專利名稱：水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載運(yùn)工具，特別涉及一種主要以車輪邊驅(qū)動(dòng)進(jìn)行高機(jī)動(dòng)性的路面 越野、并輔助以涵道螺旋槳垂直起降的空中飛行和以水翼提供浮力的水面高速滑行為共同 特征的水陸空三棲載運(yùn)車輛。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的載運(yùn)工具多工作在單一工作區(qū)域，如汽車只能在陸地行駛，飛機(jī)只能在空 中飛行，艦船只能在水面行進(jìn)。即使有一些兩棲或三棲的載運(yùn)工具，也都存在一些局限性， 有的需要一定的跑道才能滑跑升空或降落，有的不能在城市樓宇群中實(shí)現(xiàn)飛行功能，有的 水面行駛速度較低，有的路面行駛通過(guò)性太差。當(dāng)今社會(huì)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)工作中對(duì)保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的要求日益強(qiáng)烈，而目 前所有的載運(yùn)工具均不能在洪澇災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害和城市突發(fā)應(yīng)急等事件中成為滿足全部要 求的載運(yùn)工具。在這些情況中迫切需要能夠?qū)λ懣盏葏^(qū)域的特定目標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)零距離快 速到達(dá)功能，不受道路狀況、周圍建筑和自然環(huán)境的影響，在惡劣氣候條件下也能保持運(yùn)輸 工作能力的載運(yùn)工具。由于需要在水陸空三種不同工作介質(zhì)中前進(jìn)，所以需要有適合各自介質(zhì)的不同推 進(jìn)方式，這就存在一些需要協(xié)調(diào)解決的特殊問(wèn)題，如作為可空中飛行的載運(yùn)工具，該車輛對(duì) 重量是很敏感的，這就使得車重要控制在動(dòng)力允許的起飛重量以內(nèi)，并保留一定的后備功 率以產(chǎn)生足夠的加速度和控制力。為了實(shí)現(xiàn)良好的路面行駛能力，又不能與空中和水上的 機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)有干涉，所以路面行駛機(jī)構(gòu)無(wú)法采用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式。如何協(xié)調(diào)解決 在不同工作介質(zhì)中工作的特殊問(wèn)題，是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于多域的機(jī)動(dòng)載運(yùn)工具的技術(shù)難 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可以方便的工作在水陸空三 域的機(jī)動(dòng)載運(yùn)工具。本發(fā)明提供了一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛，其特征在于，包括車體、四個(gè)輪邊驅(qū) 動(dòng)式車輪、兩個(gè)升力涵道螺旋槳、兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進(jìn)螺旋槳、可 折疊V型水翼；其中車體內(nèi)包括動(dòng)力系統(tǒng)，輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪的輪邊驅(qū)動(dòng)部件通過(guò)液壓管路 或者電路與動(dòng)力系統(tǒng)相連；升力涵道螺旋槳包括升力涵道、螺旋槳支架和螺旋槳，其中兩個(gè) 升力涵道嵌入在車體的前部和后部，涵道內(nèi)固定螺旋槳支架，螺旋槳安裝在螺旋槳支架上， 前后兩個(gè)升力涵道螺旋槳為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反；水平推力涵道螺旋槳包括水平推力涵 道、螺旋槳支架和螺旋槳，兩個(gè)水平推力涵道并列固定在車體的后部，涵道內(nèi)固定螺旋槳支 架，螺旋槳安裝在螺旋槳支架上，兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反；車體 底部固定有可收回式水上推進(jìn)螺旋槳；車體底部?jī)蓚?cè)的前部和后部分別連接有一個(gè)可折疊 V型水翼。
本發(fā)明所述水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛的工作原理為在陸地行駛時(shí)，用液壓管路 或者電路將動(dòng)力傳遞到輪邊驅(qū)動(dòng)部件上(如液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或輪轂電機(jī))，通過(guò)對(duì)四個(gè)車輪 轉(zhuǎn)速的單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)車輛的路面行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向，行駛，制動(dòng)和倒退；在飛行狀態(tài)時(shí)，通過(guò)升 力涵道螺旋槳產(chǎn)生克服車輛自重的升力，通過(guò)水平推力涵道螺旋槳產(chǎn)生的推力推動(dòng)車輛在 空中的前飛；行駛在水面時(shí)，車體底部螺旋槳打開旋轉(zhuǎn)；車身底部的可折疊V型水翼打開， 浸入水中，在水翼升力作用下車體逐漸被抬出水面，從而使車輛能夠?qū)崿F(xiàn)水面高速行駛。有益效果本發(fā)明可以方便的實(shí)現(xiàn)載運(yùn)工具水陸空三棲的任意功能切換，從根本上改變?nèi)藛T 和物資運(yùn)輸?shù)姆绞?，極大提高運(yùn)輸效率和工作效率。


圖1為車輛的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為水翼展開狀態(tài)下的車輛總體結(jié)構(gòu)圖；圖3為車輛的俯視圖；圖4為從車輛前方觀察的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為平行多片式百葉窗狀舵面陣列結(jié)構(gòu)圖；圖6為升力涵道的剖面示意圖；圖中，1-車體，2-升力涵道螺旋槳，3-平行多片式百葉窗狀舵面陣列，4-水平推力 涵道，5-可折疊V型水翼，6-駕駛艙(座艙)，7-輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪，8-升力涵道，9-駕駛員， 10-水平推力涵道螺旋槳，11-升力涵道螺旋槳支架，12-百葉窗葉片連接件，13-伺服電機(jī)， 14-拉桿，15-可收回式水上推進(jìn)螺旋槳。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，具體說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1至圖4所示為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛。該車輛包括 車體1和四個(gè)輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪7，車體1內(nèi)包括動(dòng)力系統(tǒng)，輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪7的輪邊驅(qū)動(dòng)部 件通過(guò)液壓管路或者電路與動(dòng)力系統(tǒng)相連。載運(yùn)車輛在陸地行駛時(shí)，由于涵道的存在，布置空間受限，無(wú)法采用傳統(tǒng)的機(jī)械式 傳動(dòng)，故采用柔性傳動(dòng)系統(tǒng)，適用于本項(xiàng)目的柔性傳動(dòng)方案包括液壓傳動(dòng)的輪邊液壓馬達(dá) 車輛驅(qū)動(dòng)方案和電傳動(dòng)的輪轂電機(jī)車輪驅(qū)動(dòng)方案。用液壓管路或者電路將動(dòng)力傳遞到輪邊 驅(qū)動(dòng)部件上(如液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或輪轂電機(jī))，通過(guò)對(duì)四個(gè)車輪轉(zhuǎn)速的單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)車輛的 路面行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向，行駛，制動(dòng)和倒退。由于采用了輪邊驅(qū)動(dòng)方案車輛的離地間隙可以不受 到傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，使車輛的越野性能和通過(guò)性能優(yōu)于傳統(tǒng)越野車輛。兩個(gè)升力涵道8嵌入在車體1的前部和后部，涵道內(nèi)固定螺旋槳支架11，螺旋槳2 安裝在螺旋槳支架11上；前后兩個(gè)升力涵道螺旋槳2為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反；兩個(gè)水平 推力涵道4并列固定在車體1的后部，涵道內(nèi)固定螺旋槳支架，螺旋槳10安裝在螺旋槳支 架上；兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳10為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反。載運(yùn)車輛工作在飛行狀態(tài)時(shí)，升力涵道8的上方為進(jìn)氣口，下方為排氣口，在螺旋 槳正常的工作狀況下，氣流從上方被吸入涵道，經(jīng)過(guò)涵道8內(nèi)加速后，從下方吹出，產(chǎn)生克
4服車輛自重的升力；前后兩個(gè)升力涵道螺旋槳2為正反槳，即旋轉(zhuǎn)方向相反，以保證旋轉(zhuǎn)產(chǎn) 生的反扭矩可以相互抵消，防止車輛空中發(fā)生失控的自旋。兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳10為 正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反，相互平衡扭矩；水平推力涵道螺旋槳產(chǎn)生的推力用以推動(dòng)車輛在空 中的前飛，必要時(shí)可反轉(zhuǎn)以提供空中制動(dòng)的拉力。如圖6所示，在升力涵道8的進(jìn)氣口和排氣口處均設(shè)置有平行多片式百葉窗狀舵 面陣列3。百葉窗結(jié)構(gòu)如圖5所示，陣列3中多片平行排列的葉片兩端上部均通過(guò)鉸接形式 與固定于車體1上的涵道8內(nèi)壁相連，葉片下端通過(guò)連接件12與拉桿14相連，連接件12 與葉片相互固定連接，與拉桿14為鉸接連接，故葉片和拉桿14間可以有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，拉 桿14的端部與伺服電機(jī)13的旋臂相連。在伺服電機(jī)13控制下，百葉窗拉桿14進(jìn)行往復(fù) 運(yùn)動(dòng)，從而使平行的百葉窗葉片同步進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，對(duì)入流和下洗氣流進(jìn)行導(dǎo)流。百葉窗結(jié)構(gòu)的控制實(shí)施流程如下，當(dāng)同一涵道的上下兩組百葉窗向同方向偏轉(zhuǎn) 時(shí)，由于空氣動(dòng)力造成百葉窗葉片受到側(cè)下方分力，力的方向和大小取決于氣流速度和葉 片偏轉(zhuǎn)角度，葉片所受到力的水平分量即成為空中飛行控制所需的橫向力，當(dāng)上下兩組百 葉窗偏轉(zhuǎn)方向相同，則受力水平分量方向也相同，此時(shí)對(duì)應(yīng)此涵道的車體1處受到同樣方 向橫向水平推力。當(dāng)上下兩組百葉窗偏轉(zhuǎn)方向相反，則兩組葉片的水平分量方向相反，形成 一個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩，這能用在對(duì)車體1飛行中側(cè)傾姿態(tài)的控制。以飛行中車輛的側(cè)向小幅度平移機(jī)動(dòng)動(dòng)作為例，在懸停中為了實(shí)現(xiàn)車身向左的平 移，則須將前后涵道的上下共四組百葉窗均向右偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大小由中央控制器根據(jù)駕 駛員給予的位移控制量信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后送到伺服電機(jī)13，伺服電機(jī)13旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋臂 拉動(dòng)百葉窗拉桿14機(jī)構(gòu)，由于旋臂和百葉窗葉片相互平行，構(gòu)成平行四邊形，故旋臂的轉(zhuǎn) 角等于葉片轉(zhuǎn)角，控制量為線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于進(jìn)行信號(hào)快速處理和反饋。升力涵道螺旋槳2和水平推力涵道螺旋槳10均選用總距可調(diào)的螺旋槳，可以通過(guò) 改變槳葉攻角，調(diào)整升力或水平推力的大小。車輛在空中飛行時(shí)，其縱向穩(wěn)定性靠前后兩個(gè)升力涵道螺旋槳2的總距控制進(jìn)行 調(diào)節(jié)，即通過(guò)旋翼操縱系統(tǒng)改變各個(gè)旋翼的攻角，從而改變其升力，調(diào)節(jié)前后涵道螺旋槳的 升力，控制縱向穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定性靠安裝在升力涵道8上、下部的四組百葉窗進(jìn)行調(diào)節(jié)， 葉片傾斜角度不同，會(huì)產(chǎn)生不同的側(cè)向力合力，用來(lái)調(diào)節(jié)車輛的橫向穩(wěn)定性。水平推力涵道 螺旋槳10可通過(guò)槳距和轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整左右兩側(cè)的推力輸出，不同推力可以產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，用 于為飛行中的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供控制力矩。車體1底部固定有可收回式水上推進(jìn)螺旋槳15 ；車體1底部?jī)蓚?cè)的前部和后部分 別連接有一個(gè)可折疊的V型水翼5。載運(yùn)車輛行駛在水面時(shí)，可收回式水上推進(jìn)螺旋槳15打開旋轉(zhuǎn)；車身底部的可折 疊V型水翼5在非水面行駛工況時(shí)呈折疊狀態(tài)，與車體貼合。車輛水上行駛時(shí)，V型水翼5 打開，浸入水中；在可收回式水上推進(jìn)螺旋槳15的推動(dòng)作用下，車輛在水中前進(jìn)，水翼5切 割水流并產(chǎn)生升力，在水翼5升力作用下車體逐漸被抬出水面，由于車體沒(méi)入水面以下的 排水體積的減小使得水面行駛阻力減小，車輛能夠?qū)崿F(xiàn)水面高速行駛?？罩屑瓣懮闲旭倳r(shí)，水翼5折疊在車體1兩側(cè)下方。水上行駛時(shí)，先控制升力涵道 槳下部的兩組百葉窗旋轉(zhuǎn)90度，對(duì)車輛涵道進(jìn)行密封，使車輛具有一定的排水行駛能力， 同時(shí)提高車輛水上行駛動(dòng)力失效時(shí)的安全性。當(dāng)水深大于2. 5米時(shí)，通過(guò)液壓推桿機(jī)構(gòu)將
5水翼5展開。隨著水上行駛車速的增加，車輛依次經(jīng)歷排水狀態(tài)、過(guò)渡狀態(tài)、翼航狀態(tài)在水 上行駛。水上螺旋槳在空中、陸上工況時(shí)折疊在車輛底盤內(nèi)，水上行駛時(shí)，依靠伺服電機(jī)13 帶動(dòng)其底座旋轉(zhuǎn)將其展開入水。本實(shí)施例所述車輛在通常工況下可以在鋪裝道路或越野路面上行駛，由于車輛尺 寸基本接近普通地面車輛，所以不受道路寬度和鐵路運(yùn)輸?shù)南拗?，便于人員設(shè)備的快速投 放。通過(guò)豎直的升力涵道8提供的升力，本車輛具備垂直起降的飛行能力，由于涵道的環(huán)擴(kuò) 作用，螺旋槳葉片上的渦強(qiáng)度分布較普通螺旋槳更為高效，減少了槳尖損失；在涵道的入口 處于負(fù)壓區(qū)域，唇口能夠提供附加拉力；另外由于涵道改善了螺旋槳下游的滑流狀態(tài)，能夠 把氣流動(dòng)能較多的轉(zhuǎn)化為壓力能，對(duì)涵道拉力起到積極作用。所以，本發(fā)明能夠在相對(duì)較小 的槳盤尺寸下提供較大的拉力來(lái)克服車體重力，實(shí)現(xiàn)垂直起降功能，并通過(guò)合理的控制機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)在空中良好的姿態(tài)控制，這對(duì)廣泛用于城市和救災(zāi)環(huán)境是至關(guān)重要的。能夠有效避 免因?yàn)闃~撞擊建筑或樹木、電纜等造成的事故，并可在城市建筑群中安全飛行，為高層建 筑救災(zāi)提供無(wú)可替代的平臺(tái)。水面行進(jìn)方面，由于摒棄了傳統(tǒng)水陸兩棲車輛一般采用的排 水式水上行駛方案，用V型水翼產(chǎn)生的升力將車體托離水面，極大提高了車輛在水上行駛 時(shí)的行進(jìn)速度。以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本 發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng) 包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛，其特征在于，包括車體(1)、四個(gè)輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪(7)、兩個(gè)升力涵道螺旋槳、兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進(jìn)螺旋槳(15)、可折疊V型水翼(5)；其中車體(1)內(nèi)包括動(dòng)力系統(tǒng)，輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪(7)的輪邊驅(qū)動(dòng)部件通過(guò)液壓管路或者電路與動(dòng)力系統(tǒng)相連；升力涵道螺旋槳包括升力涵道(8)、螺旋槳支架(11)和螺旋槳(2)，其中兩個(gè)升力涵道(8)嵌入在車體(1)的前部和后部，涵道(8)內(nèi)固定螺旋槳支架(11)，螺旋槳(2)安裝在螺旋槳支架(11)上，前后兩個(gè)升力涵道螺旋槳(2)為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反；水平推力涵道螺旋槳包括水平推力涵道(4)、螺旋槳支架和螺旋槳(10)，兩個(gè)水平推力涵道(4)并列固定在車體(1)的后部，涵道(4)內(nèi)固定螺旋槳支架，螺旋槳(10)安裝在螺旋槳支架上，兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳(10)為正反槳，旋轉(zhuǎn)方向相反；車體底部固定有可收回式水上推進(jìn)螺旋槳(15)；車體底部?jī)蓚?cè)的前部和后部分別連接有一個(gè)可折疊V型水翼(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛，其特征在于，在升力涵道(8) 的進(jìn)氣口和排氣口處均設(shè)置有平行多片式百葉窗狀舵面陣列(3)，陣列(3)中多片平行排 列的葉片兩端上部均通過(guò)鉸接形式與固定于車體(1)上的涵道(8)內(nèi)壁相連，葉片下端通 過(guò)連接件(12)與拉桿(14)相連，連接件(12)與葉片相互固定連接，與拉桿(14)為鉸接連 接；拉桿(14)的端部與伺服電機(jī)(13)的旋臂相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛，其特征在于，所述升力涵道 螺旋槳(2)和水平推力涵道螺旋槳(10)均選用總距可調(diào)的螺旋槳。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水陸空多域機(jī)動(dòng)載運(yùn)車輛，包括車體、四個(gè)輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪、兩個(gè)升力涵道螺旋槳、兩個(gè)水平推力涵道螺旋槳、可收回式水上推進(jìn)螺旋槳、可折疊V型水翼；其中車體內(nèi)包括動(dòng)力系統(tǒng)，輪邊驅(qū)動(dòng)式車輪的輪邊驅(qū)動(dòng)部件通過(guò)液壓管路或者電路與動(dòng)力系統(tǒng)相連；升力涵道螺旋槳嵌入在車體的前部和后部；水平推力涵道螺旋槳并列固定在車體的后部；車體底部固定有可收回式水上推進(jìn)螺旋槳；車體底部?jī)蓚?cè)的前部和后部分別連接有一個(gè)可折疊V型水翼。本發(fā)明可以方便的實(shí)現(xiàn)載運(yùn)工具水陸空三棲的任意功能切換，從根本上改變?nèi)藛T和物資運(yùn)輸?shù)姆绞剑瑯O大提高運(yùn)輸效率和工作效率。
文檔編號(hào)B60F5/02GK101961974SQ20101028338
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者劉輝, 徐彬, 李明喜, 項(xiàng)昌樂(lè), 馬躍, 魏巍 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)