[发明专利]一种新型超机动水下直升机及其控制方法

权利要求书

1.一种新型超机动水下直升机，其特征在于，包括上舱（1）、下舱（2）、舱盘（3）、转盘、矢量推进系统（6）、供电组件、电子调速器（9）、IMU惯性导航系统、无线通讯系统（11）、水下摄像系统（12）和姿态调整系统；

所述的上舱（1）和下舱（2）分别固定安装在舱盘（3）的上下两侧形成密封舱室，所述的无线通讯系统（11）、供电组件和IMU惯性导航系统位于密封舱室的上舱内，所述的电子调速器（9）和水下摄像系统（12）位于密封舱室的下舱内，所述的密封舱室安装在转盘的中心位置，所述的姿态调整系统安装在转盘上；所述的转盘包括分别固定在滚珠轴承外圈和内圈上的转盘外环（5）和转盘内环（4），所述的转盘外环（5）与所述的密封舱室固定连接，转盘外环（5）上还安装有由四组矢量推进组件构成的矢量推进系统（6），所述的四组矢量推进组件沿转盘外环（5）周向间隔均布；所述的IMU惯性导航系统、电子调速器（9）、无线通讯系统（11）、水下摄像系统（12）、姿态调整系统以及矢量推进系统（6）均由供电组件供电，IMU惯性导航系统用于实时获取水下直升机的运动信息，电子调速器（9）用于根据水下直升机的运动信息产生对矢量推进系统（6）和姿态调整系统的控制信号；

所述的转盘内环（4）为内齿轮，所述的姿态调整系统包括转盘电机（14-1）、外齿轮（14-2）、浮力块和配重铅块，所述的转盘电机（14-1）固定在转盘外环（5）上，转盘电机（14-1）的输出轴与外齿轮（14-2）传动连接，所述的外齿轮（14-2）与所述的内齿轮啮合；所述的转盘外环（5）和转盘内环（4）上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置。

2.根据权利要求1所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的上舱（1）和下舱（2）呈半圆形。

3.根据权利要求1所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的供电组件包括锂电池组（7）和电源模块（8），所述的锂电池组（7）通过电源模块（8）调节输出电压以及实现交直流电的转换。

4.根据权利要求1所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的矢量推进组件包括舵机固定件（6-1）、舵机（6-2）、矢量连接件（6-3）和水下推进器（6-4）；所述的舵机（6-2）通过舵机固定件（6-1）安装在转盘外环（5）上，所述的水下推进器（6-4）通过矢量连接件（6-3）与舵机（6-2）相连。

5.根据权利要求4所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的姿态调整系统的转盘电机功率线，以及矢量推进组件的舵机功率线均通过穿线螺栓（13）接入密封舱室内的。

6.根据权利要求1所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的IMU惯性导航系统包括IMU传感器（10-1）和主控制芯片（10-2），所述的IMU传感器用于获取水下直升机的加速度、角加速度、以及地磁场的数值，所述的主控制芯片（10-2）上集成有卡尔曼滤波模块，主控制芯片（10-2）与IMU传感器（10-1）信号连接。

7.根据权利要求1所述的一种新型超机动水下直升机，其特征在于，所述的水下摄像系统（12）包括摄像头（12-1）和增稳云台（12-2），所述的摄像头通过增稳云台（12-2）固定在舱盘（3）上。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的新型超机动水下直升机的控制方法，其特征在于，在水下直升机的航行过程中，通过IMU惯性导航系统实时获取水下直升机在XYZ三个方向上的角速度和加速度，以及水下直升机所在位置处的地磁场的数值，经卡尔曼滤波计算后输出控制信号至电子调速器（9），由电子调速器控制转盘电机和舵机的转速和方向，通过舵机带动矢量推进系统调整推力大小和推进方向，通过转盘电机带动转盘内环（4）旋转，由姿态调整系统调整水下直升机的俯仰角大小；通过水下摄像系统（12）实时拍摄水下视频或图像并传输至接收站。

9.根据权利要求8所述的新型超机动水下直升机的控制方法，其特征在于，由姿态调整系统调整水下直升机的俯仰角大小，具体为：所述的转盘外环（5）和转盘内环（4）上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置，通过转盘电机带动转盘内环（4）旋转，通过安装在转盘内环（4）和转盘外环（5）上的浮力块的浮力矢量叠加与配重铅块的重力矢量叠加的矢量和，调整水下直升机俯仰角的变化，实现水下直升机在水中以固定攻角进行航行。