[发明专利]固定翼海空多栖航行器与控制方法

权利要求书

1.一种固定翼海空多栖航行器，其特征在于，包含外壳组件、飞行组件以及气动浮力组件；

所述飞行组件包含固定翼(3)与旋翼组件，固定翼(3)与旋翼组件均安装在外壳组件上；

所述气动浮力组件包含气囊与充排气结构，气囊与充排气结构相连，充排气结构能够对气囊进行充气与排气；

气囊安装在外壳组件上，外壳组件内部形成容物空间，充排气结构部分或整体位于容物空间内；

所述气囊包含环形气囊(4)，环形气囊(4)套接在外壳组件上端，环形气囊(4)所在一端为航行器的首部；环形气囊(4)上设置有安全阀(18)；

充排气结构包含气瓶、电磁阀(15)、充气管密封穿舱件(19)以及排气管密封穿舱件(20)；多个电磁阀(15)包含充气电磁阀与排气电磁阀；气瓶、充气管密封穿舱件(19)、气囊、排气管密封穿舱件(20)依次连接；所述气瓶为储存高压气体的高压气瓶(16)；

所述旋翼组件包含依次连接的旋翼支撑杆(5)、电机固定基座(10)、电机、桨体；

多个旋翼组件沿外壳组件周向方向布置；旋翼组件设置在航行器首部；

所述桨体包含自折叠桨，自折叠桨包含自折叠桨桨毂(12)与自折叠空气桨(13)；所述电机包含防水无刷电机(11)；

所述容物空间内设置有电调、控制器(17)；所述电调包含四合一电调(24)；

在环形气囊(4)充气航行器上浮的过程中，航行器姿态不断发生变化，航行器首部不断抬高，机身逐渐接近竖直状态，当环形气囊(4)达到最大体积时，航行器机身姿态角达到最大，接近竖直状态，为航行器垂直出水做好姿态准备；

当航行器到达水面后，控制器(17)通过四合一电调(24)控制自折叠空气桨(13)旋转产生升力，当自折叠空气桨(13)提供的升力增大至克服了航行器重力和外部流场阻力后，航行器垂直升空出水；

在航行器升空后，控制器(17)对自折叠空气桨(13)进行转速差控制，使每个自折叠空气桨(13)产生不同的拉力，最终产生使航行器发生倾斜的俯仰力矩，使机身不断倾斜；由于自折叠空气桨(13)产生的拉力始终指向航行器首部，所以在机体发生倾斜的同时，航行器能同时向前加速飞行；随着水平速度的增加，固定翼(3)的气动力学效应逐渐增加，固定翼(3)提供的升力逐渐加大，该升力弥补了自折叠空气桨(13)的拉力因逐渐指向水平方向而损失的垂向拉力，起到了平衡机身重力的作用，使航行器稳定在固定翼平飞模式；

当航行器从固定翼平飞模式转为水下滑翔模式时，控制器(17)通过控制四合一电调(24)使自折叠空气桨(13)产生一个使得机身由水平转为竖直的俯仰力矩，使得机身逐渐竖直；由于自折叠空气桨(13)的拉力逐渐向竖直朝上的方向转动，航行器的前向运动推力逐渐减小，在阻力的作用下，速度逐渐降低，导致固定翼(3)产生的升力下降；控制器(17)不断调整防水无刷电机(11)的转速，修正自折叠空气桨(13)提供的升力，使其在竖直方向的分力不断增加以同步克服固定翼(3)因速降损失的升力，以达到平衡重力的目的。

2.根据权利要求1所述的固定翼海空多栖航行器，其特征在于，所述容物空间内还设置有深度传感器(21)、接收机(23)以及电池；

所述电池包含锂电池(25)；

所述气囊上设置有压力传感器(22)。

3.根据权利要求2所述的固定翼海空多栖航行器，其特征在于，所述控制器(17)包含以下模块：

信号获取模块：获取深度信号、压力信号以及远程控制信号；

飞行控制模块：控制飞行组件的运行；

浮力控制模块：控制气动浮力组件的运行。

4.根据权利要求1所述的固定翼海空多栖航行器，其特征在于，所述外壳组件包含依次连接的底部密封端盖(1)、耐压密封壳体(2)、顶部密封舱盖(7)、顶部导流罩(6)；

所述底部密封端盖(1)为球形，所述顶部导流罩(6)为椭球形。

5.根据权利要求4所述的固定翼海空多栖航行器，其特征在于，外壳组件上设置有机架固定板(8)与固定翼支撑环；

旋翼组件、固定翼(3)分别通过机架固定板(8)、固定翼支撑环紧固连接在外壳组件上；

多个固定翼支撑环包含沿外壳组件轴向方向布置的上固定翼支撑环(9)与下固定翼支撑环(14)。

6.一种使用权利要求1至5中任一项所述的固定翼海空多栖航行器的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

出水步骤：令充气电磁阀打开，环形气囊(4)中充气，当环形气囊(4)中气压到达设定值时，关闭充气电磁阀，令防水无刷电机(11)运行，自折叠桨转动并张开；

飞行姿态调节步骤：控制四合一电调(24)，控制对多个防水无刷电机(11)的输出电流，令多个自折叠桨之间产生转速差；

入水步骤：令防水无刷电机(11)关闭，自折叠桨收缩，令排气电磁阀打开，环形气囊(4)排气，当环形气囊(4)中气压到达设定值时，关闭排气电磁阀；

水下滑翔步骤：控制充气电磁阀与排气电磁阀的打开或关闭，使环形气囊(4)体积变化。