技术领域
[0001] 本
发明涉及无人机技术领域，具体地说，涉及一种空中飞行、水面航行和水下潜航的三栖无人机。
背景技术
[0002] 随着航空、航海工业技术的发展，无人机可实现空中飞行、水上航行、陆地行驶和水下潜航的多种工作模式。目前，水空两用无人机较多依据水上飞机的设计理念进行设计，仅针对空中飞行和水上航行研制且水上航行时速度较慢；三栖无人机是针对空中飞行、陆地行使和水上航行研制的，不具有水下潜航的能
力。随着无人机技术的进步，能够同时实现空中飞行、水上航行和水下潜航的三栖无人机是未来航空和航海发展方向。
[0003] 发明
专利CN106976367B公开了“一种三栖无人机”，该三栖无人机包括密封的
机身、基于开源的Arduino平台利用遥控器实现控制的MWC飞行控制
固件、四旋翼，能够在不同灾害环境下执行搜救探测任务。该三栖无人机虽然能适应空中、陆地和水面三种环境，但是相比于固定翼无人机，在续航性能方面
能量转换效率较低，承载较弱且速度较慢。此外，该三栖无人机集空中飞行、陆地行驶和水中航行功能于一身，但是无法执行水下潜航搜救探测任务。
[0004] 在专利CN205150246U提出了“一种水空两用无人机”，该水空两用无人机在机翼上安装飞行动力系统，在无人机飞行模式时提供动力，在机身后部侧下方安装喷
泵喷水推进器，为无人机提供水上航行的动力。该水空两用无人机通过两套独立的动力装置实现无人机空中飞行和水上航行，但是不能在水下潜航，限制了其应用领域。
[0005] 国内外关于多栖搜救器的研究存在一些难点，2008年美国先期计划研究局提出的混合飞行平台设想，其集空中飞行、水面航行、水下潜航于一体，但限于布局设计和动力系统等问题未能完成。通过机身两侧涵道
发动机收放和机翼倾转实现无人机构型的变化，从而适应不同工作环境；通过两套独立的动力系统为空水潜无人机三种工作模式提供动力；通过水翼及水
舵技术提高了系统的工作效率。
发明内容
[0006] 为避免
现有技术存在的不足，本发明提出一种空水潜三栖无人机。该无人机采用两套动力系统，共三台发动机，其中两台发动机分别安装在机身中部位于机翼前下部两侧，并在发动机外侧加装涵道；一台发动机安装在机身尾部作为潜航
推进器，并在潜航推进器外侧加装涵道；飞行及航行模式时，机身两侧的两台发动机提供动力，机身尾部发动机关闭；潜航模式时，机身尾部发动机提供动力，机身两侧的两台发动机关闭，具有空中飞行、水面航行和水下潜航的工作模式。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括机身、鸭翼、涵道发动机、可
旋转机翼、下反平尾、潜航推进器和垂尾，其特征在于所述机身截面为椭圆形扁纺锤体，机翼为平直翼及椭圆翼，机翼采用大展弦比上单翼，鸭翼和下反平尾采用下单翼；所述涵道发动机为两台，涵道发动机分别布置在机身前部位于机翼前缘的前下部；所述潜航推进器位于机身尾部，潜航模式时涵道发动机收进机身，潜航推进器提供潜航所需的动力；
[0008] 无人机在飞行模式下，机翼旋转90°展开至与机身垂直
位置并
锁定，鸭翼和平尾及其上的舵面为无人机提供纵向的
稳定性和操纵力矩，垂尾及其上的舵面为无人机提供航向的稳定和操纵力矩；
[0009] 航行模式下，鸭翼和平尾作为水翼与水介质
接触产生水动升力，通过机身两侧涵道发动机的动力差动实现
偏航控制；
[0010] 潜航模式下，通过调节机身前部和后部
压载水舱的重量控制无人机的潜航深度及
俯仰姿态，通过鸭翼和平尾上的舵面实现无人机的俯仰控制，通过垂尾上的方向舵实现无人机的偏航控制。
[0011] 所述机翼采用高升力
翼型且下表面平坦。
[0012] 所述潜航推进器采用桨叶剖面弦长较小的涵道螺旋桨推进器。
[0013] 有益效果
[0014] 本发明提出的一种空水潜三栖无人机，通过可旋转机翼和机身两侧可收放涵道发动机实现空中飞、水上航行和水下潜航三种工作模式。飞行模式下，机翼与机身垂直并锁定，无人机此时为三翼面布局，鸭翼、机翼和平尾作为升力部件；航行模式下，机翼与机身融合为具有
流线型的扁纺锤体形状，减小了无人机的阻力，提高了航行性能；潜航模式下，机翼与机身融合为具有流线型的扁纺锤体形状且机身两侧涵道发动机收进机身，尾部推进螺旋桨提供动力，使无人机实现潜航。
[0015] 空水潜三栖无人机采用
尾翼/水翼/水舵一体化设计，优化了无人机结构，提高其系统的集成度并降低无人机的结构重量及阻力。飞行模式下，和三翼面飞机相同，鸭翼和平尾及其舵面为无人机提供纵向稳定性和操纵力矩；航行模式下，鸭翼和平尾经过密封处理作为水翼与水介质接触产生水动升力；潜航模式下，鸭翼和平尾经过密封处理作为水翼，鸭翼和平尾上的舵面经过密封处理作为水舵，通过水舵实现无人机的俯仰控制。
附图说明
[0016] 下面结合附图和实施方式对本发明一种空水潜三栖无人机作进一步的详细说明。
[0017] 图1为本发明空水潜三栖无人机在飞行状态示意图。
[0018] 图2为本发明空水潜三栖无人机在航行状态示意图。
[0019] 图3为本发明空水潜三栖无人机在潜航状态意图。
[0020] 图4a为本发明空水潜三栖无人机在飞行状态俯视图。
[0021] 图4b为本发明空水潜三栖无人机在飞行状态的主视图。
[0022] 图4c为本发明空水潜三栖无人机在飞行状态的侧视图。
[0023] 图5a为本发明空水潜三栖无人机在航行状态的俯视图。
[0024] 图5b为本发明空水潜三栖无人机在航行状态的主视图。
[0025] 图5c为本发明空水潜三栖无人机在航行状态的侧视图。
[0026] 图6a为本发明空水潜三栖无人机在潜航状态的俯视图。
[0027] 图6b为本发明空水潜三栖无人机在潜航状态的主视图。
[0028] 图6c为本发明空水潜三栖无人机在潜航状态的侧视图。
[0029] 图中:
[0030] 1.机身2.鸭翼3.涵道发动机4.可旋转机翼5.下反平尾6.潜航推进器7.垂尾具体实施方式
[0032] 参阅图1～图6c，本实施例空水潜三栖无人机由机身1、鸭翼2、涵道发动机3、可旋转机翼4、下反平尾5、潜航推进器6和垂尾7组成；其中，机翼4呈椭圆形，机翼前侧中部位置设置有导流片，减小了飞行模式下无人机的阻力，在航行及潜航时，机翼与机身融合为具有流线型的纺锤体，机身1两侧设置有涵道发动机3，机身1尾部设置有潜航推进器6和垂尾7。
[0033] 本实施例中，无人机模式转换过程包括
起飞、着陆、潜航和上浮；起飞时无人机将机翼4旋转90°展开至与机身1垂直位置并锁定，由于鸭翼比平尾安装
角大、距离无人机
重心较近、下反角大，无人机产生正停机角，此时提高机身两侧涵道发动机推力，
吃水深度减少，鸭翼和平尾上的水动升力逐渐减少，机翼
气动升力增加，无人机逐渐脱离水面切换为飞行模式；着陆时无人机借助于纺锤形机身以机腹接触水面逐渐减速完成水面降落，待速度降低后机翼4倾转至与机身1平行位置并锁定，无人机切换为航行模式；潜航时无人机速度减小为0，通过机身1吃水产生
浮力漂浮在水面，将涵道发动机3收入机身1，机身前侧及后侧的压载水舱注水增大重力使无人机下沉潜入水中，开启机身尾部的潜航推进器6提供推力，无人机切换为潜航模式；上浮时无人机通过排出压载水舱中的水以及控制鸭翼2和平尾5上的舵面使无人机浮出水面，关闭潜航推进器6，机身1内部两侧涵道发动机3展开至工作位置并启动，随着推力的增大，鸭翼2和平尾5提供的水动升力逐渐增加，机身1逐渐脱离水面，鸭翼2和平尾5部分浸入水中产生需用水动升力，无人机切换为航行模式。
[0034] 本实施例中，涵道发动机3为两台，飞行模式时两台发动机分别布置在机身1前部位于机翼前缘的前下部。潜航推进器6为一台，潜航模式时涵道发动机3收进机身1，潜航推进器6提供潜航所需的动力。
[0035] 无人机工作模式
[0036] 空中飞行模式:在空中飞行模式下无人机为三翼面气动布局，机翼4和机身1处于垂直位置，机身1两侧涵道发动机3工作，机身1尾部潜航推进器6关闭。在空中飞行状态，无人机飞行所需的升力主要来自于鸭翼2、机翼4和平尾5，维持无人机飞行所需的动力由机身1两侧的涵道发动机3提供。
[0037] 水上航行模式:水上航行模式时无人机采用了水翼技术，经过密封处理的鸭翼2和平尾5作为水翼与水介质接触产生水动升力，为无人机航行提供所需升力。机翼4倾转90°并锁定，与机身1融合为具有流线型的扁纺锤体形状，降低无人机航行时的阻力。在水上航行状态，机身1两侧涵道发动机3工作，机身1尾部潜航推进器6关闭，维持无人机飞行所需的动力由机身1两侧的涵道发动机3提供，无人机通过机身1两侧涵道发动机3动力差动实现偏航控制。停泊状态时，机身1、鸭翼2和平尾5浸没在水下，机身1前部及后部分别布置有压载水舱，无人机漂浮所需的浮力主要来自压载水舱。
[0038] 水下潜航模式:水下潜航时，无人机采用了水翼和水舵技术，经过密封处理的鸭翼2和平尾5作为水翼为无人机提供部分潜航所需升力，经过密封处理的鸭翼2和平尾5上的舵面作为水舵保证无人机的纵向稳定性和
操纵性，经过密封处理的垂尾7的舵面作为水舵为无人机提供航向稳定性和操纵性。机翼4倾转90°并锁定，与机身1融合为具有流线型的扁纺锤体形状，降低无人机潜航时的阻力。在水下潜航状态，机身1两侧涵道发动机3已收进机身，机身1尾部潜航推进器6工作，维持无人机潜航所需的动力由机身1尾部的潜航推进器6提供。无人机通过机身1内部布置的压载水舱控制潜航深度。
[0039] 本实施例中，通过涵道发动机3收放和机翼4倾转实现无人机构型的变化，从而适应不同工作环境；通过两套独立的动力系统为空水潜无人机三种工作模式提供动力；通过水翼及水舵技术提高了系统的工作效率。
