一种水空两栖跨介质飞行器

1.本实用新型涉及飞行器领域，更具体的说是涉及一种水空两栖跨介质飞行器。


背景技术：

2.飞行器是航空产业的核心产品,单介质飞行器/航行器技术已日趋成熟,如旋翼飞行器和固定翼飞行器等。跨介质飞行器是指穿越气/水两相界面,由空气进入水中(高速入水)或由水中进入空中(水下发射)飞行或航行的飞行器, 它集飞行器机动性好和潜航器续航时间长、隐蔽性强等特点于一身，能够执行警戒侦查、突防作战、通信中继或资源勘探、水质监测、海难搜救等任务,如潜射导弹和反潜鱼雷等都属于典型跨介质飞行器。跨介质飞行器具有军民两用的广阔前景且越来越受重视。
3.然而一般的空中飞行器不具备水下作业的能力，也不能完成多次出入水作业。现有的飞行器或潜艇类的航行器，也只能完成单一的水中或空中任务，当存在水中、水面与空中任务同时需要执行时，飞行器或航行器便不能满足需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种水空两栖跨介质飞行器，该飞行器具有完成水下任务，水面任务以及空中任务，空中具有气象监测、农业植保等功能，水中具有侦察敌情、水中作战和水底勘测，水面用于海面突发事件搜救等能力。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
6.一种水空两栖跨介质飞行器，包括机身、机身上部两侧的机翼以及机身尾部的v型尾翼，其特征在于，所述的机身腹部安装有两个沉浮水动力螺旋桨，所述的两个沉浮水动力螺旋桨关于全机重心对称；通过改变机身腹部的两个沉浮水动力螺旋桨转速实现飞行器在水中的上浮和下沉。
7.所述的v型尾翼后方安装有无轴式动力装置；所述的无轴式动力装置为一种双桨叶共轴式动力装置，包括推进螺旋桨、前行水动力螺旋桨、定子、内转子、外转子；所述的前行水动力螺旋桨安装于内转子内侧；所述的推进螺旋桨安装于外转子外侧；无轴式动力装置能够切换工作模式，在水中前行时，外转子不转，内转子旋转带动前行水动力螺旋桨旋转；在空中前行时，内转子不转，外转子旋转带动推进螺旋桨旋转；所述的机身下部安装有气囊，气囊在水面和起飞阶段充气，在水中和空中阶段放气，从而使飞机可在水面降落和水面滑跑起飞。
8.进一步，所述的外转子与推进螺旋桨之间通过螺旋桨折叠轴连接，上下有弹簧作为折叠辅助，在水中状态时前行阻力大，推进螺旋桨绕螺旋桨折叠轴向后折叠；在空中时，外转子旋转，在离心力的作用下，推进螺旋桨桨叶被甩展开。
9.进一步，所述的机身尾部下端安装有腹鳍夹页，腹鳍安装在腹鳍夹页上。
10.进一步，所述的机翼能够形成折叠与展开两种状态，折叠时，所述的机翼通过折叠机构向后折叠；所述的折叠机构包括第一折叠块、机翼折叠轴、第二折叠块，所述的第一折
叠块与机翼连接，第二折叠块与机身连接，机翼折叠轴将第一折叠块与第二折叠块连接在一起，机翼可绕折叠轴旋转折叠至机身两侧，以减少水中前行的阻力。
11.进一步，所述的机翼末端为副翼。
12.进一步，所述的v型尾翼末端为v尾舵面。
13.进一步，所述的沉浮水动力螺旋桨与机身的连接处安装有百叶窗，在水中时，百叶窗打开，沉浮水动力螺旋桨旋转产生向下的力，可使飞行器向下运动，在空中时，百叶窗关闭，空中飞行减少阻力。
14.本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：
15.1）本实用新型一种水空两栖跨介质飞行器可执行水下任务、水面任务以及空中任务，作为单独作战武器使用时，具备很好的隐蔽性，能有效完成突防任务，作为辅助性武器时，可与潜艇或航空母舰相互配合，充当他们的“眼睛”，从而大大提高潜艇以及航空母舰的作战能力。
16.2）本实用新型适应多种环境：可以在广阔的海面及各种水域进行使用，只要是能承载下该飞行器的江河湖海，均可满足它的起降要求。可实现高空和水下以及水面多用型任务，在空中，可完成气象数据采集任务；在水面，可实现海难搜救任务；在水下，可执行反潜侦测敌情等任务，并可配合船舶舰艇实现远海任务及侦察任务。
17.3）本实用新型采用了无轴式螺旋桨：水中推进螺旋桨，采用无轴涵道螺旋桨进行推进，可以减小桨轴处的动能损失，增加螺旋桨推进效率；
18.4）本实用新型机身内嵌式水动力螺旋桨：与其他无人机另外的不同之处在于，机腹具有“内嵌”式涵道螺旋桨，使机身能够实现上浮和下潜功能，还可在水中控制机身航行姿态，使跨介质无人机拥有更好的机动性能和操控性能。
19.5）本实用新型折叠式机翼：采用折叠式机翼，在空中飞行时，机翼展开，为飞行器提供主升力面，入水时，机翼折叠紧贴机身，使飞行器在水中前行时拥有尽量小的前行阻力，使全机拥有更好的水中航行性能，减小功率损失，增加效率。
附图说明
20.图1为本实用新型水中结构示意图；
21.图2为本实用新型空中结构示意图；
22.图3为本实用新型水面起飞示意图；
23.图4为本实用新型水中结构俯视图；
24.图5为本实用新型水中隐藏百叶窗结构俯视图；
25.图6为本实用新型折叠机翼展开状态示意图；
26.图7为本实用新型折叠机翼折叠状态示意图；
27.图8为本实用新型无轴式动力装置示意图；
28.图9为本实用新型无轴式动力装置推进螺旋桨展开状态示意图
29.图10为本实用新型无轴式动力装置推进螺旋桨折叠状态示意图；
30.其中，1-机身；2-机翼；3-v型尾翼；4-沉浮水动力螺旋桨；5-推进螺旋桨；6-前行水动力螺旋桨；7-气囊；8-腹鳍；9-腹鳍夹页；10-副翼；11-v尾舵面；12-内转子；13-外转子；14-定子；15-第一折叠块；16-机翼折叠轴；17-第二折叠块；18-百叶窗；19-弹簧；20-螺旋桨
折叠轴。
具体实施方式
31.为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本实用新型进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
32.如图1-3所示，本实用新型一种水空两栖跨介质飞行器包括：机身1、机翼2、v型尾翼3、推进螺旋桨5、前行水动力螺旋桨6、气囊7、腹鳍8、腹鳍夹页9、副翼10、v尾舵面11。
33.如图3所示，机翼2位于机身1上部，气囊7安装在机身1腹部下方，腹鳍8安装在腹鳍夹页9上，腹鳍夹页9安装在机身1上，机身1尾部安装有无轴式动力装置，无轴式动力装置由推进螺旋桨5、前行水动力螺旋桨6、内转子12、外转子13和定子组成。
34.如图4-5所示，机身1腹部安装有沉浮水动力螺旋桨4，为使飞行器在空中与水中有更好的性能，安装沉浮水动力螺旋桨4的机身1位置安装有百叶窗18，在水中时，百叶窗18打开，沉浮水动力螺旋桨4旋转产生向下的力，可使飞行器向下运动，在空中时，百叶窗18关闭，为空中飞行减少阻力。
35.如图6-7所示，为机翼2的折叠与展开状态，第一折叠块15与机翼连接，第二折叠块17与机身1连接，机翼折叠轴16将第一折叠块15与第二折叠块17连接在一起，机翼2可绕折叠轴16旋转折叠至机身两侧，以减少水中前行的阻力。
36.如图8所示，无轴式动力装置示意图，无轴式动力装置由推进螺旋桨5、前行水动力螺旋桨6、内转子12、外转子13和定子组成，前行水动力螺旋桨6安装在内转子12上，推进螺旋桨5安装在外转子13上，在水中时，推进螺旋桨5向后折叠，内转子12旋转带动前行水动力螺旋桨6旋转，产生前行的拉力，在空中时，外转子13旋转带动推进螺旋桨5旋转，产生前行的拉力。
37.如图9~10所示，分别为为本实用新型无轴式动力装置推进螺旋桨展开状态、折叠状态示意图；外转子13与推进螺旋桨5之间通过螺旋桨折叠轴20连接，上下有弹簧19作为折叠辅助，在水中状态时，由于前行阻力很大，推进螺旋桨5绕螺旋桨折叠轴20向后折叠，在空中时，外转子13旋转，由于离心力的作用，推进螺旋桨5桨叶被甩展开。
38.本实用新型的工作过程为：
39.如图1所示，当飞行器处于水中工作状态时，机翼2绕机翼折叠轴16旋转折叠至机身两侧，减小水中前行的阻力，沉浮水动力螺旋4旋转产生向下的拉力使飞行器向上向下运动，前行水动力螺旋桨6旋转产生前行的拉力，腹鳍8偏转可产生使飞行器改变航向。
40.如图2所示，当飞行器在空中工作状态时，机翼2为展开状态，机翼2产生的升力以克服全机重力，外转子13旋转，推进螺旋桨5在离心力的作用下展开，推进螺旋桨5旋转产生前进的拉力，副翼11上下偏转实现滚转操纵，v型尾翼3上的v尾舵面11同向偏转时，飞行器实现俯仰操纵，v型尾翼3上的v尾舵面11反向偏转时，飞行器实现航向操纵。
41.在过渡状态时，机身1腹部沉浮水动力螺旋桨4转速减小，拉力减小，机身1上浮，当机身上浮至水面时，前行水动力螺旋桨6停转，气囊7充气，机翼2展开，如图3所示，外转子13旋转带动推进螺旋桨5旋转，产生向前的拉力，飞行器向前运动，机翼2产生升力，机翼2产生的升力克服全机重力，飞行器滑跑起飞。
42.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种水空两栖跨介质飞行器，包括机身（1）、机身（1）上部两侧的机翼（2）以及机身（1）尾部的v型尾翼（3），其特征在于，所述的机身（1）腹部安装有两个沉浮水动力螺旋桨（4），所述的两个沉浮水动力螺旋桨关于全机重心对称；通过改变机身腹部的两个沉浮水动力螺旋桨转速实现飞行器在水中的上浮和下沉；所述的v型尾翼（3）后方安装有无轴式动力装置；所述的无轴式动力装置为一种双桨叶共轴式动力装置，包括推进螺旋桨（5）、前行水动力螺旋桨（6）、定子（14）、内转子（12）、外转子（13）；所述的前行水动力螺旋桨（6）安装于内转子（12）内侧；所述的推进螺旋桨（5）安装于外转子（13）外侧；无轴式动力装置能够切换工作模式，在水中前行时，外转子（13）不转，内转子（12）旋转带动前行水动力螺旋桨（6）旋转；在空中前行时，内转子不转，外转子（13）旋转带动推进螺旋桨（5）旋转；所述的机身（1）下部安装有气囊（7），气囊（7）在水面和起飞阶段充气，在水中和空中阶段放气，从而使飞机可在水面降落和水面滑跑起飞。2.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的外转子（13）与推进螺旋桨（5）之间通过螺旋桨折叠轴（20）连接，上下有弹簧（19）作为折叠辅助，在水中状态时前行阻力大，推进螺旋桨（5）绕螺旋桨折叠轴（20）向后折叠；在空中时，外转子（13）旋转，在离心力的作用下，推进螺旋桨（5）桨叶被甩展开。3.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的机身（1）尾部下端安装有腹鳍夹页（9），腹鳍（8）安装在腹鳍夹页（9）上。4.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的机翼（2）能够形成折叠与展开两种状态，折叠时，所述的机翼（2）通过折叠机构向后折叠；所述的折叠机构包括第一折叠块（15）、机翼折叠轴（16）、第二折叠块（17），所述的第一折叠块（15）与机翼（2）连接，第二折叠块（17）与机身（1）连接，机翼折叠轴（16）将第一折叠块（15）与第二折叠块（17）连接在一起，机翼（2）可绕机翼折叠轴（16）旋转折叠至机身两侧，以减少水中前行的阻力。5.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的机翼（2）末端为副翼（10）。6.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的v型尾翼（3）末端为v尾舵面（11）。7.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质飞行器，其特征在于，所述的沉浮水动力螺旋桨（4）与机身（1）的连接处安装有百叶窗（18），在水中时，百叶窗（18）打开，沉浮水动力螺旋桨（4）旋转产生向下的力，可使飞行器向下运动，在空中时，百叶窗（18）关闭，空中飞行减少阻力。

技术总结
本实用新型公开了一种水空两栖跨介质飞行器，涉及飞行器领域，包括机身，所述的机身腹部安装有两个沉浮水动力螺旋桨，沉浮水动力螺旋桨关于全机重心对称，所述的机身上部安装有机翼，所述的机身尾部安装有V型尾翼，所述的机身尾部、V型尾翼后方安装有无轴式动力装置，所述的机身尾部下端安装有腹鳍。该飞行器具有完成水下任务，水面任务以及空中任务，空中具有气象监测、农业植保等功能，水中具有侦察敌情、水中作战和水底勘测，水面用于海面突发事件搜救等能力。救等能力。救等能力。


技术研发人员：章文龙 朱清华 刘娜 刘辉 严俊杰 张鑫
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.11.01
技术公布日：2023/4/4