[发明专利]一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及控制方法

说明书

本发明公开了一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及控制方法，其技术方案要点是包括机体和分别设置于机体两侧的机翼，机体前端设有螺旋桨，机体的尾端设有火箭发动机和回收装置；还包括：飞行控制系统和任务载荷系统，飞行控制系统包括控制执行机构模块、组合导航模块等和组合动力系统，组合动力系统包括连接于火箭发动机的火箭推动模块、分别配合螺旋桨的驱动电机和发动机，驱动电机连接有电池组件。本发明通过采用组合动力系统，发挥各自优点，可实现水下潜伏航行、水‑空跨介质转换和空中飞行三种航行状态，飞行控制模式采用变后掠变迎角组合控制模式，具有可跨介质、机动灵活、成本低等特点，可满足多种军民应用需要。

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及控制方法。

背景技术

跨介质潜水无人机，目前国内多采用空中飞行水面降落、溅落入水的方式完成跨介质航行，在该领域的研究基本上都还处于总体概念设计、关键技术攻关和样机验证阶段。跨介质无人机气动布局设计需要同时满足气动力学和水动力学的要求，由于水的密度是空气密度的800倍，设计出能自适应这两种介质的飞行器成为技术难点，存在着变密度、结构转换、动力转换等技术问题亟待解决。

鉴于此，如何设计出一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及其控制方法，克服上述现有技术中所存在的缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及其控制方法，通过采用组合动力系统，将火箭推进模块、氢燃料电池、甲醇汽油活塞式发动机三种推进模式进行有机整合，发挥各自优点，可实现水下潜伏航行、水-空跨介质转换和空中飞行三种航行状态，飞行控制模式采用变后掠变迎角组合控制模式，具有可跨介质、机动灵活、成本低等特点，可满足多种军民应用需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机，包括机体和分别设置于机体两侧的机翼，所述机体前端设有螺旋桨，所述机体的尾端设有火箭发动机和回收装置；所述无人机还包括：

用于控制无人机轨迹与姿态的飞行控制系统，所述飞行控制系统包括连接于机翼的控制执行机构模块、用于获取无人机位置与姿态的组合导航模块；

用于推动飞行器前进的组合动力系统，所述组合动力系统包括连接于火箭发动机的火箭推动模块、分别配合螺旋桨的驱动电机和发动机，所述驱动电机连接有电池组件；

用于飞行至预定空域后完成用户制定任务的任务载荷系统。

通过采用上述技术方案，电池组件能给无人机水下潜航时提供能源，让驱动电机带动螺旋桨转动；发动机为无人机飞行时提供能源，带动螺旋桨高速转动；火箭推进模块为无人机跨越水-空中时提供能源，具有可靠性高、结构简单、推力大、适应性强的优点，用于潜水无人机跨介质飞行动力源。让火箭推进装置喷出高温燃气推动无人机出水，有效地实现了无人机水下潜伏航行、水-空跨介质转换和空中飞行的三种航行状态，机动灵活，可满足多种军民应用需求。

作为优选，所述机翼一端铰接于机体上，所述机体和回收装置配合机翼设有凹槽空腔，通过步进电机对机翼做掠角和迎角的控制。

通过采用上述技术方案，机翼采用变结构设计，有2个自由度，一是90°变后掠角设计，在出水时机翼完全收起，与无人机轴线平行，可有效减少出水阻力；二是采用变迎角设计，无人机在空中飞行，通过对机翼的迎角及后掠角的控制，达到无人机能够在空中快速机动及稳定飞行的目的。

作为优选，所述火箭发动机包括壳体、设置于壳体内的火箭发动机装药和设置于壳体尾端的喷管，所述喷管与壳机空间连通，所述喷管设有密封件。

通过采用上述技术方案，火箭发动机采用固体推进剂，喷管上的密封件是为了做好密封处理效果，防止进水。