CN106986023A - 潜水飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜水飞机，本潜水飞机的机翼能通过转轴在垂直于机身纵轴和平行于机身纵轴两个方位间转动，鸭翼能通过转轴在水平状态和下反角两个方位间转动，蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动，使潜水飞机能够在水上飞机，轮船和水下飞机三种状态间切换，既能通过滑行在水面起飞降落和在空中飞行，又能在水面航行，同时还能潜入水中在水下飞行，具有了更全面的功能和更多的自由。

Description

潜水飞机

技术领域

本发明涉及水上飞机领域，特别涉及一种潜水飞机。

背景技术

面前已知的轮船能够在水面航行，但不能像水上飞机一样飞行，也不能潜水，功能单一；水上飞机的机腹呈船体结构，同时具有机翼，尾翼和推进器，能够通过滑行在水面起飞和降落以及在空中飞行，兼具飞机和轮船功能，但不能潜水，功能仍嫌不全面；2008年，美国国防部高级研究计划局提出一种潜水飞机的设想，设想这种潜水飞机能够在水面起飞降落以及在空中飞行，而且能够潜入较浅的水中，像潜水艇一样航行，但没有提出具体构型；2009年英国人霍克斯研发了超级猎鹰水下飞机，这种水下飞机具有机身，机身上设置了驾驶舱、机翼，尾翼和推进器，水下飞机具有浮力，能够浮在水面上，漂浮时机翼浸在水里，机翼的翼型剖面为下凸上平的翼型，当推进器工作，推动水下飞机前进，机翼产生负升力，使水下飞机向下运动潜入水中，水下飞机在水下的飞行与常规飞机的运动操作方式相似，当水下飞机耗尽了动力失去速度，就会由于浮力浮到水面，很安全，但这种潜水飞机不能在水面起飞，不能在空中飞行。

发明内容

本发明的目的就是提供一种潜水飞机，本潜水飞机既能够通过滑行在水面起飞降落以及在空中飞行，又能够在水面像轮船一样航行，还能潜入水中飞行。

本发明潜水飞机包括腹部为船体结构的机身，机身前部设置有驾驶舱，机身前部沿舭线设置有舭弯，机身腹部两侧设置有鳍式浮筒，鳍式浮筒后缘处的机身腹部设置有断阶，机身背部设置有机翼，机翼前缘设置有前缘襟翼，后缘设置有后缘襟翼和副翼，机身前部两侧设置有由第一安定面和第一舵面组成的鸭翼，机身尾部两侧设置有由第二安定面和第二舵面组成的蝶形尾翼，蝶形尾翼翼梢设置有流线型的第二整流体，第二整流体前部设置有飞机螺旋桨，其特征在于：机身背部为平面结构，机翼为平直翼，机翼通过翼展中部竖向垂直设置的转轴与机身相连，机翼能通过转轴在垂直于机身纵轴和平行于机身纵轴两个方位间转动；机身前部设置有第一短翼，鸭翼通过翼根的转轴与第一短翼的翼梢相连，鸭翼能通过转轴在水平状态和下反角两个方位间转动；机身尾部安装有第二短翼，蝶形尾翼通过翼根的转轴与第二短翼的翼梢相连，蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动；潜水飞机具有水下推进器，机身前中部设置有配重箱。

由于机身背部为平面结构，机翼为平直翼，机翼能通过翼展中部的转轴在垂直于机身纵轴和平行于机身纵轴两个方位间转动，由第一安定面和第一舵面组成的鸭翼能通过翼根的转轴在水平状态和下反角两个方位间转动，由第二安定面和第二舵面组成的蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动，蝶形尾翼的翼梢具有飞机螺旋桨，机身前中部设置有配重箱，潜水飞机具有水下推进器，所以通过机翼，鸭翼和蝶形尾翼的转动，以及与配重箱，飞机螺旋桨和水下推进器的组合，潜水飞机能够在水上飞机，轮船和水下飞机三种状态间转换；当潜水飞机需要变为水上飞机状态时，将机翼转动到垂直于机身纵轴的方位，将鸭翼转动到水平状态方位，将蝶形尾翼转动到大上反角方位，潜水飞机变为水上飞机状态，机翼能够像普通飞机的机翼一样产生升力，鸭翼能够像普通三翼面飞机的鸭翼一样产生升力和行使俯仰操纵功能，蝶形尾翼能够行使常规蝶形尾翼功能，蝶形尾翼翼梢的飞机螺旋桨能够推动潜水飞机像普通水上飞机一样飞行，飞机螺旋桨采用第二整流体内安装的电动机驱动，驱动电动机的电能来自机身内的电池或者油电混合动力***，飞机螺旋桨的旋转方向与蝶形尾翼的翼梢涡流的旋转方向相反，以减小蝶形尾翼的翼梢涡流，增加蝶形尾翼的升阻比；当潜水飞机需要变为轮船状态时，将机翼转动到平行于机身纵轴的方位，将鸭翼转动到水平状态的方位，将蝶形尾翼转动到大上反角方位，潜水飞机变为轮船状态，宽度变窄，通过性变好，而且机翼会产生最小的阻力，使潜水飞机在水面航行气动阻力小，鸭翼的位置较高，使得潜水飞机在轮船状态航行时水浪对鸭翼的喷溅小，蝶形尾翼翼梢的飞机螺旋桨工作，能够推动潜水飞机以轮船状态在水面航行，而且这样飞机螺旋桨的位置较高，水浪对飞机螺旋桨的喷溅小，潜水飞机在轮船状态可以综合运用两侧螺旋桨的推力差以及偏转第二舵面控制航向；当潜水飞机需要变为水下飞机状态时，将机身前中部的配重箱增加重量，使潜水飞机吃水变深并略微低头，将机翼转动到平行于机身纵轴的方位，将鸭翼转动到下反角方位，使得鸭翼浸在水里并呈负迎角，将蝶形尾翼转动到大下反角的方位，潜水飞机变为水下飞机状态，潜水飞机在水下飞机状态需要潜入水中时，水下推进器开始工作，由于鸭翼浸在水里并有负迎角，随着潜水飞机在水面前进，鸭翼将产生负升力使潜水飞机逐渐潜入水中，随着机身和蝶形尾翼全部浸入水中，潜水飞机开始水下飞行，此时由于机翼转动到平行于机身纵轴的方位，宽度变窄，潜水飞机通过性变好，而且机翼会产生最小的阻力，使潜水飞机在水下飞行水动阻力小，由于潜水飞机在水下呈低头姿态，蝶形尾翼相应呈负迎角姿态，蝶形尾翼也能产生部分负升力，由于潜水飞机在水下飞行是产生向下的负升力来抵消机身的浮力，呈下反角的鸭翼和蝶形尾翼会使潜水飞机在水下飞行时具有横向稳定性，由于潜水飞机重心位于机身中前部，仍然位于鸭翼和蝶形尾翼之间，潜水飞机在水下飞机状态的运动和操纵方式与串列翼布局飞机相似，鸭翼产生大部分负升力，第一舵面产生俯仰控制力和横向控制力，蝶形尾翼产生小部分负升力，第二舵面产生俯仰控制力，综合运用第一舵面和第二舵面产生航向控制力，此时鳍式浮筒呈零升迎角，不产生负升力，虽然鸭翼和蝶形尾翼的面积较小，但水的密度比空气大773倍，鸭翼和蝶形尾翼仍然能够产生足够的负升力抵消掉潜水飞机的浮力，使潜水飞机在水下飞行；潜水飞机的水下推进器采用电动推进***，当潜水飞机在水下飞行电能耗尽后，会由于浮力浮到水面，很安全；潜水飞机的动力***以及其他各***的进排气通道采用阀门封闭，当潜水飞机在水上飞机以及轮船状态需要进气时，阀门打开通气，当潜水飞机在水下飞机状态进行水下飞行时，阀门关闭，以防止进水；机身前部设置有第一短翼，鸭翼通过翼根的转轴与第一短翼的翼梢相连，机身尾部安装有第二短翼，蝶形尾翼通过翼根的转轴与第二短翼的翼梢相连，这样鸭翼和蝶形尾翼距离机身有一定距离，使得无论鸭翼在水平状态方位还是下反角方位，蝶形尾翼在大上反角方位还是大下反角方位，鸭翼和蝶形尾翼与机身之间的干扰阻力小。

本发明的有益效果：本潜水飞机通过机翼在垂直于机身纵轴和平行于机身纵轴两个方位间的转动，鸭翼在水平状态和下反角两个方位间的转动，蝶形尾翼在大上反角和大下反角两个方位间的转动，使潜水飞机能在水上飞机，轮船和水下飞机三种状态间切换，使潜水飞机既能通过滑行在水面起飞降落以及在空中飞行，又能在水面航行，而且还能潜入水中在水下飞行，具有了更全面的功能和更多的自由。

附图说明

图1是本发明潜水飞机在水上飞机状态的前视立体图；

图2是本发明潜水飞机在水下飞机状态的前视立体图；

图3是本发明潜水飞机在轮船状态的前视立体图；

图4是本发明潜水飞机的机翼的翼型剖视图。

图中：1.机身；2.驾驶舱；3.舭弯；4.鳍式浮筒；5.舱门；6.机翼；7.前缘襟翼；8.后缘襟翼；9.副翼；10.第一短翼；11.第一安定面；12.第一舵面；13.第一整流体；14.船用螺旋桨；15.第二短翼；16第二安定面；17.第二舵面；18.第二整流体；19.飞机螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1，2和3所示，本发明潜水飞机包括腹部为船体结构的机身1，机身前部设置有驾驶舱2，机身1前部沿舭线设置有舭弯3，机身1腹部两侧设置有鳍式浮筒4，鳍式浮筒4后缘处的机身1腹部设置有断阶，机身1背部设置有机翼6，机翼6前缘设置有前缘襟翼7，后缘设置有后缘襟翼8和副翼9，机身1前部两侧设置有由第一安定面11和第一舵面12组成的鸭翼，机身1尾部两侧设置有由第二安定面16和第二舵面17组成的蝶形尾翼，蝶形尾翼翼梢设置有流线型的第二整流体18，第二整流体18前部设置有飞机螺旋桨19，其特征在于：机身1背部为平面结构，机翼6为平直翼，机翼6通过翼展中部竖向垂直设置的转轴与机身1相连，机翼6能通过转轴在垂直于机身1纵轴和平行于机身1纵轴两个方位间转动；机身1前部设置有第一短翼10，鸭翼通过翼根的转轴与第一短翼10的翼梢相连，鸭翼能通过转轴在水平状态和下反角两个方位间转动；机身1尾部安装有第二短翼15，蝶形尾翼通过翼根的转轴与第二短翼15的翼梢相连，蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动；潜水飞机具有水下推进器，机身1前中部设置有配重箱。

由于机身1背部为平面结构，机翼6为平直翼，机翼6能通过翼展中部的转轴在垂直于机身1纵轴和平行于机身1纵轴两个方位间转动，由第一安定面11和第一舵面12组成的鸭翼能通过翼根的转轴在水平状态和下反角两个方位间转动，由第二安定面16和第二舵面17组成的蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动，蝶形尾翼的翼梢具有飞机螺旋桨19，机身1前中部设置有配重箱，潜水飞机具有水下推进器，所以通过机翼6，鸭翼和蝶形尾翼的转动，以及与配重箱，飞机螺旋桨19和水下推进器的组合，潜水飞机能够在水上飞机，轮船和水下飞机三种状态间转换；当潜水飞机需要变为水上飞机状态时，将机翼6转动到垂直于机身1纵轴的方位，将鸭翼转动到水平状态方位，将蝶形尾翼转动到大上反角方位，潜水飞机变为水上飞机状态，机翼6能够像普通飞机的机翼6一样产生升力，鸭翼能够像普通三翼面飞机的鸭翼一样产生升力和行使俯仰操纵功能，蝶形尾翼能够行使常规蝶形尾翼功能，蝶形尾翼翼梢的飞机螺旋桨19能够推动潜水飞机像普通水上飞机一样飞行，飞机螺旋桨19采用第二整流体18内安装的电动机驱动，驱动电动机的电能来自机身1内的电池或者油电混合动力***，飞机螺旋桨19的旋转方向与蝶形尾翼的翼梢涡流的旋转方向相反，以减小蝶形尾翼的翼梢涡流，增加蝶形尾翼的升阻比；当潜水飞机需要变为轮船状态时，将机翼6转动到平行于机身1纵轴的方位，将鸭翼转动到水平状态的方位，将蝶形尾翼转动到大上反角方位，潜水飞机变为轮船状态，宽度变窄，通过性变好，而且机翼6会产生最小的阻力，使潜水飞机在水面航行气动阻力小，鸭翼的位置较高，使得潜水飞机在轮船状态航行时水浪对鸭翼的喷溅小，蝶形尾翼翼梢的飞机螺旋桨19工作，能够推动潜水飞机以轮船状态在水面航行，而且这样飞机螺旋桨19的位置较高，水浪对飞机螺旋桨19的喷溅小，潜水飞机在轮船状态可以综合运用两侧飞机螺旋桨19的推力差以及偏转第二舵面17控制航向；当潜水飞机需要变为水下飞机状态时，将机身前中部的配重箱增加重量，使潜水飞机吃水变深并略微低头，将机翼6转动到平行于机身1纵轴的方位，将鸭翼转动到下反角方位，使得鸭翼浸在水里并呈负迎角，将蝶形尾翼转动到大下反角的方位，潜水飞机变为水下飞机状态，潜水飞机在水下飞机状态需要潜入水中时，水下推进器开始工作，由于鸭翼浸在水里并有负迎角，随着潜水飞机在水面前进，鸭翼将产生负升力使潜水飞机逐渐潜入水中，随着机身1和蝶形尾翼全部浸入水中，潜水飞机开始水下飞行，由于机翼6转动到平行于机身纵轴的方位，宽度变窄，潜水飞机通过性变好，而且机翼6会产生最小的阻力，使潜水飞机在水下飞行水动阻力小，由于潜水飞机在水下呈低头姿态，蝶形尾翼相应呈负迎角姿态，蝶形尾翼也能产生部分负升力，由于潜水飞机在水下飞行是产生向下的负升力来抵消机身1的浮力，呈下反角的鸭翼和蝶形尾翼会使潜水飞机在水下飞行时具有横向稳定性，由于潜水飞机重心位于机身1中前部，仍然位于鸭翼和蝶形尾翼之间，潜水飞机在水下飞机状态的运动和操纵方式与串列翼布局飞机相似，鸭翼产生大部分负升力，第一舵面12产生俯仰控制力和横向控制力，蝶形尾翼产生小部分负升力，第二舵面17产生俯仰控制力，综合运用第一舵面12和第二舵面17产生航向控制力，此时鳍式浮筒4呈零升迎角，不产生负升力，虽然鸭翼和蝶形尾翼的面积较小，但水的密度比空气大773倍，鸭翼和蝶形尾翼仍然能够产生足够的负升力抵消掉潜水飞机的浮力，使潜水飞机在水下飞行；潜水飞机的水下推进器采用电动推进***，当潜水飞机在水下飞行电能耗尽后，会由于浮力浮到水面，很安全；潜水飞机的动力***以及其他各***的进排气通道采用阀门封闭，当潜水飞机在水上飞机以及轮船状态需要进气时，阀门打开通气，当潜水飞机在水下飞机状态进行水下飞行时，阀门关闭，以防止进水；机身1前部设置有第一短翼10，鸭翼通过翼根的转轴与第一短翼10的翼梢相连，机身1尾部安装有第二短翼15，蝶形尾翼通过翼根的转轴与第二短翼15的翼梢相连，这样鸭翼和蝶形尾翼距离机身1有一定距离，使得无论鸭翼在水平状态方位还是下反角方位，蝶形尾翼在大上反角方位还是大下反角方位，鸭翼和蝶形尾翼与机身1之间的干扰阻力小。

如图1，2和3所示，所述飞机螺旋桨19为可折叠螺旋桨。

蝶形尾翼翼梢的第二整流体18前部的飞机螺旋桨19为可折叠螺旋桨，这样当潜水飞机为水上飞机和轮船状态时，飞机螺旋桨19展开，可以行使水上飞机和轮船的推进器功能；当潜水飞机变为水下飞机状态，飞机螺旋桨19折叠起来，可以减小潜水飞机在水下飞行时的水动阻力。

如图4所示，所述机翼6的翼型为前后对称的平凸翼型，平凸翼型的前缘和后缘的半径较小。

机翼6的翼型为前后对称的平凸翼型，这样当潜水飞机为水下飞机状态，机翼6通过翼展中部的纵轴转动为平行于机身1纵轴的方位时，从潜水飞机前面看，机翼6左右两侧对称，使潜水飞机在水下飞行时机翼6左右两侧的水动力平衡；平凸翼型的前缘和后缘的半径较小，这样当机翼6转动为垂直机身纵轴的方位，潜水飞机在水上飞机状态飞行时，气流不至在机翼6前缘分离以及机翼6有足够升力。

如图1，2和3所示，所述鸭翼和蝶形尾翼的翼型剖面都为对称翼型。

由于鸭翼和蝶形尾翼的翼型剖面都为对称翼型，这样当潜水飞机在水上飞机状态有小的正迎角时，鸭翼和蝶形尾翼能产生一定气动正升力；当潜水飞机在水下飞机状态有小的负迎角时，鸭翼和蝶形尾翼能产生一定水动负升力。

如图1，2和3所示，所述机翼6的翼梢修圆，机身1前半段的背部的边缘轮廓与机翼6半个翼展的平面形状相同，当机翼6通过转轴转动到平行于机身1纵轴的方位，机翼6前半个翼展的边缘与机身1前半段的背部的边缘相重合。

由于机翼6的翼梢修圆，机身1前半段的背部的边缘轮廓与机翼6半个翼展的平面形状相同，这样当机翼6通过转轴转动到平行于机身1纵轴的方位，机翼6前半个翼展的边缘与机身1前半段的背部的边缘相重合，这样使得潜水飞机在水下飞机状态时的水动阻力小。

如图1，2和3所示，所述鸭翼翼梢设置流线型的第一整流体10，潜水飞机的水下推进器为第一整流体的前部设置的船用螺旋桨14。

潜水飞机的水下推进器为第一整流体10的前部设置的船用螺旋桨14，船用螺旋桨14可以用第一整流体10内安装的电动机驱动，驱动电动机的电能来自机身1内的电池；船用螺旋桨14的旋转方向与负升力的鸭翼的翼梢涡流的旋转方向相反，可以减小鸭翼的翼梢涡流，增加鸭翼的升阻比；船用螺旋桨14为可变螺距螺旋桨，当潜水飞机在轮船以及水上飞机状态时，船用螺旋桨14转动为顺桨状态，以减小气动阻力。

潜水飞机在机身1前部沿舭线设置有舭弯3，可以减小水浪对驾驶舱和鸭翼的喷溅；在鸭翼和鳍式浮筒4之间具有驾驶舱2的舱门5，舱门5为圆形，以防止驾驶舱2进水以及提高自身强度；潜水飞机的动力***的进气和其他各***的通风进气通道，以及动力***排气和其他各***的通风排气通道，可以分别整合在一起，以减小阀门的使用量，减小漏水的可能；潜水飞机可以在机身1后部的腹部设置可折叠的水舵，潜水飞机在轮船状态航行以及在水上飞机状态在水面滑行时，可以用打开的水舵控制航向，当潜水飞机在水下飞机状态时水舵折叠起来，以减小水动阻力；潜水飞机停在水面上时，可以利用水面的风吹动飞机螺旋桨19旋转以带动电动机发电，为机身1内的电池供电；潜水飞机的机身1可以用复合材料制成，以增加强度降低重量，提高飞行性能以及提高水下耐压能力；潜水飞机在水下飞机状态潜水的深度相对较小，以相对降低对机身结构强度的要求，减小结构重量，使得潜水飞机在水上飞机和水下飞机状态的性能间取得平衡；机身1中前部的配重箱可以是水箱，利用水的增减控制潜水飞机的重量和重心。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种潜水飞机，包括腹部为船体结构的机身1，机身前部设置有驾驶舱2，机身1前部沿舭线设置有舭弯3，机身1腹部两侧设置有鳍式浮筒4，鳍式浮筒4后缘处的机身1腹部设置有断阶，机身1背部设置有机翼6，机翼6前缘设置有前缘襟翼7，后缘设置有后缘襟翼8和副翼9，机身1前部两侧设置有由第一安定面11和第一舵面12组成的鸭翼，机身1尾部两侧设置有由第二安定面16和第二舵面17组成的蝶形尾翼，蝶形尾翼翼梢设置有流线型的第二整流体18，第二整流体18前部设置有飞机螺旋桨19，其特征在于：机身1背部为平面结构，机翼6为平直翼，机翼6通过翼展中部竖向垂直设置的转轴与机身1相连，机翼6能通过转轴在垂直于机身1纵轴和平行于机身1纵轴两个方位间转动；机身1前部设置有第一短翼10，鸭翼通过翼根的转轴与第一短翼10的翼梢相连，鸭翼能通过转轴在水平状态和下反角两个方位间转动；机身1尾部安装有第二短翼15，蝶形尾翼通过翼根的转轴与第二短翼15的翼梢相连，蝶形尾翼能通过转轴在大上反角和大下反角两个方位间转动；潜水飞机具有水下推进器，机身1前中部设置有配重箱。

2.根据权利要求1所述的潜水飞机，其特征在于：所述飞机螺旋桨19为可折叠螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的潜水飞机，其特征在于：所述机翼6的翼型为前后对称的平凸翼型，平凸翼型的前缘和后缘的半径较小。

4.根据权利要求1所述的潜水飞机，其特征在于：所述鸭翼和蝶形尾翼的翼型剖面都为对称翼型。

5.根据权利要求1所述的潜水飞机，其特征在于：所述机翼6的翼梢修圆，机身1前半段的背部的边缘轮廓与机翼6半个翼展的平面形状相同，当机翼6通过转轴转动到平行于机身1纵轴的方位，机翼6前半个翼展的边缘与机身1前半段的背部的边缘相重合。

6.根据权利要求1所述的潜水飞机，其特征在于：所述鸭翼翼梢设置有流线型的第一整流体10，潜水飞机的水下推进器为第一整流体10的前部设置的船用螺旋桨14。