一种可变形态的三栖垂直起降无人机的制作方法

1.本技术属于飞行器设计技术领域，尤其涉及一种可变形态的三栖垂直起降无人机。


背景技术：

2.随着科技高速发展，处理器和各种传感器的设计朝着小型化的方向前进，无人机也越来越被广泛地应用到各个领域。然而无人机的起降方式基本上都局限于地面，我国内海和边海的水域面积大，这对无人机在海洋环境巡逻、查探海洋资源等方面的性能提出了更高的要求。在海洋领域，水下滑翔机和地效翼船是两个个重要的发展方向。水下滑翔机是一种新型的水下机器人，由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小、效率高、续航力大。地效翼船是利用地面效应原理而制成的船只，具有速度快、巡航性好的特点。
3.上述各类飞行器各有优势，但每类飞行器无法满足目前对无人机多样化需求。


技术实现要素：

4.为了解决相关技术无法满足目前对无人机多样化需求的问题，本发明提供一种可变形态的三栖垂直起降无人机，所述技术方案如下：
5.一种可变形态的三栖垂直起降无人机，包括：飞控计算机、动力平台升降机构200、动力倾转机构100、潜行浮沉控制装置300以及翼面结构400，
6.平台升降机构200为工字状结构，平台升降机构200的四个端部分别固连一个动力倾转机构100，平台升降机构200用于在接收到飞控计算机发送的升降指令时上下运动并带动四个动力倾转机构100上下运动；
7.平台升降机构200的主横连杆的中部设有潜行浮沉控制装置300；潜行浮沉控制装置300用于在无人机位于水中时，当接收到飞控计算机发送的上升指令或下降指令时，能够改变自身状态，使得无人机在水中做浮沉运动或在水面滑行；
8.潜行浮沉控制装置300的两侧各设有一个翼面结构400，翼面结构400用于在无人机飞行过程中提供机体升力。
9.可选地，动力平台升降机构，包括：核心机构8和两组升降单元，两组升降单元位于核心机构8两侧，每组升降单元包括：主横连杆4、纵连杆2、主横纵连杆套接结构3、副横连杆5、立杆6和副横立连铰接结构7，
10.其中，主横连杆4的一端与核心机构8套接固连，并且另一端通过主横纵连杆套接结构3与纵连杆2固连，动力倾转机构100固连平台升降机构200的两个纵连杆2上，
11.副横连杆5的一端与核心机构8套接固连，并且另一端通过副横立连铰链结构7与立杆6铰接，
12.核心机构8、主横连杆4、纵连杆2、主横纵连杆套接结构3、副横连杆5、立杆6、副横立连铰接结构7构成一个四边形铰接结构。
13.可选地，核心机构8包括：上顶板80、侧板87、底板88、步进电机86、螺杆85、旋转升
降台84和两组旋转单元，每组旋转单元包括：主连杆铰接短杆81、副连杆铰接短杆82、弧形铰接片83，
14.其中，上顶板80、侧板87、底板88固连，组成一个加固框，用于支撑其他部件；
15.步进电机86位于上顶板80上，且与螺杆85固连，螺杆85与旋转升降台84为螺纹连接，每组旋转单元中的主连杆铰接短杆81与侧板87铰接，同时还与本组中弧形铰接片83的一端铰接，弧形铰接片83另一端与旋转升降台84铰链，本组副连杆铰接短杆82与底板88铰链；
16.当飞控计算机向步进电机86发送转动信号后，步进电机86带动螺杆85转动，旋转升降台84沿螺杆85轴线上下运动，旋转升降台84运动后通过弧形铰接片83带动主连杆铰接短杆81绕侧板87铰接点转动，并带动整个动力平台向上平移，副连杆铰接短杆82同时也被带动并绕底板88铰接点转动。
17.可选地，每个动力倾转机构100包括：涵道电机91、电机连接件92、舵机安装盖93、舵机94和舵机安装盒95，
18.其中，舵机安装盒95套接在纵连杆2上，舵机94放置在舵机安装盒95中，然后通过螺丝与舵机安装盖93连接，舵机94输出轴连接到电机连接件92上，涵道电机91套接在电机连接件92；
19.当飞控计算机给舵机94发送倾转指令，驱动舵机94输出轴转动，传动到电机连接件92转动，带动固连在电机连接件92上的涵道电机91转动。
20.可选地，潜行浮沉控制装置300包裹平台升降机构200的核心机构8，分别与核心机构8中的上顶板80、侧板87、底板88固连。
21.可选地，潜行浮沉控制装置300包括：壳体50、气体生成机构51、气囊52、排水机构53、气体排放机构54、进水机构55和产气筒56，
22.其中，气囊52、排水机构53、进水机构55、气体排放机构54、气体生成机构51、产气筒56均放置在壳体50内；
23.产气筒56与壳体50固连，
24.气体排放机构54设置在产气筒56的筒壁上，产气筒56两端各设有一个气囊52，产气筒56空腔与气囊52连通，产气筒56、气囊52形成密封腔体，密封腔体与壳体50之间存在空隙；
25.产气筒56内设有气体生成机构51，气体生成机构51用于在接收到飞控计算机发送的产气指令时根据其内部放置的材料产生气体，使产气筒56两端的气囊52膨胀，此时气体排放机构54的排气功能关闭，气体排放机构54不排气，同时，排水机构53在接收到飞控计算机发送的排水指令时打开，使密封腔体与壳体50的空隙中的水排出壳外，此时，进水机构55的进水功能关闭，进水机构55不进水；
26.气体排放机构54用于在接收到飞控计算机发送的排气指令时，将密封腔体中的气体排出，气囊52收缩，同时，进水机构55在接收到飞控计算机发送的进水指令时打开，壳体50外部的水被吸进密封腔体与壳体50之间的空隙中，此时，气体生成机构51的产气功能关闭，排水机构53的排水功能关闭。
27.可选地，排水机构53、气体排放机构54、进水机构55均设有单向阀，在接收到相应指令时，单向阀会打开或关闭。
28.可选地，气囊52由柔性材料材料制成，具有弹性。
29.本技术提供的可变形态的三栖垂直起降无人机，平台升降机构在接收到飞控计算机发送的升降指令时能上下运动并带动四个动力倾转机构上下运动；潜行浮沉控制装置在无人机位于水中时，当接收到飞控计算机发送的上升指令或下降指令时，能够改变自身状态，使得无人机在水中做浮沉运动或在水面滑行；潜行浮沉控制装置的两侧的翼面结构能够在无人机飞行过程中提供机体升力，该可变形态的三栖垂直起降无人机可在空中飞行、水面滑行、水下潜伏，能满足目前对无人机多样化需求。
附图说明
30.图1为本技术实施例提供的可变形态的三栖垂直起降无人机总体布局示意图；
31.图2为本技术实施例提供的动力升降平台机构总体示意图；
32.图3为本技术实施例提供的动力升降平台机构的核心机构示意图；
33.图4为本技术实施例提供的动力倾转机构示意图；
34.图5为本技术实施例提供的潜行浮沉控制装置示意图。
具体实施方式
35.下面通过具体的实施方式和附图对本技术作进一步详细说明。
36.本技术结合旋翼飞机、地效翼船、和水下滑翔机优势，设计出一种可在空中飞行、水面滑行、水下潜伏的可变形态的三栖垂直起降无人机。
37.本发明针对民用领域中对于无人机多样化需求，提出了一种结合以上旋翼飞机、地效翼船、和水下滑翔机优势的可在空中飞行、水面滑行、水下潜伏的可变形态的三栖垂直起降无人机，请参见图1，该无人机包括四个部分：飞控计算机、动力平台升降机构200、动力倾转机构100、潜行浮沉控制装置300以及翼面结构400，其中，
38.平台升降机构200为工字状结构，平台升降机构200的四个端部分别固连一个动力倾转机构100，平台升降机构200用于在接收到飞控计算机发送的升降指令时上下运动并带动四个动力倾转机构100上下运动；
39.平台升降机构200的主横连杆的中部设有潜行浮沉控制装置300；潜行浮沉控制装置300用于在无人机位于水中时，当接收到飞控计算机发送的上升指令或下降指令时，能够改变自身状态，使得无人机在水中做浮沉运动或在水面滑行；
40.潜行浮沉控制装置300的两侧各设有一个翼面结构400，翼面结构400用于在无人机飞行过程中提供机体升力。
41.具体实施如下：
42.(1)第一部分：动力平台升降机构
43.如图2所示，其为可变形态的三栖垂直起降无人机的动力平台升降机构200的总体示意图，包括：核心机构8和两组升降单元，两组升降单元位于核心机构8两侧，每组升降单元包括：主横连杆4、纵连杆2、主横纵连杆套接结构3、副横连杆5、立杆6和副横立连铰接结构7。
44.其中，主横连杆4的一端与核心机构8套接固连，并且另一端通过主横纵连杆套接结构3与纵连杆2固连。动力倾转机构100固连平台升降机构200的两个纵连杆2上。
45.副横连杆5的一端与核心机构8套接固连，并且另一端通过副横立连铰链结构7与立杆6铰接。
46.核心机构8、主横连杆4、纵连杆2、主横纵连杆套接结构3、副横连杆5、立杆6、副横立连铰接结构7构成一个四边形铰接结构，这样可以保证固连在此机构上的动力倾转机构200中的涵道电机，在整个机构升降过程中动力轴线始终不变。
47.如图3所示，其为动力平台升降机构200的核心机构8的结构示意图，核心机构8包括上顶板80、侧板87、底板88、步进电机86、螺杆85、旋转升降台84和两组旋转单元，每组旋转单元包括：主连杆铰接短杆81、副连杆铰接短杆82、弧形铰接片83，
48.其中，上顶板80、侧板87、底板88固连，组成一个加固框，用于支撑其他部件。
49.步进电机86位于上顶板80上，且与螺杆85固连，螺杆85与旋转升降台84为螺纹连接，每组旋转单元中的主连杆铰接短杆81与侧板87铰接，同时还与本组中弧形铰接片83的一端铰接，弧形铰接片83另一端与旋转升降台84铰链，本组副连杆铰接短杆82与底板88铰链。
50.当飞控计算机向步进电机86发送转动信号后，步进电机86带动螺杆85转动，螺杆85由于与升降台84为螺杆螺纹连接，因此旋转升降台84会沿螺杆85轴线上下运动，旋转升降台84运动后通过弧形铰接片83带动主连杆铰接短杆81绕侧板87铰接点a转动，于是会带动整个动力平台向上平移，副连杆铰接短杆82同时也被带动绕底板88铰接点b转动。
51.(2)第二部分：动力倾转机构
52.如图4所示，其为动力倾转机构的示意图，每个动力倾转机构100包括：涵道电机91、电机连接件92、舵机安装盖93、舵机94和舵机安装盒95，
53.其中，舵机安装盒95套接在纵连杆2上，舵机94放置在舵机安装盒95中，然后通过螺丝与舵机安装盖93连接，舵机94输出轴连接到电机连接件92上，涵道电机91套接在电机连接件92。
54.当飞控计算机给舵机94发送倾转指令，驱动舵机94输出轴转动，传动到电机连接件92转动，从而带动固连在电机连接件92上的涵道电机91转动。四个涵道电机通过转动实现推力轴线的变化。动力倾转机构提高了无人机在水面和空中运动时的灵活性，比如能实现水下的45
°
倾转，45
°
倾转实现了无人机潜伏的无舵面控制，使得其姿态控制不受前进速度限制，提升了无人机的机动性。
55.(3)第三部分：潜行浮沉控制装置
56.如图5所示，其为潜行浮沉控制装置300的结构示意图，潜行浮沉控制装置300包裹平台升降机构200的核心机构8，分别与核心机构8中的上顶板80、侧板87、底板88固连。
57.潜行浮沉控制装置300包括：壳体50、气体生成机构51、气囊52、排水机构53、气体排放机构54、进水机构55和产气筒56。
58.其中，气囊52、排水机构53、进水机构55、气体排放机构54、气体生成机构51、产气筒56均放置在壳体50内；
59.产气筒56与壳体50固连，
60.气体排放机构54设置在产气筒56的筒壁上，产气筒56两端各设有一个气囊52，产气筒56空腔与气囊52连通，产气筒56、气囊52形成密封腔体，密封腔体与壳体50之间存在空隙。
61.产气筒56内设有气体生成机构51，气体生成机构51用于在接收到飞控计算机发送的产气指令时根据其内部放置的材料产生气体，使产气筒56两端的气囊52膨胀，此时气体排放机构54的排气功能关闭，气体排放机构54不排气，同时，排水机构53在接收到飞控计算机发送的排水指令时打开，使密封腔体与壳体50的空隙中的水排出壳外，此时，进水机构55的进水功能关闭，进水机构55不进水。这样以来，飞机总体密度下降，飞机便可以在水中上升。
62.气体排放机构54用于在接收到飞控计算机发送的排气指令时，将密封腔体中的气体排出，气囊52收缩，同时，进水机构55在接收到飞控计算机发送的进水指令时打开，壳体50外部的水被吸进密封腔体与壳体50之间的空隙中，此时，气体生成机构51的产气功能关闭，排水机构53的排水功能关闭，这样以来，飞机总体密度增加，飞机便可以在水中下降。
63.如此通过飞控计算机的控制飞机便可以跟潜水艇一般，在水中浮沉运动。
64.气囊52为柔性材料，具有弹性，类似于气球随气压会变大变小。
65.排水机构53、气体排放机构54、进水机构55均设有单向阀，在接收到相应指令时，单向阀会打开或关闭。
66.气体生成机构51内部用于产生气体的材料na2co3+al2(so4)3，可通过化学反应生成所需的co2，该气体会使得气囊52膨胀。
67.(4)第四部分：翼面结构
68.如图1所示，在动力平台升降机构上200上安装了两个翼面结构400，飞机在水下或者空中飞行时，可以提高机体升力，降低四个涵道电机91的功率，提高飞机的续航。具体地，翼面结构400固连在平台升降机构200的两个主横连杆4上。
69.以上仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。

技术特征：
1.一种可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，包括：飞控计算机、动力平台升降机构、动力倾转机构、潜行浮沉控制装置以及翼面结构，平台升降机构为工字状结构，平台升降机构的四个端部分别固连一个动力倾转机构，平台升降机构用于在接收到飞控计算机发送的升降指令时上下运动并带动四个动力倾转机构上下运动；平台升降机构的主横连杆的中部设有潜行浮沉控制装置；潜行浮沉控制装置用于在无人机位于水中时，当接收到飞控计算机发送的上升指令或下降指令时，能够改变自身状态，使得无人机在水中做浮沉运动或在水面滑行；潜行浮沉控制装置的两侧各设有一个翼面结构，翼面结构用于在无人机飞行过程中提供机体升力。2.根据权利要求1所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，动力平台升降机构，包括：核心机构和两组升降单元，两组升降单元位于核心机构两侧，每组升降单元包括：主横连杆、纵连杆、主横纵连杆套接结构、副横连杆、立杆和副横立连铰接结构，其中，主横连杆的一端与核心机构套接固连，并且另一端通过主横纵连杆套接结构与纵连杆固连，动力倾转机构固连平台升降机构的两个纵连杆上，副横连杆的一端与核心机构套接固连，并且另一端通过副横立连铰链结构与立杆铰接，核心机构、主横连杆、纵连杆、主横纵连杆套接结构、副横连杆、立杆、副横立连铰接结构构成一个四边形铰接结构。3.根据权利要求1所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，核心机构包括：上顶板、侧板、底板、步进电机、螺杆、旋转升降台和两组旋转单元，每组旋转单元包括：主连杆铰接短杆、副连杆铰接短杆、弧形铰接片，其中，上顶板、侧板、底板固连，组成一个加固框，用于支撑其他部件；步进电机位于上顶板上，且与螺杆固连，螺杆与旋转升降台为螺纹连接，每组旋转单元中的主连杆铰接短杆与侧板铰接，同时还与本组中弧形铰接片的一端铰接，弧形铰接片另一端与旋转升降台铰链，本组副连杆铰接短杆与底板铰链；当飞控计算机向步进电机发送转动信号后，步进电机带动螺杆转动，旋转升降台沿螺杆轴线上下运动，旋转升降台运动后通过弧形铰接片带动主连杆铰接短杆绕侧板铰接点转动，并带动整个动力平台向上平移，副连杆铰接短杆同时也被带动并绕底板铰接点转动。4.根据权利要求1所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，每个动力倾转机构包括：涵道电机、电机连接件、舵机安装盖、舵机和舵机安装盒，其中，舵机安装盒套接在纵连杆上，舵机放置在舵机安装盒中，然后通过螺丝与舵机安装盖连接，舵机输出轴连接到电机连接件上，涵道电机套接在电机连接件；当飞控计算机给舵机发送倾转指令，驱动舵机输出轴转动，传动到电机连接件转动，带动固连在电机连接件上的涵道电机转动。5.根据权利要求3所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，潜行浮沉控制装置包裹平台升降机构的核心机构，分别与核心机构中的上顶板、侧板、底板固连。6.根据权利要求1所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，
潜行浮沉控制装置包括：壳体、气体生成机构、气囊、排水机构、气体排放机构、进水机构和产气筒，其中，气囊、排水机构、进水机构、气体排放机构、气体生成机构、产气筒均放置在壳体内；产气筒与壳体固连，气体排放机构设置在产气筒的筒壁上，产气筒两端各设有一个气囊，产气筒空腔与气囊连通，产气筒、气囊形成密封腔体，密封腔体与壳体之间存在空隙；产气筒内设有气体生成机构，气体生成机构用于在接收到飞控计算机发送的产气指令时根据其内部放置的材料产生气体，使产气筒两端的气囊膨胀，此时气体排放机构的排气功能关闭，气体排放机构不排气，同时，排水机构在接收到飞控计算机发送的排水指令时打开，使密封腔体与壳体的空隙中的水排出壳外，此时，进水机构的进水功能关闭，进水机构不进水；气体排放机构用于在接收到飞控计算机发送的排气指令时，将密封腔体中的气体排出，气囊收缩，同时，进水机构在接收到飞控计算机发送的进水指令时打开，壳体外部的水被吸进密封腔体与壳体之间的空隙中，此时，气体生成机构的产气功能关闭，排水机构的排水功能关闭。7.根据权利要求1所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，排水机构、气体排放机构、进水机构均设有单向阀，在接收到相应指令时，单向阀会打开或关闭。8.根据权利要求6所述的可变形态的三栖垂直起降无人机，其特征在于，气囊由柔性材料材料制成。

技术总结
本申请提供一种可变形态的三栖垂直起降无人机，属于飞行器设计技术领域。平台升降机构在接收到飞控计算机发送的升降指令时能上下运动并带动四个动力倾转机构上下运动；潜行浮沉控制装置在无人机位于水中时，当接收到飞控计算机发送的上升指令或下降指令时，能够改变自身状态，使得无人机在水中做浮沉运动或在水面滑行；潜行浮沉控制装置的两侧的翼面结构能够在无人机飞行过程中提供机体升力，该可变形态的三栖垂直起降无人机可在空中飞行、水面滑行、水下潜伏，能满足目前对无人机多样化需求。求。求。


技术研发人员：田明明 魏文领 吴云燕 杨铭超
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：2022.11.11
技术公布日：2023/4/5