CN104859391B - 三栖无人艇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三栖无人艇，包括艇身、水中推进装置、水下升沉装置和空中飞行装置，水中推进装置和侧推装置分别设置在艇身尾部和前下部；中隔板将艇身纵向隔成艇身纵向上部和艇身纵向下部，上水舱、前鱼鳍收纳舱和后鱼鳍收纳舱设置在艇身纵向上部内，水下升沉装置以及数个水密设备舱设置在艇身纵向下部内。水下升沉装置包括两个前后并排的月池，月池中设有升降螺旋桨装置。空中飞行装置包括分别位于艇身两侧的一对前鱼鳍和一对后鱼鳍，鱼鳍中分别设有用于空中飞行的直升桨，一对前鱼鳍端和一对后鱼鳍分别通过收放气缸展开飞行或收纳进艇身内。本发明能快速进行水下、水面、空中三栖状态转换，在民用及军事领域可得到广泛应用。

Description

三栖无人艇

技术领域：

本发明涉及一种无人艇，特别涉及一种集水下、水面、空中功能于一体的三栖无人艇，属于船舶工程技术领域。

背景技术：

三栖无人艇是一种可以在水下、水面、空中遥控或自主模式航行，执行某种或多种使命的航行器。出于加强国防需求，世界各国海军积极投身无人艇研究。目前船舶推进装置研发进度加快，船舶自主性不断提高。但是现有无人艇艇型多针对特定环境，比如水面无人艇以及水下无人潜艇。此类艇如遇到复杂多变的工作环境时，往往失去优势。

传统水下无人潜艇是通过向压载水舱泵注水和压缩空气排水来实现艇的下沉和上浮，水下无人潜艇配备的压载水舱泵使得艇身重量增加许多，同时操作较为复杂。航行器如要实现水下、水面和空中飞行，其功能要求是相互矛盾的，如三栖航行器在飞行时要求自身重量越轻越有利于飞行，潜水时要求自身重量越重越有利于下潜相矛盾，怎样解决这个矛盾，实现两者的平衡，是摆在船舶行业工程技术人员面前的一大课题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构紧凑、操作方便、适应性强的水下、水面、空中三栖无人艇。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种三栖无人艇，包括仿鱼形的艇身、从艇身内延伸到艇尾外的水中推进装置、水下升沉装置和空中飞行装置，所述水中推进装置包括尾部螺旋桨及导流罩，艇身前下部的侧推螺旋桨与通槽构成用于艇身水下转向的侧推装置，艇身下部纵向两侧斜置了两对艇身支撑架；艇身纵向上下通过中隔板隔成艇身纵向上部和艇身纵向下部，上水舱以及分别与上水舱两端相邻的前鱼鳍收纳舱和后鱼鳍收纳舱设置在艇身纵向上部内，水下升沉装置以及分别位于艇身两端及中部且与水下升沉装置相邻的数个水密设备舱设置在艇身纵向下部内；所述水下升沉装置包括两个前后并排且横贯艇身并与艇内上部水舱相通的月池，所述月池中设有升降螺旋桨装置；所述空中飞行装置包括分别位于艇身两侧的一对前鱼鳍和一对后鱼鳍，所述一对前鱼鳍和一对后鱼鳍中分别设有用于空中飞行的直升桨，所述一对前鱼鳍前端和一对后鱼鳍前端分别与艇身纵向前后部两侧铰接，一对前鱼鳍和一对后鱼鳍分别通过收放气缸展开飞行或收纳进艇身内对应的前鱼鳍储舱内和后鱼鳍储舱内。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的三栖无人艇，其中所述月池下端与艇身下通孔相连，升降螺旋桨装置中部通过横杆固定在月池中部，位于升降螺旋桨装置上侧的艇身上通孔与艇身下通孔位置对应。所述艇身上通孔和艇身上通孔分别设有多排斜置的导流板。

前述的三栖无人艇，其中所述升降螺旋桨装置包括上螺旋桨、下螺旋桨、上螺旋桨驱动电机、传动箱体和设置在传动箱体内的数个传动齿轮，上螺旋桨驱动电机垂直固定在传动箱体内，传动箱体中部通过横杆固定在月池中部；上螺旋桨驱动电机轴通过联轴器与上螺旋桨轴下端垂直相连，上螺旋桨轴下部与主动齿轮固定连接，上螺旋桨轴上端与上螺旋桨固定连接，位于上螺旋桨驱动电机一侧传动轴两端分别通过轴承垂直支撑在传动箱体内，被动齿轮固定在传动轴上端，主动齿轮与被动齿轮啮合；固定在传动轴下端的下传动齿轮通过中间齿轮与固定在下螺旋桨轴上端的下螺旋桨驱动齿轮啮合，下螺旋桨固定在下螺旋桨轴下端。

前述的三栖无人艇，其中所述直升桨固定在直升桨电机轴上，直升桨电机通过支撑杆垂直固定在中央通槽中。

前述的三栖无人艇，其中分别设置在前鱼鳍储舱或后鱼鳍储舱内的收放气缸一端与中隔板铰接，收放气缸另一端与对应的前鱼鳍下端或后鱼鳍下端铰接。艇身一侧的前鱼鳍和后鱼鳍分别通过光轴与艇身铰接，艇身另一侧的前鱼鳍和后鱼鳍分别通过螺纹轴与艇身铰接。

前述的三栖无人艇，其中所述艇身两侧的前鱼鳍储舱舱口外和后鱼鳍储舱舱口外分别设有水密盖板，所述水密盖板上侧通过水密盖板轴与艇身铰接，所述水密盖板轴上套有扭簧。

前述的三栖无人艇，其中所述艇身前端端头还设有透明舱，所述透明舱内装有摄像设备。

本发明结构紧凑、能快速进行水下、水面、空中三栖状态转换，具有环境适应能力强、隐蔽性好和机动性高的优点。通过月池内升降螺旋桨装置的作用，可使本发明下潜水中或上升至水面上。侧推螺旋桨较舵操控便捷，转向更灵活。可收放的一对前鱼鳍和一对后鱼鳍展开时，通过其中的直升桨使本发明转成飞行状态；当需要转成水面航行或水下航行时，一对前鱼鳍和一对后鱼鳍收纳进艇身内对应的前鱼鳍储舱内和后鱼鳍储舱内，艇身外周光顺，航行阻力小，在民用及军事领域可得到广泛应用。

附图说明：

图1为本发明的主视图；

图2为图1前鱼鳍和后鱼鳍收纳状态的右视图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图2的B-B剖面图；

图5为升降螺旋桨装置的结构示意图；

图6为收放气缸收放前鱼鳍的示意图；

图7为图6的C-C剖视图；

图8为水密盖板与艇身连接的结构示意图；

图9为图2的D-D剖视放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～图9所示，本发明包括仿鱼形的艇身1、从艇身1内延伸到艇尾外的水中推进装置2、水下升沉装置3和空中飞行装置4，水中推进装置2包括尾部螺旋桨21及套在螺旋桨21外的导流罩22，采用导流罩22的水中推进装置2推进效率更高。艇身前下部的侧推螺旋桨51与通槽52构成用于艇身水下转向的侧推装置5，艇身1下部纵向两侧斜置了两对艇身支撑架6。艇身1纵向上下通过中隔板11隔成艇身纵向上部12和艇身纵向下部13，上水舱121以及分别与上水舱121两端相邻的前鱼鳍储舱122和后鱼鳍储舱123设置在艇身纵向上部12内，水下升沉装置3以及分别位于艇身1两端及中部且与水下升沉装置3相邻的3个水密设备舱131设置在艇身纵向下部13内。水密设备舱131内装有电池、电动机和无线信号接收设备。水密设备舱131前后均布设置，有助于艇身1重量均匀分布，从而有利于本发明飞行与下潜。

艇身1前端端头还设有透明舱14，所述透明舱内装有用于探测的摄像设备。水下升沉装置3包括两个前后并排且横贯艇身1并与艇内上部水舱132相通的月池31，上水舱121中部横置了横筋板124，用于提高上水舱121的强度。月池31中设有升降螺旋桨装置32。

上部水舱132与月池31相通，增加了破舱比重，抵消更多的储备浮力，从而使得本发明在水中的重力得以增加。月池31下端与艇身下通孔15相连，升降螺旋桨装置32中部通过横杆33固定在月池31中部，位于升降螺旋桨装置32上侧的艇身上通孔16与艇身下通孔15位置对应，艇身上通孔16和艇身下通孔15分别设有多排斜置的导流板151，改善艇身水动力性能。

空中飞行装置4包括分别位于艇身两侧的一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42，一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42中分别设有用于空中飞行的直升桨43。如图7所示，直升桨43固定在直升桨电机轴上，直升桨电机431通过支撑杆432垂直固定在中央通槽433中。一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42中的四个直升桨43构成四旋翼结构，而四旋翼结构较传统单旋翼结构更有利于飞行，且载重量更大，操纵性更好。

前鱼鳍41和后鱼鳍42均呈机翼状，一对前鱼鳍41前端和一对后鱼鳍42前端分别与艇身1纵向前后部两侧铰接，且分别通过收放气缸44展开飞行或收纳进艇身内对应的前鱼鳍储舱122内和后鱼鳍储舱123内。如图6和图9所示，分别设置在前鱼鳍储舱122或后鱼鳍储舱123内的收放气缸44一端与中隔板11铰接，收放气缸44另一端与对应的前鱼鳍41下端或后鱼鳍42下端铰接。

如图9所示，艇身1右侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42分别通过光轴45与艇身1铰接，艇身1左侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42分别通过螺纹轴46与艇身1铰接。收放气缸44的收缩使得前鱼鳍41和后鱼鳍42收纳进对应的前鱼鳍储舱122内或后鱼鳍储舱123内时，艇身1右侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42分别绕光轴45向艇身1内转动收纳进对应的鱼鳍储舱，前鱼鳍41和后鱼鳍42的之间没有高度差；艇身1左侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42分别绕螺纹轴46向艇身1内转动后，由于螺纹轴46的螺距作用，收纳后艇身1左侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42与艇身1右侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42之间存在垂直距离差H，可使艇身1左侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42位于艇身1右侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42之下。从而实现一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42都能收纳进狭小的艇身1内。

如图5所示，升降螺旋桨装置32包括上螺旋桨321、下螺旋桨322、上螺旋桨驱动电机323、传动箱体324和设置在传动箱体324内的数个传动齿轮，其中上螺旋桨321为升力桨，下螺旋桨322为降力桨，升力桨的迎流面向下，与水流充分接触，避免其他结构阻碍水流，从而提供更充分的升力。上螺旋桨驱动电机323垂直固定在传动箱体324内，传动箱体324中部通过横杆325固定在月池31中部；上螺旋桨驱动电机轴通过联轴器326与上螺旋桨轴327下端垂直相连，上螺旋桨轴327下部与主动齿轮320固定连接，上螺旋桨轴327上端与上螺旋桨321固定连接，位于上螺旋桨驱动电机323右侧的传动轴329两端分别通过轴承3210垂直支撑在传动箱体325内，被动齿轮330固定在传动轴329上端，主动齿轮320与被动齿轮330啮合；固定在传动轴329下端的下传动齿轮340通过中间齿轮350与固定在下螺旋桨轴328下端的下螺旋桨驱动齿轮360啮合。这样的同轴反向传动路线使得上螺旋桨321和下螺旋桨322转向相反。当上螺旋桨321正转时，下螺旋桨322反转，升降螺旋桨装置32提供升力。相同原理，当下螺旋桨322正转，上螺旋桨321反转时，升降螺旋桨装置32提供降力。

如图8所示，艇身1两侧的前鱼鳍储舱122舱口外和后鱼鳍储舱123舱口外分别设有水密盖板17，所述水密盖板17上侧通过水密盖板轴18与艇身1铰接，水密盖板轴18上套有扭簧19，扭簧19使得水密盖板17保持压紧在艇身1上，只有当前鱼鳍41或后鱼鳍42展开时，水密盖板17才会被顶开，前鱼鳍41或后鱼鳍42才能完成展开；当前鱼鳍41或后鱼鳍42收纳进艇身1内时，扭簧19使得水密盖板17回复原来位置，保证艇身1的水密性及良好的水动力性能。

本发明的工作过程如下：

接通电源，开启***，所有操作指令均由遥控器发出，以下按三种工作模式分别说明：

飞行模式

(1)同时正向启动四个收放气缸44，四个收放气缸44的活塞杆外伸，一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42绕各自的光轴45和螺纹轴46转动，从对应的前鱼鳍储舱122内或后鱼鳍储舱123内推开水密盖板17展开至同一高度的水平状态。

(2)开启四个直升桨43，本发明从水面上上升进入空中飞行状态，执行飞行任务。

(3)本发明完成飞行任务后平稳降落于水面上，艇身1缓慢浸入水中平稳漂浮在水面直至吃水线，或使用艇身支撑架6落在地面；月池31中的升降螺旋桨装置32完全浸没水中。反向启动四个收放气缸44，四个收放气缸44的活塞杆缩回，一对前鱼鳍41和一对后鱼鳍42绕各自的光轴45和螺纹轴46转动收纳进对应的前鱼鳍储舱122内或后鱼鳍储舱123内，其中，艇身1左侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42分别位于艇身1右侧的前鱼鳍41和后鱼鳍42之下。

水面航行模式

(1)启动尾部螺旋桨21，本发明在水面上航行。需要转向时，启动侧推螺旋桨51进行转向。

水下潜航模式

(1)开启升降螺旋桨装置32正转模式，上水舱121进水，艇身1开始下沉。上水舱121继续大量进水，艇身1开始快速下沉。艇身1到达指定水深，升降螺旋桨装置32停止工作，艇身1悬浮于水中。实现本发明的潜水功能。

(2)启动尾部螺旋桨21，本发明在水下航行。需要转向时，启动侧推螺旋桨51进行转向。

(3)开启升降螺旋桨装置32反转模式，艇身1上浮，上水舱121开始从两个月池31中流出，上水舱121内水位开始下降，艇身1开始上浮，待艇身1上浮至吃水线，升降螺旋桨装置32停止工作，艇身1漂浮于水面，实现本发明的上浮功能。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三栖无人艇，包括仿鱼形的艇身以及从艇身内延伸到艇尾外的水中推进装置，所述水中推进装置包括尾部螺旋桨及导流罩，艇身前下部的侧推螺旋桨与通槽构成用于艇身水下转向的侧推装置，艇身下部纵向两侧斜置了两对艇身支撑架；其特征是，还包括水下升沉装置和空中飞行装置，艇身纵向上下通过中隔板隔成艇身纵向上部和艇身纵向下部，上水舱以及分别与上水舱两端相邻的前鱼鳍储舱和后鱼鳍储舱设置在艇身纵向上部内，水下升沉装置以及分别位于艇身两端及中部且与水下升沉装置相邻的数个水密设备舱设置在艇身纵向下部内；所述水下升沉装置包括两个前后并排且横贯艇身并与艇内上部水舱相通的月池，所述月池中设有升降螺旋桨装置；所述空中飞行装置包括分别位于艇身两侧的一对前鱼鳍和一对后鱼鳍，所述一对前鱼鳍和一对后鱼鳍中分别设有用于空中飞行的直升桨，所述一对前鱼鳍前端和一对后鱼鳍前端分别与艇身纵向前后部两侧铰接，一对前鱼鳍和一对后鱼鳍分别通过收放气缸展开飞行或收纳进艇身内对应的前鱼鳍储舱内和后鱼鳍储舱内。

2.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述月池下端与艇身下通孔相连，升降螺旋桨装置中部通过横杆固定在月池中部，位于升降螺旋桨装置上侧的艇身上通孔与艇身下通孔位置对应。

3.如权利要求2所述的三栖无人艇，其特征是，所述艇身上通孔和艇身下通孔分别设有多排斜置的导流板。

4.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述升降螺旋桨装置包括上螺旋桨、下螺旋桨、上螺旋桨驱动电机、传动箱体和设置在传动箱体内的数个传动齿轮，上螺旋桨驱动电机垂直固定在传动箱体内，传动箱体中部通过横杆固定在月池中部；上螺旋桨驱动电机轴通过联轴器与上螺旋桨轴下端垂直相连，上螺旋桨轴下部与主动齿轮固定连接，上螺旋桨轴上端与上螺旋桨固定连接，位于上螺旋桨驱动电机一侧传动轴两端分别通过轴承垂直支撑在传动箱体内，被动齿轮固定在传动轴上端，主动齿轮与被动齿轮啮合；固定在传动轴下端的下传动齿轮通过中间齿轮与固定在下螺旋桨轴上端的下螺旋桨驱动齿轮啮合，下螺旋桨固定在下螺旋桨轴下端。

5.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述直升桨固定在直升桨电机轴上，直升桨电机通过支撑杆垂直固定在中央通槽中。

6.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，分别设置在前鱼鳍储舱或后鱼鳍储舱内的收放气缸一端与中隔板铰接，收放气缸另一端与对应的前鱼鳍下端或后鱼鳍下端铰接。

7.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，艇身一侧的前鱼鳍和后鱼鳍分别通过光轴与艇身铰接，艇身另一侧的前鱼鳍和后鱼鳍分别通过螺纹轴与艇身铰接。

8.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述艇身两侧的前鱼鳍储舱舱口外和后鱼鳍储舱舱口外分别设有水密盖板，所述水密盖板上侧通过水密盖板轴与艇身铰接，所述水密盖板轴上套有扭簧。

9.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述艇身的前端端头还设有透明舱，所述透明舱内装有摄像设备。

10.如权利要求1所述的三栖无人艇，其特征是，所述水密设备舱内装有电池、电动机和无线信号接收设备。