一种新型菱形结构三船身水面起降无人机

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一种新型菱形结构三船身水面起降无人机
申请号	CN202122083487.2	申请日	2021-08-31	公开(公告)号	CN216443796U	公开(公告)日	2022-05-06
申请人	郑州航空工业管理学院;			发明人	王菲; 田秋丽; 王菁; 曾宪泽; 魏星龙; 李一帆; 张璇; 宋坤原; 安鑫; 彭丽凡; 李恩情; 夏陆林; 张可欣;
摘要	本实用新型公开了一种新型菱形结构三船身水面起降无人机，包含三船身式机身、菱形结构机翼、复合舵面控制部分、推进装置等，所述三船身式机身用于实现水面停留、高速滑行、水面滑行稳定性、载荷装载等，菱形翼结构机翼采用复合式菱形结构获得更高升力和结构强度，复合舵面控制部分提供水面滑行、飞行状态的姿态控制，动力装置为无人机提供推进力。相较现有水上无人机，本实用新型水面起降无人机升力性能提升35%，航程提高25%以上，具有较好的水面高速滑行性能，可广泛应用于水面搜救、情报跟踪、物资投放等。
权利要求	1.一种新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于：所述新型菱形结构三船身水面起降无人机包含三船身式机身、菱形结构机翼、复合舵面控制部分、推进装置；所述三船身式机身由中部船身式机身(11)和两翼辅助船身式机身(12)组成，用于实现水面停留、高速滑行、水面滑行稳定性、载荷装载；所述中部船身式机身(11)和两翼辅助船身式机身(12)通过菱形结构机翼连接；所述复合舵面控制部分设置于菱形结构机翼上，提供水面滑行、飞行状态的姿态控制；所述推进装置设置于中部船身式机身(11)的尾部，为无人机提供推进力。 2.根据权利要求1所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述中部船身式机身(11)采用船身式多级断阶技术，分为上中下三层，上层为流线型结构，下层为船底式结构，中层为船身侧板结构，提高水面快速滑行性能和高速滑行时的稳定性，为无人机主要载荷的装载部分；两翼辅助船身式机身(12)与中部船身式机身(11)同样采用船身式多级断阶技术，两翼船身式机身(12)长度为中部船身式机身(11)长度的0.3‑0.85倍。 3.根据权利要求1所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述菱形结构机翼由前翼(21)、后翼(22)、外翼(23)、垂尾(24)组成；前翼(21)翼根连接于中部船身式机身(11)头部两侧，距其头部5～15％机身长度，后掠角8～30度，上反角2～15度，采用中单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身(12)距其头部15～30％机身长度处，采用中单翼方式安装；后翼(22)翼根连接于中部船身式机身(11)尾部两侧，距其尾部20～35％机身长度，前掠角为10～45度，下反角为5～25度，采用上单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身(12)距其尾部12～30％机身长度，采用中单翼方式安装；外翼(23)翼根连接于两翼辅助船身式机身(12)外侧中部位置，距其头部40～60％机身长度，采用中单翼方式连接，上反角5～20度，后掠角3～15度；垂尾(24)位于中部船身式机身(11)尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为0～15度，高度为对应机身长度的15～35％；推进装置设置于垂尾(24)顶部，通过垂尾与中部船身式机身(11)尾部连接。 4.根据权利要求3所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，前翼(21)、后翼(22)展长为无人机展长的35～55％，前翼(21)、后翼(22)、外翼(23)可选用低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的任意一种；前翼(21)、后翼(22)、外翼(23)安装角为0～5度，垂尾(24)为对称翼型。 5.根据权利要求3所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述复合舵面控制部分由前襟翼(31)、后襟翼(32)、内副翼(33)、外副翼(34)、方向舵(35)、全动水舵(36)组成；前襟翼(31)位于前翼(21)后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～30％；后襟翼(32)位于后翼(22)后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～30％；内副翼(33)、外副翼(34)均位于外翼(23)的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的10～30％；方向舵(35)位于垂尾(24)后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～25％；全动水舵(36)位于中部船身式机身(11)尾部下方，采用对称翼型。 6.根据权利要求3所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述推进装置由推进螺旋桨(41)和发动机匣(42)组成，推进螺旋桨(41)位于发动机匣(42)前端，采用木质或碳纤维材料；桨叶为2叶、3叶、4叶桨，发动机匣(42)位于垂尾(24)上端。 7.根据权利要求3所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述前翼(21)翼根连接于中部船身式机身(11)头部的中层船身侧板结构处，后翼(22)翼根连接于中部船身式机身(11)尾部的上层流线型结构处，使得前翼(21)和后翼(22)分处不同水平面。
说明书全文	一种新型菱形结构三船身水面起降无人机技术领域 [0001] 本实用新型涉及水上无人机，特别是涉及一种新型菱形结构三船身水面起降无人机。背景技术 [0002] 我国拥有极为丰富的海洋资源、江河湖泊，水上是重要的物资运输途径，也是水生资源的重要生产地，同时，海洋面积大，海上岛屿众多，为进一步改善海上运输效率，无人机成为重要的运载工具。此外，近年来海洋权益日益复杂化，有必要针对性提高水面搜救、水上水下兵力侦察、海洋矿产资源勘测、随舰跟踪和监视等作业效率，现有无人机或改装无人机在巡航效率、巡航速度、有效载荷大小、起降条件上存在诸多限制，市场急需一种可以水面起降、运载能力强、稳定性高的水上无人机。结合以上需求，本实用新型将高速快艇的船身设计技术和大载荷、高强度无人机设计技术有效综合起来，提出一种可在水面高速滑行、水上起降的多功能水上无人机，可广泛应用于水上物资运输、水面快速搜救、海上军事力量侦察、水上资源勘测等，具有高升力、大载荷、高稳定的优势。 [0003] 本实用新型的技术问题在于实现以下几个关键问题：(1)如何提高无人机水上起降过程的高速滑行稳定性和离水着水安全性；(2)如何有效提高无人机巡航状态升力特性，同时具备较高的抗风性和失速特性；(3)如何有效增加航程和无人机结构强度。以上三个关键问题的有效解决，将在很大程度上解决水上无人机的目前面临的诸多问题，从而为该实用新型用于多种水面应用方向提供可能。发明内容 [0004] 本实用新型所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出改进方案或者替换方案，尤其是提供一种可实现水面高速起降的多功能无人机。 [0005] 为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：一种新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于：所述新型菱形结构三船身水面起降无人机包含三船身式机身、菱形结构机翼、复合舵面控制部分、推进装置；所述三船身式机身由中部船身式机身和两翼辅助船身式机身组成，用于实现水面停留、高速滑行、水面滑行稳定性、载荷装载；所述中部船身式机身和两翼辅助船身式机身通过菱形结构机翼连接；所述复合舵面控制部分设置于菱形结构机翼上，提供水面滑行、飞行状态的姿态控制；所述推进装置设置于中部船身式机身的尾部，为无人机提供推进力。 [0006] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述中部船身式机身采用船身式多级断阶技术，分为上中下三层，上层为流线型结构，下层为船底式结构，中层为船身侧板结构，提高水面快速滑行性能和高速滑行时的稳定性，为无人机主要载荷的装载部分；两翼辅助船身式机身与中部船身式机身同样采用船身式多级断阶技术，两翼船身式机身长度为中部船身式机身长度的0.3‑0.85倍。 [0007] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述菱形结构机翼由前翼、后翼、外翼、垂尾组成；前翼翼根连接于中部船身式机身头部两侧，距其头部5～15％机身长度，后掠角8～30度，上反角 2～15度，采用中单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身距其头部15～30％机身长度处，采用中单翼方式安装；后翼翼根连接于中部船身式机身尾部两侧，距其尾部20～35％机身长度，前掠角为10～45度，下反角为5～25度，采用上单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身距其尾部12～ 30％机身长度，采用中单翼方式安装；外翼翼根连接于两翼辅助船身式机身外侧中部位置，距其头部 40～60％机身长度，采用中单翼方式连接，上反角5～20度，后掠角3～15度；垂尾位于中部船身式机身尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为0～15度，高度为对应机身长度的15～35％；推进装置设置于垂尾顶部，通过垂尾与中部船身式机身尾部连接。 [0008] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，前翼、后翼展长为无人机展长的35～55％，前翼、后翼、外翼可选用低速翼型、层流翼型、超临界翼型中的任意一种；前翼、后翼、外翼安装角为 0～5度，垂尾为对称翼型。 [0009] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述复合舵面控制部分由前襟翼、后襟翼、内副翼、外副翼、方向舵、全动水舵组成；前襟翼位于前翼后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～30％；后襟翼位于后翼后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～30％；内副翼、外副翼均位于外翼的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的 10～30％；方向舵位于垂尾后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～25％；全动水舵位于中部船身式机身尾部下方，采用对称翼型。 [0010] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述推进装置由推进螺旋桨和发动机匣组成，推进螺旋桨位于发动机匣前端，采用木质、碳纤维或其他复合材料；桨叶为2叶、3叶、4叶桨，发动机匣位于垂尾上端。 [0011] 进一步，根据上述技术方案所述新型菱形结构三船身水面起降无人机，其特征在于，所述前翼翼根连接于中部船身式机身头部的中层船身侧板结构处，后翼翼根连接于中部船身式机身尾部的上层流线型结构处，使得前翼和后翼分处不同水平面。 [0012] 本实用新型的技术效果如下：(1)采用菱形结构机翼，大幅提升水上无人机结构性能，升力性能提升35％左右，结合前襟翼和后襟翼使用，最大失速迎角提升3～5度。 [0013] (2)采用三船身式机身，有效改善并提高了水上高速滑行性能和起降稳定性，提高了水上滑行安全性；采用船身式多级断阶技术，将中部船身式机身分为上中下三层，提高水面快速滑行性能和高速滑行时的稳定性的同时，还很好的兼顾了飞行过程中空气阻力。 [0014] (3)结合菱形结构机翼和舵面控制，无人机具有平飞高稳定性，载荷空间和载重大小提高40％左右，航程提高25％以上。 [0015] (4)前翼和后翼分处不同水平面，最大限度的获得升力，增加载荷，提高航程。附图说明 [0016] 图1为本实用新型的无人机斜视图。 [0017] 图2为本实用新型的无人机俯视图。 [0018] 图3为本实用新型的无人机前视图。 [0019] 图4为本实用新型的无人机侧视图。 [0020] 图中，11中部船身式机身、12两翼辅助船身式机、21前翼、22后翼、23 外翼、24垂尾、31前襟翼、32后襟翼、33内副翼、34外副翼、35方向舵、36 全动水舵、41推进螺旋桨、42发动机匣。具体实施方式 [0021] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。 [0022] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0023] 在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。 [0024] 实施例1： [0025] 本实用新型提供了一种新型菱形结构三船身水面起降无人机，所述新型菱形结构三船身水面起降无人机包含三船身式机身、菱形结构机翼、复合舵面控制部分、推进装置等，所述三船身式机身用于实现水面停留、高速滑行、水面滑行稳定性、载荷装载等，菱形翼结构机翼采用复合式菱形结构获得更高升力和结构强度，复合舵面控制部分提供水面滑行、飞行状态的姿态控制，动力装置为无人机提供推进力。 [0026] 所述三船身式机身由中部船身式机身11和两翼辅助船身式机身12组成，中部船身式机身11采用船身式多级断阶技术，提高水面快速滑行性能和高速滑行稳定性，为无人机主要载荷的装载部分；两翼辅助船身式机身12与中部船身式机身11同样采用船身式多级断阶技术，两翼船身式机身12长度为中部船身式机身11长度的0.3‑0.85倍。 [0027] 所述菱形结构机翼由前翼21、后翼22、外翼23、垂尾24组成，前翼21 翼根连接于中部船身式机身11头部，距头部5～15％机身长度，后掠角8～30度，上反角2～15度，采用中单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距头部15～30％机身长度处，中单翼方式安装；后翼22翼根连接于中部船身式机身 11尾部，距尾部20～35％机身长度，前掠角为10 ～45度，下反角为5～25度，采用上单翼方式安装，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距尾部12～30％机身长度，中单翼方式安装；外翼23翼根连接于两翼辅助船身式机身12中部位置，距头部40～60％机身长度，采用中单翼方式连接，上反角5～20度，后掠角3～15度；垂尾 24位于中部船身式机身11尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为 0～15度，高度为对应机身长度的15～35％。前翼21、后翼22展长为无人机展长的35～55％，前翼21、后翼22、外翼23可选用低速翼型、层流翼型、超临界翼型等，前翼21、后翼22、外翼23安装角可选择0～5 度，垂尾24可选用对称翼型。 [0028] 所述复合舵面控制部分由前襟翼31、后襟翼32、内副翼33、外副翼34、方向舵35、全动水舵36组成。前襟翼31位于前翼21后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～30％，后襟翼32 位于后翼22后缘，弦长为对应机翼位置弦长的 15～30％，内副翼33、外副翼34均位于外翼 23的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的10～30％，方向舵35位于垂尾24后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15～25％，全动水舵36位于中部船身式机身11尾部下方，采用对称翼型。 [0029] 所述推进装置由推进螺旋桨41和发动机匣42组成，推进螺旋桨41位于发动机匣42前端，采用木质、碳纤维或其他复合材料等，桨叶为2叶、3叶、4 叶桨，发动机匣42位于垂尾 24上端。 [0030] 实施例2： [0031] 实施例2与实施例1的区别在于：两翼船身式机身12长度为中部船身式机身11长度的0.35倍。 [0032] 前翼21翼根连接于中部船身式机身11头部，距头部5％机身长度，后掠角 8度，上反角2度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距头部15％机身长度处；后翼22翼根连接于中部船身式机身11尾部，距尾部20％机身长度，前掠角为 40度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距尾部15％机身长度处；外翼23翼根连接于两翼辅助船身式机身12中部位置，距头部40％机身长度，上反角5度，后掠角5度；垂尾24位于中部船身式机身11尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为3度，高度为对应机身长度的18％。前翼21、后翼22展长为无人机展长的35％，前翼21、后翼22、外翼23可选用低速翼型等，前翼21、后翼22、外翼23安装角可选择0度。 [0033] 前襟翼31位于前翼21后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15％，后襟翼32 位于后翼22后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15％，内副翼33、外副翼34均位于外翼23的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的10％，方向舵35位于垂尾24 后缘，弦长为对应机翼位置弦长的 15％。 [0034] 推进螺旋桨41位于发动机匣42前端，采用木质材料，桨叶为2叶桨。 [0035] 实施例3： [0036] 实施例3与实施例1的区别在于：两翼船身式机身12长度为中部船身式机身11长度的0.35倍。 [0037] 前翼21翼根连接于中部船身式机身11头部，距头部8％机身长度，后掠角 12度，上反角5度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距头部20％机身长度处；后翼22翼根连接于中部船身式机身11尾部，距尾部25％机身长度，前掠角为 35度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距尾部18％机身长度处；外翼23翼根连接于两翼辅助船身式机身12中部位置，距头部45％机身长度，上反角8度，后掠角10度；垂尾24位于中部船身式机身11尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为6度，高度为对应机身长度的20％。前翼21、后翼22展长为无人机展长的40％，前翼21、后翼22、外翼23可选用低速翼型等，前翼21、后翼 22、外翼23安装角可选择2度。 [0038] 前襟翼31位于前翼21后缘，弦长为对应机翼位置弦长的20％，后襟翼32 位于后翼22后缘，弦长为对应机翼位置弦长的20％，内副翼33、外副翼34均位于外翼23的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的15％，方向舵35位于垂尾24 后缘，弦长为对应机翼位置弦长的 20％。 [0039] 推进螺旋桨41位于发动机匣42前端，采用碳纤维复合材料，桨叶为3叶桨。 [0040] 实施例4： [0041] 实施例4与实施例1的区别在于：两翼船身式机身12长度为中部船身式机身11长度的0.55倍。 [0042] 前翼21翼根连接于中部船身式机身11头部，距头部12％机身长度，后掠角20度，上反角10度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距头部25％机身长度处；后翼22翼根连接于中部船身式机身11尾部，距尾部30％机身长度，前掠角为40度，翼梢连接于两翼辅助船身式机身12距尾部22％机身长度处；外翼 23翼根连接于两翼辅助船身式机身12中部位置，距头部50％机身长度，上反角 10度，后掠角12度；垂尾24位于中部船身式机身11尾部，垂直与水平面，前缘可后掠，后掠角为10度，高度为对应机身长度的25％。前翼21、后翼22展长为无人机展长的45％，前翼21、后翼22、外翼23可选用低速翼型等，前翼 21、后翼22、外翼23安装角可选择3度。 [0043] 前襟翼31位于前翼21后缘，弦长为对应机翼位置弦长的25％，后襟翼32 位于后翼22后缘，弦长为对应机翼位置弦长的25％，内副翼33、外副翼34均位于外翼23的后缘，弦长为对应机翼位置弦长的18％，方向舵35位于垂尾24 后缘，弦长为对应机翼位置弦长的 25％。 [0044] 推进螺旋桨41位于发动机匣42前端，采用碳纤维复合材料，桨叶为4叶桨。 [0045] 尽管本文较多地使用了中部船身式机身11、两翼辅助船身式机12、前翼21、后翼22、外翼23、垂尾24、前襟翼31、后襟翼32、内副翼33、外副翼34、方向舵35、全动水舵36、推进螺旋桨41、发动机匣42等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。