一种气动开闭挂载舱及水空两用无人机的制作方法

1.本发明主要涉及气动开闭挂载舱，且更特别地，本发明涉及一种用于水空两用无人机旋翼悬臂的气动开闭挂载舱及设有该挂载舱的水空两用无人机。


背景技术：

2.水空两用无人机是指能够多次跨越水空两种介质界面且能持续航行、重复使用的新型无人机。水空两用无人机兼具水下潜航、水空跨越、空中巡航的能力，在海空通信、搜救与水下设备检修等领域具有广阔的应用前景。
3.在四旋翼水空两用无人机中，水空跨越过程中使用四旋翼产生升力，将无人机从水面拉升至空中。在此过程中，由于水空两用无人机漂浮在水面，机身中存在大量的水，四旋翼在向上拉升过程中，不仅需要克服飞机本身的重量还有大量的附加水的重量，这给四旋翼带来了巨大挑战。并且，这一过程也将极大地消耗电池电量，缩短了四旋翼水空两用无人机在水下潜航和空中巡航等任务方面的执行时间。同时，水空两用无人机停留在水面状态进行水空跨越转换过程中，四旋翼的螺旋桨靠近水面，一旦跨越过程中机身不稳定，螺旋桨很有可能撞击到水面，造成螺旋桨损坏。因此无人机在由潜航-空中飞行的转换过程中，需浮在水面上，并保持四旋翼高出水面一定高度。


技术实现要素：

4.为解决上述的技术问题，本发明提供了一种气动开闭挂载舱及具有该挂载舱的水空两用无人机。
5.第一方面，本发明提供一种气动开闭挂载舱，包括舱门、气囊舱、铰链组件及气囊。舱门纵向延伸，气囊舱具有纵向延伸的气囊舱主体。铰链组件具有上铰链和下铰链，上铰链附接至气囊舱，下铰链附接至舱门，舱门通过铰链组件可转动地连接至气囊舱主体，铰链组件具有使舱门保持闭合的作用力。气囊设置于气囊舱主体与舱门形成的内腔。其中，气囊膨胀时，气囊克服铰链组件的作用力而打开舱门进入外界；气囊收缩时，气囊回到内腔，舱门在铰链组件的作用力下闭合。
6.进一步地，铰链组件还包括铰链棍、铰链弹簧，铰链棍延伸穿过铰链弹簧，上铰链与下铰链可转动地连接至铰链棍，并分别与铰链弹簧耦接使得铰链组件具有使舱门保持闭合的作用力。在优选的实施例中，上铰链设有接纳气囊舱主体的第一狭槽，下铰链设有接纳舱门的第二狭槽。
7.进一步地，挂载舱设有两个舱门，两个舱门相对设置于气囊舱主体的下部，两个舱门与气囊舱主体构造成纵向延伸的圆筒状结构，气囊粘接至气囊舱内侧顶部。在一些实施例中，挂载舱设有四个铰链组件，铰链组件分别设置于两个舱门的两端。
8.进一步地，挂载舱包括两个整流罩头；气囊舱包括设置于气囊舱主体两端的环体，两个整流罩头分别连接至环体。在一些实施例中，气囊舱还包括设置于气囊舱主体的限位块，限位块被构造成限制舱门向内腔移动。可选地，气囊仓设有筋板和固定卡座；筋板纵向
延伸于气囊仓主体的外壁的顶部；固定卡座包括可拆卸连接的第一部分和第二部分，第一部分固定连接至筋板。在一些实施例中，气囊舱、舱门、整流罩头均采用尼龙碳纤维材料加工而成。
9.第二方面，本发明提供一种水空两用无人机，其具有旋翼悬臂，旋翼悬臂设有上述第一方面的挂载舱。
10.本发明的特点及优点包括：
11.本发明提供的气动开闭挂载舱，该挂载舱通过铰链组件将舱门连接至气囊舱，位于舱内的气囊膨胀或收缩时可实现舱门的开合。挂载舱利用简单的机械结构实现了空中、水下浮力装置不同状态的切换，满足水空两用无人机不同状态下的浮力需求。本发明提供的水空两用无人机，通过在旋翼悬臂上设置前述的挂载舱实现无人机上浮，可有效简化无人机结构的布局，降低无人机结构重量，增加无人机总体设计空间。另外，通过挂载舱为无人机提供上浮浮力，具备控制方式简易、工艺复杂性低的优势，可大大降低现有水空两用无人机动力装置的重量和成本。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是本发明提供的气动开闭挂载舱的结构示意图；
14.图2是挂载舱的气囊舱和固定卡座的结构示意图；
15.图3是挂载舱的铰链组件的结构示意图；
16.图4是挂载舱的舱门处于关闭状态的示意图；
17.图5是挂载舱的舱门处于打开状态的示意图。
18.100-挂载舱，101-舱门，102-气囊，104-整流罩头；
19.10-气囊舱，11-连通孔，12-气囊舱主体，13-限位块，14-环体，16-安装口，18-筋板；
20.20-铰链组件，21-上铰链，22-下铰链，24-铰链棍，26-铰链弹簧，25-铰链棍盖，27-安装孔，28-第一狭槽，29-第二狭槽；
21.30-固定卡座，32-第一部分，34-第二部分。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明提供一种气动开闭的挂载舱100，该挂载舱可拆卸地连接至水空两用无人机的旋翼悬臂。挂载舱设有可开闭的舱门，其内部设有气囊。当气囊充气，气囊可推开舱门并凸出于挂载舱之外，为水中的无人机提供浮力使得无人机的旋翼螺旋桨距离水面一定距
离便于从水面起飞；当气囊排气后，气囊缩回到挂载舱内，舱门闭合，方便收纳气囊。
24.参见图1至图4，气动开闭的挂载舱100包括气囊舱10、铰链组件20、舱门101及气囊102。气囊舱10与舱门101通过铰链组件20连接形成挂载舱100的壳体，气囊102设置于壳体的内腔，即气囊舱10与舱门101形成的内腔。
25.具体地，参见图1、图2，气囊舱10具有纵向延伸的弧形气囊舱主体12，舱门101被构造成纵向延伸的弧形板，舱门101通过铰链组件20可转动地连接至气囊舱主体12。气囊舱主体12与舱门101可构造成纵向延伸的筒状结构，该结构的横截面可以是椭圆形、圆形等，有利于减少无人机的飞行阻力。在一些实施例中，参见图4，气囊舱主体12与舱门101围成横截面为圆形的筒状结构。舱门101可以设置一个或两个等。在优选的实施例中，气囊舱主体12的下部设有两个相对设置的舱门101。
26.无人机设有气源(例如，气瓶)，气源可为气囊102提供气体，气囊102与气源间通过一管体流体连通。气囊舱主体12的顶部设有连通孔11，在一些实施例中，连通孔11与气囊102流体连通，管体的一端可连接至连通孔11。在另一些实施例中，管体的一端连接至气囊102，该管体延伸穿过连通孔11。
27.气囊102粘接至气囊舱10内侧顶部，例如气囊舱主体12的内壁顶部。气囊102可通过连通孔11进气或放气。气囊102可被构造成收缩时沿纵向延伸的长条形气囊。
28.参见图3，铰链组件20包括上铰链21、下铰链22、铰链棍24及铰链弹簧26。铰链棍24延伸穿过铰链弹簧26，上铰链21与下铰链22可转动地连接至铰链棍24，上铰链21、下铰链22分别与铰链弹簧26耦接使得上铰链21、下铰链22在铰链弹簧26的弹力作用下保持在初始位置。上铰链21连接至气囊舱主体12，下铰链22连接至舱门101。在一些实施例中，舱门101闭合时，上铰链21和下铰链22刚好位于初始位置；在另一些实施例中，舱门101闭合后，铰链组件20具有回到初始位置的趋势(上铰链21和下铰链22具有相向运动的趋势)，即在初始位置时上铰链21和下铰链22的开度小于舱门101闭合时上铰链21和下铰链22的开度。上铰链21和下铰链22被构造成具有沿纵向延伸的弧形板状部分，上铰链21的弧形板状部分与气囊舱主体12贴合，例如贴合于弧形板状部分的内侧或外侧，下铰链22的弧形板状部分与舱门101贴合。在一些实施例中，上铰链21的弧形板状部分设有沿纵向延伸的第一狭槽28，第一狭槽28用于接纳气囊舱主体12，即气囊舱主体12的侧壁附接于第一狭槽28，有利于两者的牢固连接。同样，下铰链22的弧形板状部分设有沿纵向延伸的第二狭槽29，第二狭槽29用于接纳舱门101，即舱门101的侧壁附接于第二狭槽29。上铰链21、下铰链22的弧形板状部分分别设有安装孔27，气囊舱主体12与舱门101也对应设置孔，上铰链21与气囊舱主体12、下铰链22与舱门101分别通过螺栓或铆接等固定连接。
29.铰链棍24的一端设有限位凸台，在一些实施例中，铰链组件20还包括铰链棍盖25，铰链棍盖25设置于铰链棍24的另一端，铰链棍24的限位凸台和铰链棍盖25用于限制设置于铰链棍24上的上铰链21、下铰链22、铰链弹簧26纵向移动并防止松懈脱落，使铰链组件20保持为一个整体。气囊舱主体12设有安装口16，舱门101也对应设置安装口，气囊舱主体12的安装口16与舱门101的安装口用于容纳铰链组件20的中间部分(即除弧形板状部分之外的部分)。
30.请继续参见图1、图2，在一些实施例中，每个舱门101的两端各设置一个铰链组件20，即挂载舱100设置四个铰链组件20。铰链组件20的上铰链21、下铰链22分别与铰链弹簧
26耦接，上铰链21固定连接至气囊舱主体12，下铰链22连接至舱门101，使得铰链组件20具有使舱门101保持闭合的作用力。气囊102膨胀时，气囊102克服铰链组件20的作用力(即铰链弹簧的弹力)而打开舱门101进入外界；气囊102收缩时，气囊102回到气囊舱10与舱门101形成的内腔，舱门101在铰链组件20的作用力下闭合。
31.在一些实施例中，气囊舱10还包括设置于气囊舱主体12的限位块13，限位块13被构造成限制舱门101向内侧移动。具体地，限位块13设置于气囊舱主体12的两端的内壁，并朝周向延伸。气囊舱10还包括设置于气囊舱主体12两端的环体14，挂载舱100包括整流罩头104，两个整流罩头104分别连接至环体14。整流罩头104、气囊舱10、舱门101形成一个完整的壳体，且使得气囊舱10外形为流体型，有利于降低无人机的飞行阻力。整流罩头104、气囊舱10、舱门101可采用尼龙碳纤维加工而成(例如，通过3d打印)，既满足挂载舱10的强度要求，又大幅减轻其重量。
32.参见图2，在一些实施例中，气囊舱10还包括筋板18，筋板18设置于气囊舱主体12外壁顶部，且从气囊舱主体12的一端延伸至另一端。设置筋板18有助于加强气囊舱10的强度。
33.挂载舱100还包括设置于气囊舱10的固定卡座30，固定卡座30用于将挂载舱100连接至无人机旋翼悬臂。具体地，固定卡座30被构造成吊耳，固定卡座30连接至筋板18。更具体地，固定卡座30包括可拆卸连接的第一部分32和第二部分34，其中，第一部分32固定连接至筋板18。第一部分32、第二部分34通过螺栓等连接后形成吊耳。
34.在一些实施例中，气囊舱10被分隔为纵向的多个舱体，每个舱体可独立设置气囊102，多个舱体可共用一个舱门101或独立设置舱门101。设置多个气囊102，有利于某些气囊102破损或故障后，确保挂载舱100仍能产生足够的浮力。
35.在一些实施例中，舱门101上还可设置贯穿舱门101的通孔，该通孔可沿舱门101的下侧设置。该通孔使得舱内和外界的压力一致，并有利于舱门101关闭后排出舱内的水。
36.本发明还提供一种设置前述挂载舱100的无人机，该无人机设有气瓶，气瓶与气囊101流体连通。挂载舱100通过固定卡座30连接至无人机的旋翼悬臂。无人机可根据实际需要，设置一个或多个挂载舱100。
37.图4和图5分别示出了挂载舱100的舱门101处于关闭或打开的状态。当无人机在空中飞行及水下潜航时，参见图4，气囊102未充气，铰链弹簧26的弹力使舱门101保持闭合。当无人机在水中接收到上浮指令后，气瓶开始向气囊102充气，参见图5，气囊102膨胀克服铰链弹簧26的弹力而打开舱门101进入外界，膨胀的气囊102为无人机提供上浮浮力。无人机上浮至无人机的四旋翼螺旋桨距离水面有一定距离，确保不会出现螺旋桨水面打浆时，无人机便可从水面起飞从而实现无人机的两项介质跨越。无人机从水面起飞到一定高度后，开始对气囊102放气，气囊102内的气体可重新回到气瓶。此时，气囊102收缩后，气囊102内部气体产生的推力小于弹簧铰链26的弹力时，舱门101开始闭合，气囊102逐步回到舱内，舱门101闭合。
38.挂载舱100通过铰链组件20将舱门101连接至气囊舱10，气囊102膨胀或收缩时可实现舱门101的开合。挂载舱100利用简单的机械结构实现了空中、水下浮力装置不同状态的切换，满足水空两用无人机不同状态下的浮力需求。另外，挂载舱可有效简化无人机结构的布局，降低无人机结构重量，增加无人机总体设计空间。通过挂载舱100为无人机提供上
浮浮力，具备控制方式简易、工艺复杂性低的优势，可大大降低现有水空两用无人机动力装置的重量和成本。
39.以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件发明的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

技术特征：
1.一种气动开闭挂载舱，其特征在于，包括：纵向延伸的舱门；气囊舱，所述气囊舱具有纵向延伸的气囊舱主体；铰链组件，所述铰链组件具有上铰链和下铰链，所述上铰链附接至所述气囊舱，所述下铰链附接至所述舱门，所述舱门通过所述铰链组件可转动地连接至所述气囊舱主体，所述铰链组件具有使所述舱门保持闭合的作用力；气囊，所述气囊设置于所述气囊舱主体与所述舱门形成的内腔；其中，所述气囊膨胀时，所述气囊克服所述铰链组件的作用力而打开所述舱门进入外界；所述气囊收缩时，所述气囊回到所述内腔，所述舱门在所述铰链组件的作用力下闭合。2.根据权利要求1所述的挂载舱，其特征在于，所述上铰链设有接纳所述气囊舱主体的第一狭槽，所述下铰链设有接纳所述舱门的第二狭槽。3.根据权利要求1所述的挂载舱，其特征在于，所述铰链组件还包括铰链棍、铰链弹簧，所述铰链棍延伸穿过所述铰链弹簧，所述上铰链与所述下铰链可转动地连接至所述铰链棍，并分别与所述铰链弹簧耦接使得所述铰链组件具有使所述舱门保持闭合的作用力。4.根据权利要求3所述的挂载舱，其特征在于，所述挂载舱设有两个舱门，所述两个舱门相对设置于所述气囊舱主体的下部，所述两个舱门与所述气囊舱主体构造成纵向延伸的圆筒状结构，所述气囊粘接至所述气囊舱内侧顶部。5.根据权利要求4所述的挂载舱，其特征在于，所述挂载舱设有四个所述铰链组件，所述铰链组件分别设置于所述两个舱门的两端。6.根据权利要求1～5任一项所述的挂载舱，其特征在于，还包括两个整流罩头；所述气囊舱包括设置于所述气囊舱主体两端的环体，所述两个整流罩头分别连接至所述环体。7.根据权利要求6所述的挂载舱，其特征在于，所述气囊舱还包括设置于所述气囊舱主体的限位块，所述限位块被构造成限制所述舱门向所述内腔移动。8.根据权利要求7所述的挂载舱，其特征在于，所述气囊仓设有筋板和固定卡座；所述筋板纵向延伸于所述气囊仓主体的外壁的顶部；所述固定卡座包括可拆卸连接的第一部分和第二部分，所述第一部分固定连接至所述筋板。9.根据权利要求6所述的挂载舱，其特征在于，所述气囊舱、所述舱门、所述整流罩头均采用尼龙碳纤维材料加工而成。10.一种水空两用无人机，具有旋翼悬臂，其特征在于，所述旋翼悬臂设有权利要求1～9任一项所述的挂载舱。

技术总结
本发明涉及气动开闭挂载舱及水空两用无人机，该气动开闭挂载舱包括舱门、气囊舱、铰链组件及气囊。舱门纵向延伸，气囊舱具有纵向延伸的气囊舱主体。铰链组件具有上铰链和下铰链，上铰链附接至气囊舱，下铰链附接至舱门，舱门通过铰链组件可转动地连接至气囊舱主体，铰链组件具有使舱门保持闭合的作用力。气囊设置于气囊舱主体与舱门形成的内腔。其中，气囊膨胀时，气囊克服铰链组件的作用力而打开舱门进入外界；气囊收缩时，气囊回到内腔，舱门在铰链组件的作用力下闭合。该挂载舱通过铰链组件将舱门连接至气囊舱，位于舱内的气囊膨胀或收缩时可实现舱门的开合。挂载舱利用简单的机械结构实现了空中、水下浮力装置不同状态的切换。水下浮力装置不同状态的切换。水下浮力装置不同状态的切换。


技术研发人员：张逸飞 舒龙飞 刘磊 胡栩东 解志军
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/6/12