該平臺不僅機動靈活，也能更好地適應各種環境條件，具有一定通用性和隱蔽性。

跨介質飛行器突破了傳統單一介質無人系統平臺的局限性，它既有水面飛行器的飛行特點，又有水下航行器的潛行特點，因而具備極佳的環境適應性。同時也能夠有效利用各種探測設備的盲區，快速、隱蔽地突破目標防御系統，高效便捷地執行遠程偵察、打擊等任務。

跨介質飛行器一直以來都是人類熱衷研究的新型飛行器。目前的跨介質飛行器入水步驟繁瑣、對飛行器沖擊力大。一般來講傳統的入水方式有兩種：1、水面變構式。2、墜落入水式。

水面變構式：在空氣中，飛機的整體密度小于水。首先在水面滑行降落，然后關閉空中動力系統，打開水中動力系統或者密度控制系統，使飛機沉入水中。這種方式的優點是：1、有水上飛機的起降作為技術基礎，技術難度不高。2、滑行降落對機身沖擊力較小。缺點是：1、降落所需要的水域較大，同時該水域不能有過大的風浪。2、降落步驟繁瑣，需要的時間很長。

墜落入水式：飛機的整體密度大于水。飛機在離水面有一定高度的時候，關閉動力，讓飛機墜入水中。由于其密度較高，飛機會直接沉入水中。這種方式的優點有:1、對水域的要求小。2、入水迅速。缺點有：對飛機沖擊力非常大。

目前還沒有一種較好的方案既能縮短入水時間，又不對機體強度有過高要求。即使采用了上述兩種方案，也鮮有飛行器真正實現穩定的跨介質飛行。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種快速入水的跨介質飛行器及其入水控制方法，采用多旋翼結構，利用多旋翼無人機的運動特性，配合整機密度設計和動力設計，能夠快速入水。

實現本發明目的所采用的技術方案為，一種快速入水的跨介質飛行器，所述跨介質飛行器為多旋翼結構，所述旋翼的數量N為偶數，且N≥4；所述跨介質飛行器的動力系統包括n*N個動力單元，n為正整數，各所述旋翼上均安裝n個所述動力單元，所述動力單元包括螺旋槳和用于驅動螺旋槳的電機，所述動力系統中各電機的總推力F≥1.5G，G為所述跨介質飛行器的重力；所述跨介質飛行器的整體密度大于ρ0，ρ0為待進入水域的水密度。

可選的，所述螺旋槳的直徑D和螺距p滿足：D1≤D≤D2，p1≤p≤p2，其中D1和p1分別為相同推力、相同流體介質密度和相同螺旋槳轉速的條件下，船用螺旋槳的對應直徑和對應螺距；D2和p2分別為相同推力、相同流體介質密度和相同螺旋槳轉速的條件下，飛機用螺旋槳的對應直徑和對應螺距。

可選的，所述螺旋槳的直徑D為6～8英寸。

可選的，所述螺旋槳的螺距p＜D。

可選的，所述電機為大扭矩無刷電機，所述大扭矩無刷電機的扭矩范圍是0.1～10N·m。

可選的，所述螺旋槳的槳葉具有翼梢小翼，所述翼梢小翼的傾斜角為10°～30°，所述翼梢小翼的安裝角為-40°～0°。