一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼

1.本发明属于航行器技术领域，涉及一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼。


背景技术：

2.近年来，国家正努力推动建设海洋强国，发展海洋经济、海洋科研。并且随着海洋装备的发展，越来越多场景需要无人机+无人艇+水下潜航器配合使用，而三栖跨介质航行器正结合三者的优点，在海洋、通信、气象、农林、勘探、救援等领域，填补市场空白，显示了极好的技术和经济效果。其中，三栖指的是水面、水下、空中。三栖跨介质航行器应用于工业级，可用于多域水质检测、科研水文气象监测、多区域渔场养殖管理、水上救生、巡逻执法、水上无人物流等；三栖跨介质航行器应用于军事级，可作为海洋目标末端指示器、海上信号中继器、海上隐形无人攻击机，并可完成快速大批量空投、扫雷、监测、护航等任务；三栖跨介质航行器应用于消费级，可作为玩具航模、水上水下摄影机进行出售，且市场潜力巨大。
3.如今在跨介质航行器的研究上存在理论瓶颈，尤其是在水面起飞与下潜转换方面，鲜有突破和发展。且由于能源不足，空中水下续航能力均不佳。跨介质航行器的优化重点是续航时间、载重量、任务载荷和作业半径。其中延长续航时间是关键，延长续航时间可实现的功能是工业级无人机在行业应用中的核心竞争力。目前市面上延长续航时间的方法主要是提高电源的续航能力，但会增加机身质量，影响航行器跨界质起飞，且降低能源利用率。考虑到机翼滑翔时不需要消耗能源，提高滑翔比、延长滑行时间可以有效减少跨介质航行器在空中飞行时的能源消耗，而滑翔比与机翼形态有密切联系，因此设计机翼形态以提高滑翔比是一个延长续航时间的突破点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，能够实现跨介质航行器在跨介质起飞时收缩机翼，以减小机翼起飞时的阻力，并使其在空中滑翔时伸展机翼以提高滑翔比、延长空中工作时间，从而提高了能源利用率并增加跨介质航行器工作半径。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，包括机翼外壳体，所述机翼外壳体内设有与机翼外壳体相匹配的机翼内壳体，所述机翼内壳体沿机翼外壳体的长度方向与所述机翼外壳体滑动连接；所述机翼外壳体上设有用于驱动所述机翼内壳体移动的驱动组件。
7.可选的，所述机翼内壳体包括平滑端和用于与驱动组件连接的驱动端，所述机翼内壳体驱动端的表面呈锯齿状。
8.可选的，所述机翼内壳体平滑端上设有用于限制所述机翼内壳体移动距离的限位块。
9.可选的，所述机翼外壳体的内壁上设有用于供所述机翼内壳体稳定滑动的轨道组件。
10.可选的，所述轨道组件包括主稳定齿轮和副稳定齿轮，所述主稳定齿轮分别设于所述机翼内壳体的上方和下方，所述副稳定齿轮分别设于所述机翼内壳体的两侧，所述主稳定齿轮和所述副稳定齿轮分别与所述机翼外壳体转动连接，所述主稳定齿轮和所述副稳定齿轮分别与所述机翼内壳体驱动端啮合连接。
11.可选的，所述主稳定齿轮与副稳定齿轮的齿轮面分别呈与所述机翼内壳体相接触表面相匹配的弯曲状。
12.可选的,所述驱动组件包括转轴、从动转轴、驱动齿轮、马达、马达齿轮和连接齿轮，所述转轴和所述从动转轴平行设置，所述马达齿轮固定套接于所述马达的输出轴，所述转轴和所述从动转轴与所述机翼外壳体转动连接，所述驱动齿轮固定套接于所述转轴和所述从动转轴，所述连接齿轮固定套接于所述转轴，所述驱动齿轮与所述机翼内壳体驱动端啮合连接，所述马达齿轮与所述连接齿轮啮合连接，所述从动转轴与所述转轴之间设有连接结构。
13.可选的，所述连接齿轮与所述马达齿轮之间设有用于减速的齿轮组，所述齿轮组包括同轴设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别以相同的角速度与所述机翼外壳体转动连接，所述第一齿轮与所述马达齿轮啮合连接，所述第二齿轮与所述连接齿轮啮合连接。
14.可选的，所述连接结构包括连接轴、连动齿轮和轴齿，所述连接轴与所述机翼外壳体转动连接，所述连动齿轮固定套接于所述连接轴，所述轴齿固定套接于所述转轴和所述从动转轴，所述连接齿轮和所述轴齿啮合连接。
15.可选的，所述机翼外壳体上设有用于驱动组件的动力保护盖。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
17.本发明提供一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，通过驱动组件可以实现机翼内壳体在机翼外壳体内的伸缩，并且轨道组件提高了机翼内壳体在伸缩的过程中的稳定性，实现了跨介质航行器在跨介质起飞时收缩机翼以减小机翼起飞时的阻力，并使其在空中滑翔时伸展机翼以提高滑翔比、延长空中工作时间，从而提高了能源利用率，节约成本并增加续航时间、增加跨介质航行器工作半径。
附图说明
18.图1是本发明实施例一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼的示意图；
19.图2是本发明实施例一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼的主视图；
20.图3是本发明实施例一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼的侧视图；
21.图4是图1中动力保护盖内部的示意图；
22.图5是图1的局部放大图；
23.图6是本发明实施例一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼的机翼内
壳体示意图。
24.图中：100、机翼外壳体；101a、齿轮支撑台；101b、动力保护盖；200、机翼内壳体；200a、限位块；300、轨道组件；301、副稳定齿轮；302、主稳定齿轮；400、驱动组件；401a、转轴；401b、驱动齿轮；402a、马达；402b、马达齿轮；402c、齿轮组；402d、从动转轴；402f、连接齿轮；402g、轴齿；402h、连接轴；402i、连动齿轮。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“侧向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.实施例一
29.如图1至图6所示，一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，包括机翼外壳体100，机翼外壳体100内设有与机翼外壳体100相匹配的机翼内壳体200，机翼内壳体200沿机翼外壳体100的长度方向与机翼外壳体100滑动连接；机翼外壳体100上设有用于驱动机翼内壳体200移动的驱动组件，机翼内壳体200包括平滑端和用于与驱动组件连接的驱动端，机翼内壳体200驱动端的表面呈锯齿状。
30.驱动组件包括转轴401a、从动转轴402d、驱动齿轮401b、马达402a、马达齿轮402b和连接齿轮402f，转轴401a和从动转轴402d平行设置，马达齿轮402b固定套接于马达402a的输出轴，马达402a的外壳与机翼外壳体100相接，转轴401a和从动转轴402d与机翼外壳体100转动连接，且转动方向与机翼内壳体200的移动方向一致，驱动齿轮401b固定套接于转轴401a和从动转轴402d的两端，连接齿轮402f固定套接于转轴401a，驱动齿轮401b贯穿机翼外壳体100的壳壁，与机翼内壳体200驱动端啮合连接，连接齿轮402f与马达齿轮之间设有用于减速的齿轮组402c，齿轮组402c包括同轴设置的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮的直径比第二齿轮的直径大1cm，机翼外壳体100上设有用于安装齿轮组402c的齿轮支撑台101a，第一齿轮和第二齿轮分别以相同的角速度与齿轮支撑台101a转动连接，第一齿轮与马达齿轮402b啮合连接，第二齿轮与连接齿轮402f啮合连接。
31.马达齿轮402b与连接齿轮402f啮合连接，从动转轴402d与转轴401a之间设有连接
结构，连接结构包括连接轴402h、连动齿轮402i和轴齿401g，连接轴402h与机翼外壳体100转动连接，连动齿轮402i固定套接于连接轴402h的两端，轴齿402g固定套接于转轴401a和从动转轴402g，两个轴齿402g分别设于连接轴402h的两侧，连接齿轮402i和轴齿402g啮合连接。
32.实施例二
33.如图1至图6所示，与实施例一不同的是，本实施机翼外壳体100的内壁上设有用于供机翼内壳体200稳定滑动的轨道组件，轨道组件包括主稳定齿轮302和副稳定齿轮301，主稳定齿轮302分别设于机翼内壳体200的上方和下方，副稳定齿轮301分别设于机翼内壳体200的两侧，主稳定齿轮302和副稳定齿轮301分别与机翼外壳体100转动连接，主稳定齿轮和副稳定齿轮分别与机翼内壳体驱动端啮合连接；主稳定齿轮302与副稳定齿轮301的齿轮面分别呈与机翼内壳体200相接触表面相匹配的弯曲状。
34.机翼内壳体200平滑端上设有用于限制机翼内壳体200移动距离的限位块200a，限位块200a可防止驱动齿轮401b脱离机翼内壳体200驱动端。
35.机翼外壳体100上设有用于驱动组件的动力保护盖101。
36.根据升力公式：
[0037][0038]
其中y为升力，ρ为空气密度，s为机翼面积，cy为升力系数，v为气流速度，易得出升力y与机翼面积s具有正相关性。考虑到升力系数cy为常数，空气密度ρ在相同高度和空间状态下不易发生改变，气流速度v在瞬时无法发生大幅度改变，故本发明提出通过改变机翼面积s来改变升力y，通过增加机翼面积，提高升力y，使得跨界质航行器在滑翔时具有较高的升阻比
[0039][0040]
其中s为升阻比，r为阻力。在升阻比提高的同时，滑翔比也会相应提升。但由于航行器结构的限制，机翼长度不得超过航行器主体结构长度的10％。
[0041]
在垂直表面积固定的情况下，为了使表面积增加，采用机翼伸缩的方式，且内部机翼大部分机身呈锯齿状，进一步增加机翼总表面积。
[0042]
本实施的工作原理：马达402a通过马达齿轮402b、齿轮组402c和连接齿轮402f带动转轴401a转动，转轴401a通过连接结构带动从动转轴402d转动，从而带动驱动齿轮401b转动，实现了机翼内壳体200在机翼外壳体100内的伸缩，机翼内壳体200在移动的过程中，带动主稳定齿轮302和副稳定齿轮301转动，高了机翼内壳体200在伸缩的过程中的稳定性。
[0043]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：包括机翼外壳体，所述机翼外壳体内设有与机翼外壳体相匹配的机翼内壳体，所述机翼内壳体沿机翼外壳体的长度方向与所述机翼外壳体滑动连接；所述机翼外壳体上设有用于驱动所述机翼内壳体移动的驱动组件。2.根据权利要求1所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述机翼内壳体包括平滑端和用于与驱动组件连接的驱动端，所述机翼内壳体驱动端的表面呈锯齿状。3.根据权利要求2所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述机翼内壳体平滑端上设有用于限制所述机翼内壳体移动距离的限位块。4.根据权利要求2所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述机翼外壳体的内壁上设有用于供所述机翼内壳体稳定滑动的轨道组件。5.根据权利要求4所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述轨道组件包括主稳定齿轮和副稳定齿轮，所述主稳定齿轮分别设于所述机翼内壳体的上方和下方，所述副稳定齿轮分别设于所述机翼内壳体的两侧，所述主稳定齿轮和所述副稳定齿轮分别与所述机翼外壳体转动连接，所述主稳定齿轮和所述副稳定齿轮分别与所述机翼内壳体驱动端啮合连接。6.根据权利要求5所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述主稳定齿轮与副稳定齿轮的齿轮面分别呈与所述机翼内壳体相接触表面相匹配的弯曲状。7.根据权利要求2所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述驱动组件包括转轴、从动转轴、驱动齿轮、马达、马达齿轮和连接齿轮，所述转轴和所述从动转轴平行设置，所述马达齿轮固定套接于所述马达的输出轴，所述转轴和所述从动转轴与所述机翼外壳体转动连接，所述驱动齿轮固定套接于所述转轴和所述从动转轴，所述连接齿轮固定套接于所述转轴，所述驱动齿轮与所述机翼内壳体驱动端啮合连接，所述马达齿轮与所述连接齿轮啮合连接，所述从动转轴与所述转轴之间设有连接结构。8.根据权利要求7所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述连接齿轮与所述马达齿轮之间设有用于减速的齿轮组，所述齿轮组包括同轴设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别以相同的角速度与所述机翼外壳体转动连接，所述第一齿轮与所述马达齿轮啮合连接，所述第二齿轮与所述连接齿轮啮合连接。9.根据权利要求7所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述连接结构包括连接轴、连动齿轮和轴齿，所述连接轴与所述机翼外壳体转动连接，所述连动齿轮固定套接于所述连接轴，所述轴齿固定套接于所述转轴和所述从动转轴，所述连接齿轮和所述轴齿啮合连接。10.根据权利要求1所述的用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，其特征在于：所述机翼外壳体上设有用于驱动组件的动力保护盖。

技术总结
本发明公开了一种用于跨介质航行器滑翔的四驱锯齿状伸缩机翼，包括机翼外壳体，所述机翼外壳体内设有与机翼外壳体相匹配的机翼内壳体，所述机翼内壳体沿机翼外壳体的长度方向与所述机翼外壳体滑动连接；所述机翼外壳体上设有用于驱动所述机翼内壳体移动的驱动组件。本发明能够实现跨介质航行器在跨介质起飞时收缩机翼，以减小机翼起飞时的阻力，并使其在空中滑翔时伸展机翼以提高滑翔比、延长空中工作时间，从而提高了能源利用率并增加跨介质航行器工作半径。航行器工作半径。航行器工作半径。


技术研发人员：徐钰蕾 潘亦鹏 邱仲锋 胡茂林 汪洋 张胜
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/25