专利汇可以提供中性浮力航行器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且中性浮 力 航行器,根据该中性 浮力 航行器的结构的用于制导与导航控制的所有必要的力仅作用在部分A(2.1)上,所述部分位于航行器的最前端与当绕流的轴线平行于航行器的纵向轴线且其方向为从前向后时的拖曳力作用中心D之间。部分A(2.1)可为通过装置而连接至航行器的其余部分上的独立的部件,该装置确保将来自一个部分的动力有效地传递至另一个部分并允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线相对地旋转360度。,下面是中性浮力航行器专利的具体信息内容。
1.一种中性浮力航行器,其特征在于,所述航行器的制导、导航和控制通过由两个推力单元和水平舵产生的力而实现,所述两个推力单元定位于相对于所述航行器的纵向轴线的相对位置中,所述水平舵围绕连接杆而悬置,所述连接杆专有地将由所述推力单元和所述水平舵产生的动力传递至所述航行器的部分(A),所述部分定位于所述航行器的最前端与在绕流(u)的轴线平行于所述航行器的纵向轴线且所述绕流的轴线的方向为从所述航行器的前部朝向其后部时拖曳力(D)施加于其上的部分之间。
2.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,其特征在于,在所述航行器的外表面上且在与部分(A)的尾端部最接近的位置与所述航行器的后边缘之间,没有形成或适配有任何种类的水平舵或推力单元或者能提供航行器围绕横摇轴线、纵摇轴线和首摇轴线的推力、稳定性和控制的任何种类的器件。
3.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器包括布置在所述航行器的纵向轴线的相对侧上的一对推力单元(2)、(2.1),所述推力单元的力通过连接杆(21)、(21.1)传递至部分A,所述连接杆(21)、(21.1)所具有的长度使得由附接在所述连接杆上的所述推力单元(2)、(2.1)产生的湍流推力流在所述航行器正交于由所述航行器的纵向轴线和所述绕流的方向确定的平面运动时、在这个水平面与由推力作用点确定的线垂直地相交时以及还在所述绕流的方向、所述推力的方向和所述航行器的纵向轴线平行时不会扰乱所述航行器的边界层。
4.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器包括穿过所述部分(A)的系统,其特征在于,所述系统是刚性的,以便有效地向所述航行器传递来自固定在所述连接杆(21)、(21.1)中的每一个连接杆上的系统的全部的力。
5.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器包括:部分(A),所述部分(A)是通过如下装置而连接至所述航行器的其余部分的独立部分,所述装置确保将来自一个部分的动力有效地传递至另一个部分,而且还允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线相对地旋转360度。
6.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器用于通过作用在部分A上的动力进行有效控制,所述航行器包括:一组两个水平舵,所述水平舵悬置在每个连接杆的沿着所述杆的纵向轴线的位置中,使得每组水平舵中的一个水平舵处于调节至其对应连接杆的推力单元的推力流中,而另一个水平舵覆盖所述推力流与所述航行器的边界层之间的距离。
7.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器包括:推力单元(2)和(2.1),所述推力单元包括马达(9)、(9.1),螺旋桨(8)、(8.1)牢固地适配在所述马达的轴上,所述马达(9)、(9.1)用螺纹件(10)牢固地安装在元件(11)、(11.1)上,所述元件通过轴(13)、(14)和(13.1)、(14.1)分别以允许相对于元件(44)、(44.1)分别关于所述轴(13)、(14)和(13.1)、(14.1)的每个纵轴的旋转轴线而旋转的方式安装在所述元件(44)、(44.1)上。伺服马达(15)、(15.1)分别牢固地安装在所述元件(11)、(11.1)上,齿轮(16)、(16.1)分别牢固地安装在所述伺服马达的轴上,所述齿轮以如下方式与在分别与连接元件(13)、(14)和(13.1)、(14.1)同心的位置中牢固地附接至所述元件(44)、(44.1)的齿轮(17)、(17.1)啮合,所述方式为,分别来自所述伺服马达(15)、(15.1)的齿轮(16)的旋转将驱动所述元件(11)、(11.1)相对于元件(44)、(44.1)旋转,并因此引起由所述螺旋桨中的每个螺旋桨产生的推力的方向变化,推力的方向正交于与由所述连接元件(13)、(14)和(13.1)、(14.1)的轴分别限定的线垂直的平面。
8.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,其特征在于,在适当命令改变所述航行器的方向之后,使所述推力单元(2)、(2.1)和所述水平舵(4)、(4.1)根据下列内容而围绕轴线旋转,所述轴线正交于与由轴(13)、(13.1)的纵向轴线限定的平面竖直地相交:所述连接杆(21)和(21.1)分别通过基部(30)和(30.1)而牢固地适配在元件(31)上。元件(44)、(44.1)以允许使其围绕杆(21)和(21.1)旋转的方式安装在所述杆上。元件(12)、(12.1)分别牢固地附接在元件(44)、(44.1)上,伺服马达(18)、(18.1)分别牢固地安装在元件(12)、(12.1)上,齿轮(19)、(19.1)牢固地安装在所述伺服马达(18)、(18.1)的轴上。所述伺服马达(18)、(18.1)以一方式固定在元件(12)、(12.1)上且处于使得所述齿轮(19)、(19.1)与通过螺纹件(22)、(22.1)牢固地附接至连接杆(21)、(21.1)的齿轮(20)、(20.1)啮合的位置中。来自所述伺服马达(18)、(18.1)的齿轮(19)、(19.1)的旋转驱动元件(12)、(44)、(11)、(9)和(12.1)、(44.1)、(11.1)、(9.1)的旋转,并且因此随着改变正交于由所述连接杆(21)、(21.1)竖直地相交的水平面的推力的方向的作用而改变螺旋桨(8)、(8.1)的攻角。水平舵装置悬置在杆(21)和(21.1)上,每个水平舵装置分别包括两个水平舵(4)、(5)和(4.1)、(5.1)。所述水平舵旨在通过反向旋转来覆盖其有助于控制横摇角(横摇)的对应的杆,并且所述水平舵通过朝向期望方向的单向性旋转控制所述航行器的相对于由所述航行器的轴线所限定的平面的角以及从所述推力单元到所述连接杆的推力的推力的作用点。所述水平舵(4)和(4.1)所具有的长度和定位的位置为使其外表面被安装在对应的杆上的推力单元的推力流围绕。所述水平舵(5)和(5.1)所具有的长度和所处的位置使得所述水平舵的外表面被分别在所述水平舵(4)和(4.1)与所述航行器的壳体之间的绕流(u)围绕。所述水平舵(4)、(5)、(4.1)、(5.1)分别通过伺服马达(23)、(26)、(23.1)、(26.1)而围绕所述连接杆(21)和(21.1)旋转。这通过从刚性附接至齿轮轴(25)、(32)、(25.1)、(32.1)的齿轮(24)、(27)、(24.1)、(27.1)的扭矩传递而实现。齿轮(25)、(32)通过元件(28)以一方式牢固地附接至部件(12),所述方式为,如果所述伺服马达(23)、(26)处于制动模式中,则在来自致动器(18)的元件(12)的旋转的期间驱动水平舵(4)、(5)旋转。对应的齿轮(25.1)、(32.1)通过元件(28.1)而以一方式牢固地附接至元件(12.1),该方式为,如果致动器(1.23)、(26.1)是处于停止(制动)下,则在来自致动器(18.1)的元件(12.1)的旋转期间引起水平舵(4.1)、(5.1)旋转。为了有效的性能,除了所述控制的目的之外,水平舵能通过伺服马达围绕所述杆旋转,使得根据从传感器收集的关于来自伺服马达的计算机管理系统的流动指令的包络线角度的数据而占用位置,从而指出在不需要对所述航行器的控制进行辅助时的最小的可能流体阻力。
9.根据权利要求1所述的中性浮力航行器,所述航行器包括:推力单元(2)、(2.1)和水平舵(4)、(4.1),在适当的命令改变所述航行器方向之后,使所述推力单元和所述水平舵根据下列内容而与由推力单元(2)、(2.1)朝向对应的连接杆的作用点限定的直线竖直地相交的平面正交地旋转:所述连接杆(21)和(21.1)分别通过轴承(47)、(48)和(47.1)、(48.1)以一方式适配至元件(31),所述方式为,通过伺服马达(18)、(18.1)实现所述推力单元围绕一轴线旋转,所述轴线与由所述航行器的纵向轴线和推力轴限定的平面重合,这是因为它们具有平行于对称轴线的方向且位于使得每个装置作用在所述推力单元连接至所述航行器的壳体的对应连接杆中。所述伺服马达(18)、(18.1)分别通过连接元件(50)、(50.1)以一方式牢固地适配在元件(31)上且位于使牢固地安装在轴上的齿轮分别与齿轮(49)和(49.1)啮合的位置中。齿轮(49)和(49.1)借助于螺纹件(51)、(51.1)牢固地适配至所述杆(21)、(21.1)。元件(43)、(43.1)插在齿轮(49)和(49.1)与所述杆(21)、(21.1)之间,孔形成在所述元件的表面上,所述螺纹件(51)、(51.1)以一方式穿过所述孔,该方式使得所述螺纹件与其对应的杆(21)、(21.1)牢固地连接,所述对应的杆分别限定了其在所述轴承(47)、(48)和(47.1)、(48.1)之间的位置。元件(44)、(44.1)分别借助于螺纹件(80)、(80.1)而牢固地适配在连接杆(21)、(21.1)上,马达基部(11)、(11.1)以一方式轴向地连接在所述元件(44)、(44.1)上,使得所述伺服马达(18)、(18.1)的旋转引起马达(9)、(9.1)的旋转,其进一步地引起螺旋桨(8)、(8.1)的攻角和与由所述推力作用点限定的直线相交的平面正交地提供的推力变化。元件(52)、(52.1)借助于螺纹件(53)、(53.1)而牢固地适配在连接杆上。元件(52)、(52.1)具有足以分别限定轴承(48)、(55)和(48.1)、(55.1)之间距离的长度,从而确保所述水平舵(5)、(5.1)与所述航行器的纵向轴线的确定距离。所述轴承(55)和(55.1)适配至所述水平舵(5)、(5.1)以分别插入所述水平舵(5)、(5.1)与所述连接杆(21)、(21.1)之间。单元(52)、(52.1)的外表面的部分构造成与分别牢固地附接至伺服马达(26)、(26.1)的齿轮(27)、(27.1)啮合的齿轮,所述伺服马达分别固定在所述水平舵(5)、(5.1)上。
10.根据权利要求5所述的中性浮力航行器,其特征在于:
部分A和部分B包括两个独立的系统,所述两个独立的系统以如下方式彼此连接:
A.在施加除旋转力以外的力的情况下确保两个部分之间的刚度
B.允许两个部分之间围绕所述航行器的纵向轴线旋转360度。下列部件定位在部分A上:
a.所有推进和方向控制系统。
b.传感器,所述航行器的导航所必需的数据通过所述传感器而经过有线系统提供到所述航行器。
所描述的功能的目的在于,假定用于所述航行器的制导、导航和控制的所有必需的系统位于部分A上,并且部分B具有围绕所述航行器的纵向轴线的旋转而对称的形状,升力的中心和重心也位于所述航行器的纵向轴线上,使得包络线围绕其纵向轴线而连续地定向,以用于更有效地实现系统牢固地附接至部分B,而不会对所述航行器的操纵及其流动阻力特性产生任何影响。
11.根据权利要求5所述的中性浮力航行器,所述浮力航行器包括:部分A和部分B,所述部分A和部分B通过调节元件(34)而连接在元件(32)上,所述元件由比位于部分B的前部中的包络线更硬的材料制成。元件(34)是柱形的并且其外表面的一部分形成为使得元件(32)能被夹持在螺母(36)、(36.1)之间,因此能够使固定附接件适配在元件(32)和(34)之间。元件(34)穿过部件(32)的纵向轴线上的孔,并且部件(34)的纵向轴线与所述航行器的纵向轴线重合。齿轮(35)的中心形成有一个孔,所述孔的直径能够使其应用在部件(34)上。通过螺母(34)、(32)与销(77)之间的张力能建立齿轮(35)相对于部件(32)的固定的位置。在与部件(36)附接的相对侧上,齿轮(35)在其外表面上具有用作垫片的构造,所述垫片的长度使得在轴承(25)的内环与螺母(38)完全夹紧期间除了齿轮(40)之外不存在附接在轴承(25)与螺旋桨(8)、(8.1)之间的部件能与所述元件(35)、(36)、(32)、(38)和(33)接触。部件(31)安装在轴承(25)的外表面上,其用作所述连接杆(21)和(21.1)的基部,所有推力和控制力通过所述连接杆连接到所述基部上。伺服马达(39)适配在所述元件(31)上的一位置中,使得牢固地附接到其轴上的齿轮(40)以使所述伺服马达(39)的轴线的旋转驱动所述基部(31)旋转并由此使部分A的全部部件关于元件(32)且因而使得部分B的全部部件旋转的方式与齿轮(35)啮合。元件(34)能为中空的,使得电缆或管道能穿过其腔体,可通过该电缆或管道从部分B至A或反之亦然地传递流体(用于热引擎的燃料)、电压(用于马达)、来自传感器的数据、命令或使得流体环绕部分B(诸如电池、电子设备等等)的冷却元件。为了密封元件(33)的内部,用于与航行器的部分A或外部环境的连接的部分B的所有元件被元件(78)包围,其能够密封(33)的内部。
12.根据权利要求1至2和6所述的中性浮力航行器,其特征在于:部分B的外表面的形状是围绕其纵向轴线旋转的形状,重心与部分B的纵向轴线重合并且沿着所述纵向轴线被正交于所述部分B的纵向轴线运动的负载所确定,所述负载仅用于相对于所提供的推力大小和转角以及所产生的拖曳力大小来调节所述航行器的平衡纵摇角,使得对于所述航行器而言能够实现并维持在围绕所述纵摇轴线的转角中,比如为了当在下列情况中时使牢固地附接在其上的系统更高效率的操作结果:
A.所述航行器克服作用在其上的由绕流引起的力而悬停。
B.所述航行器克服作用在其上的由绕流引起的力而在平行于地平面的平面中运动。
C.所述航行器在绕流的影响下在地平平面中进行可控的慢漂运动。
13.在权利要求1至12中描述的航行器的导航方法,其特征在于:根据环境条件以及所述航行器的任务需要而在通过有线系统对飞行器发出命令之后,导航控制通过下列方法中的一个而实现:
A.在通过有线系统对飞行器发出命令之后,当航行器平衡横摇角被限定时,由推力作用点限定的轴线平行于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统,因此所述航行器的控制根据下列条件而实现:
·推力由两个单元提供
·横摇控制通过推力单元在低外部流速下的反向旋转并通过水平舵在外部低流速下的反向旋转而实现,在所述外部低流速下,所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。
·首摇控制通过所述推力单元在低流速下的反向旋转并通过所述水平舵在外部低流速下的反向旋转而实现,在所述外部低流速下,所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转,直到由推力作用点限定的轴线垂直于由航行器的纵向轴线和期望的方向所限定的平面,并且通过所述推力单元在低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转之后,所述水平舵在该水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。
·纵摇控制通过所述推力单元在低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转而实现,所述水平舵在所述水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。
B.在通过有线系统对飞行器发出命令之后,当所述航行器的平衡纵摇角被限定时,由推力作用点限定的轴线平行于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统,因此所述航行器的控制将根据下列条件而实现:
·推力由两个单元提供
·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现,在所述水平面上,所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。
·首摇控制通过朝向定位得更接近的推力单元的期望方向的旋转而实现。
·纵摇控制通过所述推力单元在相对低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单向旋转而实现,所述水平舵在所述水平面上能提供朝向期望方向的足够的力。
如果在驾驶员发出命令之后,为了实现来自于附接到所述航行器上的系统的更高效率,当所述航行器的平衡纵摇角与地平面不平行时,驾驶员的控制命令以使得所述航行器的控制将根据用于推力、首摇和纵摇的所有上文中描述内容而实现的方式被传递至马达和水平舵致动器系统,其中,横摇控制将根据下列条件而实现:
·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现,在所述水平面上,所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转,在所有情况下,所述航行器的平衡纵摇角和外部流体的流动方向限定了推力水平面的差值的度数的转角,其将不会显著地影响所述航行器围绕其纵向轴线的运动。在所有情况下,所述航行器的平衡纵摇角和所述外部流体的流动方向限定了推力水平的差值的度数的转角,其将显著地影响所述航行器的横摇控制,这将通过在两个推力单元之间提供不同大小的推力来实现。
C.在通过有线系统对飞行器发出命令之后,当所述航行器的平衡纵摇角被限定时,由推力作用点限定的轴线垂直于地平面。驾驶员的控制命令被传递到马达和水平舵致动器系统,因此所述航行器的控制将根据下列条件而实现:
·推力由两个单元提供
·横摇控制通过推力单元在低流速下的反向旋转并通过水平舵在水平面的流速下的反向旋转而实现,在所述水平面上,所述水平舵能提供足够的力以提供所述航行器围绕其纵向轴线的期望的旋转。
·首摇控制通过所述推力单元在相对低流速下的单向旋转并通过所述水平舵在水平面的流速下的单项旋转而实现,在所述水平面上,所述水平舵能提供朝向期望方向的足够的力。
·纵摇控制通过朝向定位得更靠近的推力单元的期望方向的旋转而实现。
如果在来自于所述驾驶员的命令之后,为了实现来自于被附接到所述航行器上的系统的更高的效率,所述航行器的平衡纵摇角是与所述地平面不平行的一个,所述驾驶员的控制命令以所述航行器的所述控制将被根据下列而实现的方式被传递到马达和所述水平舵舵致动器系统:
·推力由定位得更靠近绕流的推力单元提供。
·横摇控制通过以推力将在将显著地影响所述航行器围绕其纵向轴线的运动的方向上提供的方式提供推力单元的旋转而实现。在横摇控制上,当所述航行器的平衡纵摇角根据外部流的方向而具有能产生足够的动力的度数时,水平舵和不提供推力的推力单元能提供帮助。
·纵摇控制通过朝向所述推力单元的期望方向的旋转而实现。
·首摇控制通过每个推力单元的朝向合力将在转角中的方向的旋转而实现,其将具有使所述航行器的转角朝向期望方向变化的效果,而不会影响围绕所述航行器围绕其纵向轴线的转角。
14.根据权利要求1-10所述的中性浮力航行器,所述航行器包括:数字控制单元,相对于从传感器提供的数据和从所述航行器的制造者提供的限制,通过所述数字控制单元,根据下列条件与所述航行器的控制相关的命令被传递至致动器和动力单元:
A.水平舵的最佳偏离结果和所述航行器的响应,因为驾驶员用计算机分析控制的效果,所以取决于依照其与飞行状态相关的规范的所述航行器的能力而给出最终的命令。
B.围绕航行器的纵向轴线的航行器位置的稳定性。
C.施加在所述航行器上的湍流的标准化。
D.通过引入适当的限制系统而防止所述航行器的过载。限制系统包括:一些测量装置(传感器);计算机,所述计算机将测量值与由制造者根据所述航行器的结构强度和控制能力而设定的限制值进行比较;以及限制器,如果接近预定的限制值则所述限制器不会限制于所述水平舵的角度以及所提供的推力的大小和发散角。对于具有在本申请中示出的一个规格的航行器而言需要下列条件:
A.限制沿着纵向轴线的负载因数,以防止所述航行器的结构过载。
B.限制旋转速度,以避免横向结构过载。
C.限制部分A和部分B之间旋转的角速度,以便防止由部分B的转动惯量引起的所述航行器的方向系统的结构过载。
D.限制部分A和部分B之间旋转的角速度,以防止所述航行器的方向系统能力超过部分B的转动惯量。
E.限制由移动负载控制的平衡纵摇角,其中,所述平衡纵摇角旨在接近相对于绕流将引起超过所述航行器的结构强度的限制值的环境流的大小,或者由于相对于任务和系统性能而增大了拖曳力是不利的,所以将调整获得航行器的平衡纵摇角的原因。
F.以适当的角度提供推力,使得所述航行器的平衡纵摇角根据所述航行器的拖曳力和所述航行器的重心作用点而被设定,以用于使由牢固地附接在所述航行器的包络线上的系统更高效率地工作。
G.以适当的角度和大小来布置所提供的推力,以用于使所述航行器在侧风的影响下与其纵向轴线成角度地行进时维持在航向上。
H.控制所述航行器围绕横摇轴线的角度,以用于使由推力作用点限定的直线与由外部流的方向和所述航行器的纵向轴线限定的水平面垂直地相交,从而使推力流不会扰乱所述航行器的边界层。
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