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申请/专利权人：台州学院

摘要：本发明公开了一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机及控制方法，其技术方案要点是包括机体和分别设置于机体两侧的机翼，机体前端设有螺旋桨，机体的尾端设有火箭发动机和回收装置；还包括：飞行控制系统和任务载荷系统，飞行控制系统包括控制执行机构模块、组合导航模块等和组合动力系统，组合动力系统包括连接于火箭发动机的火箭推动模块、分别配合螺旋桨的驱动电机和发动机，驱动电机连接有电池组件。本发明通过采用组合动力系统，发挥各自优点，可实现水下潜伏航行、水‑空跨介质转换和空中飞行三种航行状态，飞行控制模式采用变后掠变迎角组合控制模式，具有可跨介质、机动灵活、成本低等特点，可满足多种军民应用需要。

主权项：1.一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机的控制方法，其特征在于：采用一种火箭助推式跨介质自适应潜水无人机，所述火箭助推式跨介质自适应潜水无人机包括，机体（2）和分别设置于机体（2）两侧的机翼（7），其特征在于：所述机体（2）前端设有螺旋桨（1），所述机体（2）的尾端设有火箭发动机（3）和回收装置（6）；所述无人机还包括：用于控制无人机轨迹与姿态的飞行控制系统，所述飞行控制系统包括连接于机翼（7）的控制执行机构模块和用于获取无人机位置与姿态的组合导航模块，所述组合导航模块连接于控制执行机构模块；用于推动飞行器前进的组合动力系统；所述组合动力系统包括连接于火箭发动机（3）的火箭推进模块、分别配合螺旋桨的驱动电机和发动机，所述驱动电机连接有电池组件，用于飞行至预定空域后完成用户制定任务的任务载荷系统；所述机翼（7）一端铰接于机体（2）上，所述机体（2）和回收装置（6）配合机翼（7）设有凹槽空腔（4），通过步进电机对机翼做掠角和迎角的控制；所述火箭发动机（3）包括壳体、设置于火箭发动机的壳体内的火箭发动机装药和设置于壳体尾端的喷管（5），所述喷管与壳体空间连通，所述喷管（5）设有密封件；所述飞行控制系统、电池组件、驱动电机和发动机均设置于机体（2）内，所述火箭推进模块设置于壳体内；回收装置（6）内设有降落伞和充气囊；所述飞行控制系统还包括与控制执行机构模块连接的飞控计算机模块、用于储存飞行数据的数据传输于储存模块和目标识别模块；所述组合导航模块包括GPS、陀螺仪、加速度计和压力传感器；所述电池组件包括氢电池和锂电池中的任意一种；所述发动机包括甲醇汽油活塞式发动机、航空汽油活塞发动机和航空煤油活塞发动机中的任意一种；所述机翼一端铰链于机体上，所述机体和回收装置配合机翼设有凹槽空腔；机翼采用变结构设计，有2个自由度，一是90°变后掠角设计，在出水时机翼完全收起，与无人机轴线平行，有效减少出水阻力；二是采用变迎角设计，无人机在空中飞行，通过对机翼的迎角及后掠角的控制，达到无人机能够在空中快速机动及稳定飞行的目的，所述机翼的左右控制通道独立控制，对于偏航及滚转的控制尤为有效；所述机翼通过角度步进电机与转动杆相连接，连接杆通过转动固定轴固定于机体上，连杆与转动杆通过转动固定轴连接，传动轴与连杆通过球铰链连接，线性步进电机固连于机体上；控制通道一及控制通道二发出信号激励角度步进电机，角度步进电机得到控制信号后开始旋转，完成迎角的控制；控制通道一的被控对象为左机翼，控制通道二的被控对象为右机翼；控制通道三及控制通道四发出信号激励线性步进电机，线性步进电机带动传动轴开始做往复运动，通过连杆使得转动杆绕转动副旋转，最终带动机翼改变后掠角；控制通道三的被控对象为左机翼，控制通道四的被控对象为右机翼；用于所述火箭助推式跨介质自适应潜水无人机接收到水下潜伏航行、水-空跨介质转换和空中飞行三种模式的指令，按照以下内容对所述无人机进行控制：当飞行控制系统接收到水下航行信息时，通过控制执行机构模块打开电池组件启动开关，启动驱动电机，驱动电机带动螺旋桨转动，无人机向前航行，组合导航模块在航行过程中实时采集航行姿态与位置数据，将航行数据传送给控制执行机构模块，控制执行机构模块接收到航行数据后，与用户设定的参数进行误差对比，当航行参数在误差范围内，无人机按照用户设定程序航行；否则，飞行控制系统通过PID控制器对控制执行机构模块发出修正指令，控制执行机构在步进电机的带动下对机翼做后掠角及迎角的修正，直至无人机航行位置及姿态在期望值范围内，使得无人机按照用户设定程序航行；当飞行控计算机模块接收到水—空跨介质转模式信息时，驱动电机带动螺旋桨全速转动，使得无人机向水面快速航行，组合导航模块实时采集无人机位置姿态信息，当无人机位置姿态信息与期望值在一定范围内时不做动作；否则飞控计算机模块经过PID控制器发出修正指令，修正指令经由控制执行机构模块对机翼后掠角和迎角进行实时调整，达到期望位置姿态；当无人机与水面的距离小于设定值时，飞行控制系统发送点火信号命令，火箭发动机点火并开始工作，无人机在火箭发动机的有效推力作用下迅速脱离水面并升至一定高度的空域，当组合导航模块监测到无人机的机翼连接处进入到空气中后，控制执行机构模块控制机翼打开，并进行后掠角和迎角的调整，完成水-空跨介质飞行；当无人机完全进入空中后，飞行控制系统等待火箭发动机工作完毕，启动活塞式发动机，活塞式发动机控制螺旋桨高速旋转，带动无人机继续飞行，飞行控制系统根据与期望飞行轨迹做误差对比，通过PID控制器对控制执行机构模块发出修正指令，控制执行机构模块发出动作对机翼进行后掠角及迎角两个控制通道进行修正，组合导航模块实时对飞行控制系统反馈数据，组成闭合回路使得潜水无人机快速到达预定空域；当潜水无人机飞行至预定空域后，任务载荷系统开始工作，完成军事任务或民用任务；最后，甲醇汽油航空活塞发动机熄火，回收装置开始工作，打开充气降落伞降落在海面上飘浮，等待回收。

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