一种水空两栖搜救无人飞行器

1.本发明属于无人飞行器技术领域，特别是涉及一种水空两栖搜救无人飞行器。


背景技术：

2.目前，当海面发生沉船落水事故时，如果事故船只应急发出的求救信息中缺少准确的位置信息，那么会给搜救带来巨大的困难，水面救援船只由于航速较慢，因此搜索效率较低，在事故位置未知的情况下，很难第一时间搜寻到事故船只并开展救援。为了提高搜索效率，通过会派遣载人救援飞机进行空中搜索，但事故发生时通常伴随着恶劣的天气，这会无形中增大载人救援飞机的不安全性，即使最终由载人救援飞机发现事故船只，也可能因为航程限制而无法在有限的时间内开展搜救，必须在航程耗尽前立即返航，此时只能先将事故位置坐标发送至地面指挥中心，再另行安排水面救援船或载人救援飞机到现场开展救援，但海况因素往往会导致事故位置坐标产生变化，水面救援船或载人救援飞机到的目标位置后，可能事故船只已经不再原来的位置，这种因时间差导致的目标位置丢失会给救援工作带来极其重大的麻烦。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水空两栖搜救无人飞行器，能够替代传统的载人飞机执行空中搜索任务，当飞行器发现目标后无需返航，可直接降落在事故发生海域的水面上，可实时将事故位置坐标发送至地面指挥中心，降落后的无人飞行器可跟随事故船只移动，保证事故位置坐标的动态准确性，从而快速引导水面救援船或载人救援飞机到现场开展救援，大幅度缩短目标锁定后与到达现场救援之间的时间，提高了救援成功率；此外，由于空中搜索任务实现了无人化，也避免了载人救援飞机在恶劣天气下进行目标搜索时可能出现的安全风险。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水空两栖搜救无人飞行器，包括浮力双船体、甲板、控制舱、前螺旋桨机构及后螺旋桨机构；所述甲板水平固装在浮力双船体上方，所述控制舱固装在甲板中部上方；所述前螺旋桨机构设置在甲板上方前端，所述后螺旋桨机构设置在甲板上方后端。
5.所述甲板采用蜂窝状镂空结构。
6.所述控制舱采用防水密封结构，在控制舱内部设置有动力电池、控制器、卫星导航设备及信号收发机；所述卫星导航设备及信号收发机均与控制器进行电连接，控制器、卫星导航设备及信号收发机均由动力电池提供电能。
7.在所述甲板下方前端设置有目标搜索相机，目标搜索相机采用防水型相机。
8.所述目标搜索相机与控制舱内的控制器电连接，目标搜索相机由动力电池提供电能。
9.所述前螺旋桨机构包括左前桨叶、左前飞行驱动电机、左前转接架、右前桨叶、右前飞行驱动电机、右前转接架、传动轴、从动齿轮、主动齿轮及倾转驱动电机；所述传动轴水
平设置且与浮力双船体长度方向垂直，传动轴通过轴承座转动连接在甲板上；所述左前转接架固定安装在传动轴左端，所述左前飞行驱动电机固定安装在左前转接架上，所述左前桨叶固定安装在左前飞行驱动电机的电机轴上；所述右前转接架固定安装在传动轴右端，所述右前飞行驱动电机固定安装在右前转接架上，所述右前桨叶固定安装在右前飞行驱动电机的电机轴上；所述从动齿轮同轴固装在传动轴上；所述倾转驱动电机固定安装在甲板上，所述主动齿轮固定安装在倾转驱动电机的电机轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合。
10.所述左前飞行驱动电机、右前飞行驱动电机及倾转驱动电机均与控制舱内的控制器电连接，左前飞行驱动电机、右前飞行驱动电机及倾转驱动电机均由动力电池提供电能。
11.所述后螺旋桨机构包括左后桨叶、左后飞行驱动电机、左后转接架、右后桨叶、右后飞行驱动电机、右后转接架及支撑杆；所述支撑杆与传动轴平行分布，支撑杆通过紧固件固定连接在甲板上；所述左后转接架固定安装在支撑杆左端，所述左后飞行驱动电机竖直固装在左后转接架上且电机轴朝上，所述左后桨叶固定安装在左后飞行驱动电机的电机轴上；所述右后转接架固定安装在支撑杆右端，所述右后飞行驱动电机竖直固装在右后转接架上且电机轴朝上，所述右后桨叶固定安装在右后飞行驱动电机的电机轴上。
12.所述左后飞行驱动电机和右后飞行驱动电机均与控制舱内的控制器电连接，左后飞行驱动电机和右后飞行驱动电机均由动力电池提供电能。
13.本发明的有益效果：
14.本发明的水空两栖搜救无人飞行器，能够替代传统的载人飞机执行空中搜索任务，当飞行器发现目标后无需返航，可直接降落在事故发生海域的水面上，可实时将事故位置坐标发送至地面指挥中心，降落后的无人飞行器可跟随事故船只移动，保证事故位置坐标的动态准确性，从而快速引导水面救援船或载人救援飞机到现场开展救援，大幅度缩短目标锁定后与到达现场救援之间的时间，提高了救援成功率；此外，由于空中搜索任务实现了无人化，也避免了载人救援飞机在恶劣天气下进行目标搜索时可能出现的安全风险。
附图说明
15.图1为本发明的一种水空两栖搜救无人飞行器的结构示意图(视角一)；
16.图2为本发明的一种水空两栖搜救无人飞行器的结构示意图(视角二)；
17.图中，1—浮力双船体，2—甲板，3—控制舱，4—前螺旋桨机构，5—后螺旋桨机构，6—目标搜索相机，7—左前桨叶，8—左前飞行驱动电机，9—左前转接架，10—右前桨叶，11—右前飞行驱动电机，12—右前转接架，13—传动轴，14—从动齿轮，15—主动齿轮，16—倾转驱动电机，17—左后桨叶，18—左后飞行驱动电机，19—左后转接架，20—右后桨叶，21—右后飞行驱动电机，22—右后转接架，23—支撑杆。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
19.如图1、2所示，一种水空两栖搜救无人飞行器，包括浮力双船体1、甲板2、控制舱3、前螺旋桨机构4及后螺旋桨机构5；所述甲板2水平固装在浮力双船体1上方，所述控制舱3固装在甲板2中部上方；所述前螺旋桨机构4设置在甲板2上方前端，所述后螺旋桨机构5设置在甲板2上方后端。
20.所述甲板2采用蜂窝状镂空结构，可以更好的实现甲板排水。
21.所述控制舱3采用防水密封结构，在控制舱3内部设置有动力电池、控制器、卫星导航设备及信号收发机；所述卫星导航设备及信号收发机均与控制器进行电连接，控制器、卫星导航设备及信号收发机均由动力电池提供电能。
22.在所述甲板2下方前端设置有目标搜索相机6，目标搜索相机6采用防水型相机。
23.所述目标搜索相机6与控制舱3内的控制器电连接，目标搜索相机6由动力电池提供电能。
24.所述前螺旋桨机构4包括左前桨叶7、左前飞行驱动电机8、左前转接架9、右前桨叶10、右前飞行驱动电机11、右前转接架12、传动轴13、从动齿轮14、主动齿轮15及倾转驱动电机16；所述传动轴13水平设置且与浮力双船体1长度方向垂直，传动轴13通过轴承座转动连接在甲板2上；所述左前转接架9固定安装在传动轴13左端，所述左前飞行驱动电机8固定安装在左前转接架9上，所述左前桨叶7固定安装在左前飞行驱动电机8的电机轴上；所述右前转接架12固定安装在传动轴13右端，所述右前飞行驱动电机11固定安装在右前转接架12上，所述右前桨叶10固定安装在右前飞行驱动电机11的电机轴上；所述从动齿轮14同轴固装在传动轴13上；所述倾转驱动电机16固定安装在甲板2上，所述主动齿轮15固定安装在倾转驱动电机16的电机轴上，主动齿轮15与从动齿轮14相啮合。
25.所述左前飞行驱动电机8、右前飞行驱动电机11及倾转驱动电机16均与控制舱3内的控制器电连接，左前飞行驱动电机8、右前飞行驱动电机11及倾转驱动电机16均由动力电池提供电能。
26.所述后螺旋桨机构5包括左后桨叶17、左后飞行驱动电机18、左后转接架19、右后桨叶20、右后飞行驱动电机21、右后转接架22及支撑杆23；所述支撑杆23与传动轴13平行分布，支撑杆23通过紧固件固定连接在甲板2上；所述左后转接架19固定安装在支撑杆23左端，所述左后飞行驱动电机18竖直固装在左后转接架19上且电机轴朝上，所述左后桨叶17固定安装在左后飞行驱动电机18的电机轴上；所述右后转接架22固定安装在支撑杆23右端，所述右后飞行驱动电机21竖直固装在右后转接架22上且电机轴朝上，所述右后桨叶20固定安装在右后飞行驱动电机21的电机轴上。
27.所述左后飞行驱动电机18和右后飞行驱动电机21均与控制舱3内的控制器电连接，左后飞行驱动电机18和右后飞行驱动电机21均由动力电池提供电能。
28.下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
29.首先，水空两栖搜救无人飞行器可由陆地或舰船上起飞，在划设的区域内进行巡航，通过目标搜索相机6对海面目标进行自动识别，当目标物被锁定后，水空两栖搜救无人飞行器先行飞到目标物上空，并第一时间将目标物位置坐标发送至地面指挥中心，由地面指挥中心负责调度距离目标物最近的救援飞机或舰船前去施救。
30.在完成第一次坐标发送后，根据天气情况，可选择维持悬停状态，并由目标搜索相机6将事故现场的图像实时回传至地面指挥中心，以帮助地面指挥中心体现了解事故现场情况，若水空两栖搜救无人飞行器的电量下降到30％时，为了提高水空两栖搜救无人飞行器续航时间，可控制水空两栖搜救无人飞行器下降到海面上进行停泊。
31.首先同步降低四台飞行驱动电机的功率，以降低四个桨叶产生的升力，随着升力的降低，水空两栖搜救无人飞行器开始降低高度，直到平稳降落到海面上。当水空两栖搜救
无人飞行器降落到海面之上后，可低功率维持四台飞行驱动电机的运行，同时动态调整浮力双船体1的姿态，保证目标搜索相机6可以始终对准目标物。
32.当水空两栖搜救无人飞行器需要向前移动进行姿态调整时，首先启动倾转驱动电机16，依次带动主动齿轮15、从动齿轮14及传动轴13转动，并使左前转接架9和右前转接架12向前倾转90
°
，以使左前飞行驱动电机8和右前飞行驱动电机11的电机轴朝前，此时的左前桨叶7和右前桨叶10会产生向后的推力，从而实现向前移动的姿态调整。同理，当左前飞行驱动电机8和右前飞行驱动电机11的电机轴调整为朝后时，左前桨叶7和右前桨叶10会产生向前的推力，从而实现向后移动的姿态调整。
33.当水空两栖搜救无人飞行器需要向左转向移动进行姿态调整时，先将左前飞行驱动电机8和右前飞行驱动电机11的电机轴调整为朝前状态，之后增大右前飞行驱动电机11的功率，使右前桨叶10产生的向后推力增大，此时在右前桨叶10和左前桨叶7会产生推力差，在推力差的作用下，便可以实现向左转向移动的姿态调整。同理，当增大左前飞行驱动电机8的功率时，会使左前桨叶7产生的向后推力增大，此时在推力差的作用下，便可以实现向右转向移动的姿态调整。
34.在整个等待救援的过程中，水空两栖搜救无人飞行器可在海面上实时跟踪目标物，同时可每隔1分钟就把实时坐标信息发送至地面指挥中心，以指导由地面指挥中心派出的救援飞机或舰船准确驶向目标区域，最大程度的缩短救援飞机或舰船在前往目标区域的路上所花费的时间，提高救援成功率。
35.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：包括浮力双船体、甲板、控制舱、前螺旋桨机构及后螺旋桨机构；所述甲板水平固装在浮力双船体上方，所述控制舱固装在甲板中部上方；所述前螺旋桨机构设置在甲板上方前端，所述后螺旋桨机构设置在甲板上方后端。2.根据权利要求1所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述甲板采用蜂窝状镂空结构。3.根据权利要求1所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述控制舱采用防水密封结构，在控制舱内部设置有动力电池、控制器、卫星导航设备及信号收发机；所述卫星导航设备及信号收发机均与控制器进行电连接，控制器、卫星导航设备及信号收发机均由动力电池提供电能。4.根据权利要求3所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：在所述甲板下方前端设置有目标搜索相机，目标搜索相机采用防水型相机。5.根据权利要求4所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述目标搜索相机与控制舱内的控制器电连接，目标搜索相机由动力电池提供电能。6.根据权利要求3所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述前螺旋桨机构包括左前桨叶、左前飞行驱动电机、左前转接架、右前桨叶、右前飞行驱动电机、右前转接架、传动轴、从动齿轮、主动齿轮及倾转驱动电机；所述传动轴水平设置且与浮力双船体长度方向垂直，传动轴通过轴承座转动连接在甲板上；所述左前转接架固定安装在传动轴左端，所述左前飞行驱动电机固定安装在左前转接架上，所述左前桨叶固定安装在左前飞行驱动电机的电机轴上；所述右前转接架固定安装在传动轴右端，所述右前飞行驱动电机固定安装在右前转接架上，所述右前桨叶固定安装在右前飞行驱动电机的电机轴上；所述从动齿轮同轴固装在传动轴上；所述倾转驱动电机固定安装在甲板上，所述主动齿轮固定安装在倾转驱动电机的电机轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合。7.根据权利要求6所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述左前飞行驱动电机、右前飞行驱动电机及倾转驱动电机均与控制舱内的控制器电连接，左前飞行驱动电机、右前飞行驱动电机及倾转驱动电机均由动力电池提供电能。8.根据权利要求6所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述后螺旋桨机构包括左后桨叶、左后飞行驱动电机、左后转接架、右后桨叶、右后飞行驱动电机、右后转接架及支撑杆；所述支撑杆与传动轴平行分布，支撑杆通过紧固件固定连接在甲板上；所述左后转接架固定安装在支撑杆左端，所述左后飞行驱动电机竖直固装在左后转接架上且电机轴朝上，所述左后桨叶固定安装在左后飞行驱动电机的电机轴上；所述右后转接架固定安装在支撑杆右端，所述右后飞行驱动电机竖直固装在右后转接架上且电机轴朝上，所述右后桨叶固定安装在右后飞行驱动电机的电机轴上。9.根据权利要求8所述的一种水空两栖搜救无人飞行器，其特征在于：所述左后飞行驱动电机和右后飞行驱动电机均与控制舱内的控制器电连接，左后飞行驱动电机和右后飞行驱动电机均由动力电池提供电能。

技术总结
一种水空两栖搜救无人飞行器，包括浮力双船体、甲板、控制舱及螺旋桨机构；甲板水平固装在浮力双船体上方，控制舱固装在甲板中部上方；螺旋桨机构设置在甲板上方前后两端；控制舱内部设有动力电池、控制器、卫星导航设备及信号收发机。甲板下方前端设有目标搜索相机。本发明的无人飞行器能够替代载人飞机执行空中搜索任务，发现目标后无需返航，可直接降落在水面上，可实时向地面指挥中心发送事故位置坐标信息，降落后可跟随事故船只移动，保证事故位置坐标的动态准确性，缩短救援飞机或舰船前往目标区域路上所花时间，提高救援成功率；由于空中搜索任务实现了无人化，避免了载人救援飞机在恶劣天气下进行目标搜索时可能出现的安全风险。的安全风险。的安全风险。


技术研发人员：刘远强 姬书得 龚鹏 项松 赵为平 梅宏博 任赵旭
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/6/14