本發(fā)明涉及一種多旋翼無(wú)人飛行器，具體涉及一種同時(shí)具備空中飛行、水下航行兩種運(yùn)動(dòng)能力的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，屬于無(wú)人飛行器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無(wú)人機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)大量廣泛使用的一種飛行器，其機(jī)動(dòng)性、敏捷性、便攜性的特點(diǎn)滿足了現(xiàn)代社會(huì)的需求，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如：軍事、娛樂(lè)、消防、勘察等領(lǐng)域。

隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)在海洋中執(zhí)行無(wú)人任務(wù)的要求越來(lái)越高，也越來(lái)越復(fù)雜。

傳統(tǒng)的自主式水下航行器遇到了以下瓶頸：

(1)自主式水下航行器由于全程完全工作在水下，水介質(zhì)的阻力很大，在攜帶一定量動(dòng)力能源的前提下，其航程被嚴(yán)重限制；

(2)由于水介質(zhì)對(duì)電磁波有強(qiáng)烈的衰減作用，水下通訊依靠水聲通訊設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電磁波通信設(shè)備于空氣介質(zhì)所達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率；

(3)由于自主式水下航行器對(duì)速度的要求，犧牲了其機(jī)動(dòng)性和敏捷性，在水下無(wú)法達(dá)到良好的機(jī)動(dòng)性和敏捷性；

(4)由于自主式水下航行器的體積較大，較易被探測(cè)或者捕獲。

傳統(tǒng)的執(zhí)行海洋任務(wù)的空中四旋翼無(wú)人機(jī)遇到了以下瓶頸：

(1)傳統(tǒng)的空中四旋翼無(wú)人機(jī)由于水下探測(cè)和通訊主要依靠水聲設(shè)備，所以無(wú)法對(duì)水下目標(biāo)建立探測(cè)或者通信；

(2)傳統(tǒng)的空中四旋翼無(wú)人機(jī)無(wú)法從水下釋放，必須由水面艦船在空中釋放。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下不足：

(1)傳統(tǒng)的水下航行器和空中旋翼無(wú)人機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)復(fù)雜任務(wù)的要求，特別是要求空中、水下進(jìn)行聯(lián)合任務(wù)的任務(wù)，比如建立空-潛高效率信息鏈、空-潛環(huán)境信息收集等；

(2)海水、湖水的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣阻力(純凈水介質(zhì)的阻力約為空氣的775倍)，傳統(tǒng)的水下航行器活動(dòng)范圍極小，嚴(yán)重依賴于電池的蓄電量；

(3)傳統(tǒng)的水下航行器體積較為龐大，動(dòng)力模式不利于機(jī)動(dòng)，隱蔽性和機(jī)動(dòng)性較差，不利于水下的隱蔽偵察和執(zhí)行水下機(jī)動(dòng)任務(wù)；

(4)水中電磁波傳播的能力較差，一般水下設(shè)備需要通過(guò)電纜和水面中繼通訊，中繼通過(guò)無(wú)線方式和控制中心通訊，信息傳輸時(shí)間長(zhǎng)且有一定失真，傳統(tǒng)的空中旋翼無(wú)人機(jī)和水下航行器都難以對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和建立通信。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可水下航行的多旋翼空潛無(wú)人飛行器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種多旋翼空潛無(wú)人飛行器，包括：機(jī)體、旋翼臂、電調(diào)、動(dòng)力電機(jī)、螺旋槳和處理器，其中，旋翼臂對(duì)稱分布于機(jī)體上，電調(diào)和動(dòng)力電機(jī)安裝于旋翼臂的末端，螺旋槳安裝于動(dòng)力電機(jī)輸出軸上，處理器安裝于機(jī)體內(nèi)部并與電調(diào)信號(hào)連接，動(dòng)力電機(jī)與電調(diào)信號(hào)連接，其特征在于，前述多旋翼空潛無(wú)人飛行器還包括：

起落架、推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)、推桿、彈簧、保險(xiǎn)裝置和底部平板，其中，

前述起落架對(duì)稱的安裝在機(jī)體的底部，推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在機(jī)體的底部的中間位置，推桿安裝在推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，保險(xiǎn)裝置安裝在推桿的側(cè)壁上，底部平板套在推桿和起落架上，彈簧的兩端分別與推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)和底部平板連接，推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)和保險(xiǎn)裝置均與處理器信號(hào)連接；

此外，前述機(jī)體內(nèi)還安裝有：捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊、gps模塊、超聲波測(cè)距模塊、水壓傳感器模塊、電源模塊和無(wú)線通信模塊，其中，

前述電源模塊給處理器供電，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊、gps模塊、超聲波測(cè)距模塊、水壓傳感器模塊和無(wú)線通信模塊均與處理器信號(hào)連接，前述處理器提供四種控制模式：

空中模式：由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊和gps模塊提供導(dǎo)航信息，處理器給出制導(dǎo)路徑，控制電調(diào)進(jìn)而控制動(dòng)力電機(jī)和螺旋槳完成飛行過(guò)程；

入水模式：由超聲波測(cè)距模塊判斷機(jī)體相對(duì)于水面的高度，在機(jī)體距離水面合理高度處，處理器控制降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速，機(jī)體入水后只由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊提供導(dǎo)航信息；

水下模式：只由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊提供導(dǎo)航信息，處理器控制電調(diào)進(jìn)而控制動(dòng)力電機(jī)和螺旋槳，使螺旋槳進(jìn)入低轉(zhuǎn)速模式；

出水模式：由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊和gps模塊提供導(dǎo)航信息，由水壓傳感器模塊提供下潛深度信息，在機(jī)體距離水面合理高度處，處理器控制保險(xiǎn)裝置打開(kāi)，底部平板被彈簧向下彈出，螺旋槳都出水后，立刻恢復(fù)空中模式，與此同時(shí)，處理器控制推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)收回推桿，推桿在收回的過(guò)程中將底部平板推回至保險(xiǎn)裝置處，保險(xiǎn)裝置自動(dòng)鎖上底部平板。

前述的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，其特征在于，前述旋翼臂與機(jī)體一體成型。

前述的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，其特征在于，前述起落架和推桿的末端都安裝有帽套。

前述的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，其特征在于，在入水模式中，機(jī)體距離水面15cm-40cm時(shí)，處理器開(kāi)始控制降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速。

前述的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，其特征在于，在出水模式中，機(jī)體距離水面10cm-20cm時(shí)，處理器控制保險(xiǎn)裝置打開(kāi)。

本發(fā)明的有益之處在于：

(1)同時(shí)具備空中飛行、水下航行兩種運(yùn)動(dòng)能力，既能反復(fù)從空中下沉至水下并切換至水下模式航行，又能反復(fù)從水下上升至躍出水面(空中)并切換至空中模式航行；

(2)具有空中模式、入水模式、水下模式、出水模式四種控制模式，其中，出水模式時(shí)間極短、彈射路程較長(zhǎng)，不僅節(jié)省了出水及其準(zhǔn)備時(shí)間，而且可以應(yīng)用在具有波浪的情況下，由于無(wú)人機(jī)可快速穿越波浪層，所以不會(huì)出現(xiàn)出水后又遇浪拍打的情況，較為安全，出水成功概率高；

(3)相比傳統(tǒng)的水下航行器活動(dòng)范圍極大，若采用先空中飛行后水下航行的方式進(jìn)行飛行，由于在空中飛行較水下航行耗能低，所以可增加活動(dòng)半徑數(shù)倍；

(4)可以搭載具有合適質(zhì)量與體積的設(shè)備執(zhí)行不同任務(wù)；

(5)可以在一次任務(wù)期間，反復(fù)入水、出水，不需要更換硬件或者補(bǔ)充硬件。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器的主要模塊/結(jié)構(gòu)與處理器的連接示意圖。

圖中附圖標(biāo)記的含義：1-機(jī)體、2-旋翼臂、3-動(dòng)力電機(jī)、4-螺旋槳、5-起落架、6-推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)、7-推桿、8-彈簧、9-保險(xiǎn)裝置、10-底部平板、11-帽套。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器包括：機(jī)體1、旋翼臂2、電調(diào)(未圖示)、動(dòng)力電機(jī)3、螺旋槳4、起落架5、推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、推桿7、彈簧8、保險(xiǎn)裝置9、底部平板10和處理器(未圖示)。

旋翼臂2對(duì)稱分布于機(jī)體1上，其與機(jī)體1一體成型，用于承載電調(diào)、動(dòng)力電機(jī)3和螺旋槳4。

電調(diào)和動(dòng)力電機(jī)3安裝于旋翼臂2的末端，動(dòng)力電機(jī)3與電調(diào)信號(hào)連接，電調(diào)用于向動(dòng)力電機(jī)3傳輸處理器發(fā)出的控制信號(hào)，動(dòng)力電機(jī)3用于給螺旋槳4提供動(dòng)力，螺旋槳4安裝于動(dòng)力電機(jī)3輸出軸上。

起落架5對(duì)稱的安裝在機(jī)體1的底部，優(yōu)選由四根起落桿組成。起落架5的末端安裝有帽套11。

推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6安裝在機(jī)體1的底部的中間位置，推桿7安裝在推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的輸出軸上，在推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)下推桿7能夠做伸縮運(yùn)動(dòng)，推桿7的末端安裝有帽套11，帽套11用于向上托起底部平板10，保險(xiǎn)裝置9安裝在推桿7的側(cè)壁上，在控制器的控制下保險(xiǎn)裝置9能夠鎖上和解鎖底部平板10。

底部平板10套在推桿7和起落架5上，并能夠相對(duì)推桿7和起落架5滑動(dòng)，彈簧8的兩端分別與推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6和底部平板10連接，底部平板10處于解鎖狀態(tài)時(shí)彈簧8能夠?qū)⑵湎蛳聫棾觯谒姆醋饔昧ο?，給機(jī)身1提供向上的托舉力。

處理器安裝于機(jī)體1內(nèi)部，電調(diào)、推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6以及保險(xiǎn)裝置9均與處理器信號(hào)連接。

此外，參照?qǐng)D2，機(jī)體1內(nèi)還安裝有：捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊、gps模塊、超聲波測(cè)距模塊、水壓傳感器模塊、電源模塊和無(wú)線通信模塊。

電源模塊給處理器供電。

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊、gps模塊、超聲波測(cè)距模塊、水壓傳感器模塊和無(wú)線通信模塊均與處理器信號(hào)連接。

整個(gè)多旋翼空潛無(wú)人飛行器通過(guò)合理配重后，密度略大于水(海水或者湖水)，確保了其能夠以相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)入水。

本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器，其處理器提供四種控制模式：空中模式、入水模式、水下模式、出水模式。這四種控制模式解決了無(wú)人機(jī)在不同環(huán)境下的姿態(tài)控制、速度控制、位置控制問(wèn)題。

1、空中模式

由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊和gps模塊提供導(dǎo)航信息，處理器給出制導(dǎo)路徑，控制電調(diào)進(jìn)而控制動(dòng)力電機(jī)3和螺旋槳4完成飛行過(guò)程。

2、入水模式

由超聲波測(cè)距模塊判斷機(jī)體1相對(duì)于水面的高度，在機(jī)體1距離水面合理高度處(15cm-40cm)，處理器控制降低螺旋槳4的轉(zhuǎn)速，防止動(dòng)力電機(jī)3由于入水阻力過(guò)大被燒毀，以便在水下產(chǎn)生符合要求并滿足電機(jī)要求的矢量推力，機(jī)體1入水后只由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊提供導(dǎo)航信息。

3、水下模式

只由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊提供導(dǎo)航信息，處理器控制電調(diào)進(jìn)而控制動(dòng)力電機(jī)3和螺旋槳4，使螺旋槳4進(jìn)入低轉(zhuǎn)速模式。

4、出水模式

由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊和gps模塊提供導(dǎo)航信息，由水壓傳感器模塊提供下潛深度信息，在機(jī)體1距離水面合理高度處(10cm-20cm)，處理器控制保險(xiǎn)裝置9打開(kāi)，底部平板10被彈簧8向下彈出，由于水流體介質(zhì)的巨大阻力以及底部面板10的反作用力，上部的機(jī)身1受到短暫的托舉力被向上托起，檢測(cè)到螺旋槳4都出水后，立刻恢復(fù)空中模式。

與此同時(shí)，處理器控制推桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)6開(kāi)始工作，收回推桿7，推桿7在收回的過(guò)程中將底部平板10推回至保險(xiǎn)裝置9處，保險(xiǎn)裝置9自動(dòng)鎖上底部平板10。

在出水模式下，多旋翼空潛無(wú)人飛行器出水時(shí)間極短、彈射路程較長(zhǎng)，不僅節(jié)省了出水及其準(zhǔn)備時(shí)間，而且可以應(yīng)用在具有波浪的情況下，由于多旋翼空潛無(wú)人飛行器可快速穿越波浪層，所以不會(huì)出現(xiàn)出水后又遇浪拍打的情況，較為安全。

綜上所述，本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器同時(shí)具備空中飛行、水下航行兩種運(yùn)動(dòng)能力，具有空中模式、入水模式、水下模式、出水模式四種控制模式，在一次任務(wù)期間，既能反復(fù)從空中下沉至水下并切換至水下模式航行，又能反復(fù)從水下上升至躍出水面(空中)并切換至空中模式航行，不需要更換硬件或者補(bǔ)充硬件。

由于在空中飛行較水下航行耗能低，若采用先空中飛行后水下航行的方式進(jìn)行飛行，本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器相比傳統(tǒng)的水下航行器活動(dòng)范圍極大，可增加活動(dòng)半徑數(shù)倍。

此外，本發(fā)明的多旋翼空潛無(wú)人飛行器可以搭載具有合適質(zhì)量與體積的設(shè)備執(zhí)行不同任務(wù)，例如：

(1)搭載防水?dāng)z像機(jī)、水聲探測(cè)設(shè)備和電磁通信設(shè)備，建立空對(duì)潛的目標(biāo)探測(cè)，對(duì)未知水域進(jìn)行自主式探測(cè)，在返回空中時(shí)通過(guò)電磁波傳輸，還可協(xié)助進(jìn)行島嶼登陸探測(cè)，在執(zhí)行登陸任務(wù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)埋伏在登陸島嶼臨近海域，升空之后，提供登陸島嶼的實(shí)時(shí)視頻信息；

(2)搭載電磁通信設(shè)備、水聲通訊設(shè)備以及信號(hào)存儲(chǔ)設(shè)備，建立空-潛高效數(shù)據(jù)鏈，可以作為空中目標(biāo)與水下目標(biāo)的中繼通信設(shè)備，相比于傳統(tǒng)空-潛中繼通訊設(shè)備，不再需要大型艦船或直升機(jī)的協(xié)助釋放以及捕撈，實(shí)現(xiàn)空-潛數(shù)據(jù)鏈的低成本化、便攜性以及遠(yuǎn)距離自主釋放；

(3)搭載防水?dāng)z像機(jī)、小型雷達(dá)和水聲通信設(shè)備，建立潛對(duì)空的目標(biāo)探測(cè)，由水下目標(biāo)釋放，對(duì)于未知空域進(jìn)行自主式地形探測(cè)或者海面目標(biāo)的探測(cè)，并在返回水下時(shí)通過(guò)水聲通信設(shè)備進(jìn)行傳輸。

需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。