[发明专利]无刷电机-涵道风扇式水空跨介质飞行潜航器

说明书

本发明涉及一种无刷电机‑涵道风扇式水空跨介质飞行潜航器，属于水空跨介质飞行领域。包括无刷电机、涵道风扇壳体、涵道风扇叶片、桨臂、球形壳体、锂电池、调压器、Pixhawk控制器、电子调速器、遥控信号接收机、内部支架。本发明采用四组无刷电机‑涵道风扇驱动机构作为空中和水中的动力装置，从而实现空中飞行、水中潜航、反复的水空跨越跨介质运动，且无需切换动力装置。同时，本发明综合考虑了机体在水中防水、阻力、浮力和附加质量等因素，将机体设计成球形。采用这一外形设计，有利于减小阻力，增大浮力；同时附加质量各方向相同，有利于自主潜航和自主出水的控制方案设计。本发明具有装置结构简单、实用性强等优点。

技术领域

本发明涉及水空跨介质飞行领域，特别涉及飞行潜航器设计领域，尤指一种无刷电机-涵道风扇式水空跨介质飞行潜航器。

背景技术

水空跨介质飞行潜航器具备水下潜航、空中飞行和反复出入水跨越的能力。这一技术受到了广泛关注和高度重视。水空跨介质飞行潜航器能够完成水空介质交叉类型的任务，是航空技术与航海技术的深度融合，在军事和民用领域具有广阔的应用前景。在军事领域方面，飞行潜航器作为跨介质平台，通过安装不同的传感器，可以进行水空一体化的侦察、监视目标。此外，通过空中/水下的反复交替运动，飞行潜航器可以隐蔽抵近目标区域，从而实现隐蔽载运或攻击的目的。在民用领域方面，飞行潜航器可以用于监测桥梁桥墩、水下线缆、管道泄漏等损坏情况。

目前，罗格斯大学、奥克兰大学、空军工程大学、上海交通大学等研究团队设计了旋翼式飞行潜航器，能够实现可控的反复出入水跨越。但这些设计方案存在一些亟待解决的问题。在动力和构型方面，以单独空气桨或空气桨-水桨组合切换的方式作为动力，总体效率较低。同时，出水过程中，空气桨叶容易触碰水面导致出水失败，成功的出水对操纵者经验的要求很高。在控制方式方面，采用空中控制器、水下控制器切换工作的方式时，切换过程易诱发飞行潜航器的机体抖动。这些问题导致旋翼式飞行潜航器在出入水跨越过程时抗扰性差，出水成功率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无刷电机-涵道风扇式水空跨介质飞行潜航器，解决了现有飞行潜航器存在的出入水跨越过程时抗扰性差、出水成功率低等问题。本发明将无刷电机-涵道风扇作为水空一体动力装置设计飞行潜航器，水空跨越无需动力切换，且涵道风扇的迎风面积小，有利于减小飞行潜航器在水中受到的阻力和降低旋翼叶片触碰水面导致出水失败的概率，从而提升出水成功率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

无刷电机-涵道风扇式水空跨介质飞行潜航器，在空中和水下共用一套水空一体化动力装置，实现空中飞行、水中潜航和反复的水空跨越运动，且无需切换动力装置；所述水空一体化动力装置包括四组构造相同的无刷电机-涵道风扇驱动机构，所述无刷电机-涵道风扇驱动机构分别通过桨臂4固定在球形壳体上，所述无刷电机-涵道风扇驱动机构的结构是：无刷电机1与涵道风扇壳体2同轴，穿过涵道风扇壳体2后，固定在涵道风扇壳体2上，涵道风扇叶片3固定在无刷电机1的输出轴上，桨臂4带有抱箍的一端夹住涵道风扇壳体2，并通过螺钉拧紧，桨臂4的另一端插入下半球形壳体6上的桨臂安装座14内并通螺钉拧紧，从而将无刷电机-涵道风扇驱动机构固定在中心的球形壳体上。

所述的球形壳体为空心球体，包括上半球形壳体5和下半球形壳体6，下半球形壳体6内设有卡槽13，遥控信号接收机11、Pixhawk控制器9、锂电池7、调压器8、电子调速器10由上往下依次插入内部支架12后，再整体插入下半球形壳体6的卡槽13中，实现固定；上半球形壳体5固定在下半球形壳体6上，从而实现装配和防水。

所述的锂电池7通过导线连接调压器8，调压器8电压的输出端通过导线分别连接Pixhawk控制器9和电子调速器10，Pixhawk控制器9的输出端通过导线分别连接遥控信号接收机11和电子调速器10，电子调速器10的四个输出端的导线通过导线孔15引出至下半球形壳体6外，再经过桨臂4的空腔部分，分别与无刷电机1连接；导线孔15通过胶水密封。

所述的涵道风扇叶片3的数量为3~12个。