[发明专利]一种快速入水的跨介质飞行器及其入水控制方法

说明书

本发明公开了一种快速入水的跨介质飞行器及其入水控制方法，解决固定翼跨介质飞行器结构复杂和机体重量大的技术问题，本发明提供的快速入水的跨介质飞行器，整机多旋翼结构，旋翼的数量N为偶数，且N≥4，对应的动力系统包括n*N个动力单元，n为正整数，各旋翼上均安装n个动力单元，动力单元包括螺旋桨和用于驱动螺旋桨的电机，动力系统中各电机的总推力F≥1.5G，G为跨介质飞行器的重力，整机密度大于待进入水域的水密度，保证顺利入水和潜航。本发明的跨介质飞行器采用多旋翼结构，动力系统工作时不会产生自旋扭矩，并且能够驱动该跨介质飞行器进行稳定的空中飞行、潜航和介质转换，有效提高对两种工作环境的兼容性，能够快速入水。

技术领域

本申请属于无人机技术领域，具体涉及一种快速入水的跨介质飞行器及其入水控制方法。

背景技术

跨介质飞行器将空中飞行器、水面航行器和水下潜航器三种无人工作系统集成一体，在单一平台上就可以同时具备空中飞行、水面航行和水下潜航三种功能。该平台不仅机动灵活，也能更好地适应各种环境条件，具有一定通用性和隐蔽性。

跨介质飞行器突破了传统单一介质无人系统平台的局限性，它既有水面飞行器的飞行特点，又有水下航行器的潜行特点，因而具备极佳的环境适应性。同时也能够有效利用各种探测设备的盲区，快速、隐蔽地突破目标防御系统，高效便捷地执行远程侦察、打击等任务。

跨介质飞行器一直以来都是人类热衷研究的新型飞行器。目前的跨介质飞行器入水步骤繁琐、对飞行器冲击力大。一般来讲传统的入水方式有两种：1、水面变构式。2、坠落入水式。

水面变构式：在空气中，飞机的整体密度小于水。首先在水面滑行降落，然后关闭空中动力系统，打开水中动力系统或者密度控制系统，使飞机沉入水中。这种方式的优点是：1、有水上飞机的起降作为技术基础，技术难度不高。2、滑行降落对机身冲击力较小。缺点是：1、降落所需要的水域较大，同时该水域不能有过大的风浪。2、降落步骤繁琐，需要的时间很长。

坠落入水式：飞机的整体密度大于水。飞机在离水面有一定高度的时候，关闭动力，让飞机坠入水中。由于其密度较高，飞机会直接沉入水中。这种方式的优点有:1、对水域的要求小。2、入水迅速。缺点有：对飞机冲击力非常大。

目前还没有一种较好的方案既能缩短入水时间，又不对机体强度有过高要求。即使采用了上述两种方案，也鲜有飞行器真正实现稳定的跨介质飞行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种快速入水的跨介质飞行器及其入水控制方法，采用多旋翼结构，利用多旋翼无人机的运动特性，配合整机密度设计和动力设计，能够快速入水。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种快速入水的跨介质飞行器，所述跨介质飞行器为多旋翼结构，所述旋翼的数量N为偶数，且N≥4；所述跨介质飞行器的动力系统包括n*N个动力单元，n为正整数，各所述旋翼上均安装n个所述动力单元，所述动力单元包括螺旋桨和用于驱动螺旋桨的电机，所述动力系统中各电机的总推力F≥1.5G，G为所述跨介质飞行器的重力；所述跨介质飞行器的整体密度大于ρ0，ρ0为待进入水域的水密度。

可选的，所述螺旋桨的直径D和螺距p满足：D1≤D≤D2，p1≤p≤p2，其中D1和p1分别为相同推力、相同流体介质密度和相同螺旋桨转速的条件下，船用螺旋桨的对应直径和对应螺距；D2和p2分别为相同推力、相同流体介质密度和相同螺旋桨转速的条件下，飞机用螺旋桨的对应直径和对应螺距。

可选的，所述螺旋桨的直径D为6～8英寸。

可选的，所述螺旋桨的螺距p＜D。

可选的，所述电机为大扭矩无刷电机，所述大扭矩无刷电机的扭矩范围是0.1～10N·m。

可选的，所述螺旋桨的桨叶具有翼梢小翼，所述翼梢小翼的倾斜角为10°～30°，所述翼梢小翼的安装角为-40°～0°。