一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法及控制系统

本发明涉及飞行器，特别涉及一种跨介质水空两用飞行器。

背景技术：

1、旋翼式水空飞行器以其灵活性、无起降场地限制等优势成为飞行器的重要研究方向。水空飞行器需要在大气环境中或水环境中运动，由于空气和水两种流体存在相态区别，对水空飞行器的运动控制方法也完全不同。飞行器在完全的空气中运动时，主要考虑飞行器机身所受重力以及运动过程中的空气阻力对运动的影响；而当飞行器需要从空中进入水中、或者从水中进入空气中、或者在完全的水中运动时，飞行器受到水的浮力影响较大，如不对应设置控制手段，则飞行器很难达预期的控制效果。如今，跨介质飞行器大多数处于实验室阶段，现有技术中还没有成熟的针对水空两用飞行器浮动控制方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够应用于跨介质水空两用飞行器的浮动控制方法及控制系统，该浮动控制方法能够使得飞行器在水环境中时方便、高效地控制其自身的受力情况，该系统将辅助飞行器实现飞行器的水下运动控制。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，该方法为：获知外部上位机或操作者的操作意愿，同时检测飞行器机身当前所处的介质环境参数以及飞行器当前的运动状态参数；如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动，则吸入环境中的水或排出飞行器机身内存储的水以改变飞行器自身总重量，控制飞行器机身在水面以下运动；如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入空气环境中运动，则逐渐排空飞行器机身内存储的全部水以将飞行器自身总重量降至最低，使飞行器逐渐浮出水面直至脱离水环境进入空气环境中；如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在空气环境中运动，则保持飞行器排空机身内存储的全部水的状态，控制飞行器机身在水面以上运动；如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入水环境中运动，则控制飞行器降落到水面上，逐渐吸入环境中的水以逐渐增加飞行器机身的总重量，使飞行器逐渐浸没到水环境中直至脱离空气环境完全进入水环境中。

4、可选地，如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动且低于飞行器的实时位置时，飞行器吸入环境中的水以增加飞行器机身的总重量，以使得飞行器在水面以下潜行至更低位置；

5、如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动且高于飞行器的实时位置时，飞行器排出机身内存储的水以减轻飞行器机身的总重量，以使得飞行器在水面以上浮至更高位置；

6、如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动且与飞行器的实时位置处于同一高度时，飞行器保持当前储水量不变，以使得飞行器在水中保持当前高度水平不变。

7、可选地，当飞行器完全浸没在水里、完全处于水面以下时，飞行器融合声呐数据、压强数据以及惯性数据以确定飞行器的实时位置；

8、当飞行器升空、完全处于水面以上时，飞行器融合惯性数据以及卫星定位数据以确定飞行器的实时位置；

9、当飞行器处于跨越水和空气两种介质的过程中时，飞行器融合惯性数据、卫星定位数据、压强数据以及声呐数据以确定飞行器的实时位置。

10、可选地，飞行器根据其实时位置数据整定调整当前时刻吸入或排出水的速率。

11、可选地，如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入空气环境中运动时，飞行器逐渐排出机身内存储的水以减轻飞行器机身的总重量，当飞行器排尽机身内存储的所有水时，通过飞行器此时的实时位置确认飞行器已经浮出水面后，控制飞行器脱离水环境进入空气环境中。

12、可选地，如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入水环境中运动时，控制飞行器逐渐降低高度，当飞行器降落到水面上时，开始吸入环境中的水以逐渐增加飞行器机身的总重量，飞行器机身的总重量逐渐增加直至飞行器完全浸没在水环境中。

13、本发明还提供一种跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，该系统用于实施上述的跨介质水空两用飞行器浮动控制方法；该系统包括：

14、检测模块：设置于飞行器机身，用于检测飞行器机身当前所处的介质环境参数以及飞行器当前的运动状态参数；

15、主控制模块：用于获知外部上位机或操作者的操作意愿并接入所述检测模块的数据，综合运算后发出对应的控制指令；

16、以及，执行器：用于接收所述主控模块的控制指令，对应吸入环境中的水或排出飞行器机身内存储的水。

17、可选地，所述检测模块包括声呐、卫星定位器、压强传感器、相机、激光雷达以及红外线探测仪中一种或多种组合。

18、可选地，所述主控制模块包括主控制器以及开关驱动器，所述主控制器用于融合数据、逻辑运算并发出控制指令，所述开关驱动器与所述主控制器连接，所述开关驱动器用于根据所述主控制器的控制指令对应产生驱动脉冲；所述主控制模块还包括遥控器以及遥控信号接收器，所述遥控器与所述遥控信号接收器交互，所述遥控信号接收器与所述主控制器连接。

19、可选地，所述执行器储水仓、蠕动泵以及电磁阀；所述电磁阀设置于所述蠕动泵的进水端，且所述电磁阀与所述蠕动泵水路导通，所述电磁阀与所述开关驱动器交互，所述电磁阀接收所述驱动脉冲以开启阀门或关闭阀门；所述储水仓设置于所述蠕动泵的出水端，所述蠕动泵与所述储水仓水路导通；所述蠕动泵与所述主控制器交互，所述蠕动泵接收所述主控制器的控制指令，将所述储水仓中存储的水排出或从外部环境中吸入水送入所述储水仓中。

20、可选地，该系统还包括能源模块，所述能源模块包括蓄电池以及电压转换器；所述蓄电池与所述电压转换器连接，所述能源模块具备若干个电源输出端，所述电源输出端分别连接所述主控制器、所述开关驱动器、所述蠕动泵以及所述电磁阀以对其供电。

21、本发明技术方案的优点：本发明提供的系统中各器件耦合紧密，系统架构清晰，本发明提供的控制方法控制方便，飞行器在水环境中时方便、高效地控制其自身的受力情况，在水环境中，以及在水环境与空气环境之间切换的过程中均能够方便地实施。

技术特征：

1.一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，该方法为：获知外部上位机或操作者的操作意愿，同时检测飞行器机身当前所处的介质环境参数以及飞行器当前的运动状态参数；如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动，则吸入环境中的水或排出飞行器机身内存储的水以改变飞行器自身总重量，控制飞行器机身在水面以下运动；如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入空气环境中运动，则逐渐排空飞行器机身内存储的全部水以将飞行器自身总重量降至最低，使飞行器逐渐浮出水面直至脱离水环境进入空气环境中；如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在空气环境中运动，则保持飞行器排空机身内存储的全部水的状态，控制飞行器机身在水面以上运动；如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入水环境中运动，则控制飞行器降落到水面上，逐渐吸入环境中的水以逐渐增加飞行器机身的总重量，使飞行器逐渐浸没到水环境中直至脱离空气环境完全进入水环境中。

2.如权利要求1所述的一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器保持在水下运动且低于飞行器的实时位置时，飞行器吸入环境中的水以增加飞行器机身的总重量，以使得飞行器在水面以下潜行至更低位置；

3.如权利要求2所述的一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，当飞行器完全浸没在水里、完全处于水面以下时，飞行器融合声呐数据、压强数据以及惯性数据以确定飞行器的实时位置；

4.如权利要求3所述的一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，飞行器根据其实时位置数据整定调整当前时刻吸入或排出水的速率。

5.如权利要求1所述的一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，如飞行器机身当前处于水环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入空气环境中运动时，飞行器逐渐排出机身内存储的水以减轻飞行器机身的总重量，当飞行器排尽机身内存储的所有水时，通过飞行器此时的实时位置确认飞行器已经浮出水面后，控制飞行器脱离水环境进入空气环境中。

6.如权利要求1所述的一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，其特征在于，如飞行器机身当前处于空气环境中、且外部上位机或操作者需要飞行器跨入水环境中运动时，控制飞行器逐渐降低高度，当飞行器降落到水面上时，开始吸入环境中的水以逐渐增加飞行器机身的总重量，飞行器机身的总重量逐渐增加直至飞行器完全浸没在水环境中。

7.一种跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，该系统用于实施如权利要求1-6任一项所述的跨介质水空两用飞行器浮动控制方法；其特征在于，该系统包括：

8.如权利要求7所述的跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，其特征在于，所述检测模块包括声呐、卫星定位器、压强传感器中一种或多种组合；所述主控制模块包括主控制器以及开关驱动器，所述主控制器用于融合数据、逻辑运算并发出控制指令，所述开关驱动器与所述主控制器连接，所述开关驱动器用于根据所述主控制器的控制指令对应产生驱动脉冲；所述主控制模块还包括遥控器以及遥控信号接收器，所述遥控器与所述遥控信号接收器交互，所述遥控信号接收器与所述主控制器连接。

9.如权利要求8所述的跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，其特征在于，所述执行器包括储水仓、蠕动泵以及电磁阀；所述电磁阀设置于所述蠕动泵的进水端，且所述电磁阀与所述蠕动泵水路导通，所述电磁阀与所述开关驱动器交互，所述电磁阀接收所述驱动脉冲以开启阀门或关闭阀门；所述储水仓设置于所述蠕动泵的出水端，所述蠕动泵与所述储水仓水路导通；所述蠕动泵与所述主控制器交互，所述蠕动泵接收所述主控制器的控制指令，将所述储水仓中存储的水排出或从外部环境中吸入水送入所述储水仓中。

10.如权利要求7所述的跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，其特征在于，该系统还包括能源模块，所述能源模块包括蓄电池以及电压转换器；所述蓄电池与所述电压转换器连接，所述能源模块具备若干个电源输出端，所述电源输出端分别连接所述主控制器、所述开关驱动器、所述蠕动泵以及所述电磁阀以对其供电。

技术总结本发明公开一种跨介质水空两用飞行器浮动控制方法，获知外部上位机或操作者的操作意愿，同时检测飞行器机身当前所处的介质环境参数以及飞行器当前的运动状态参数；通过从环境中吸入水或从飞行器机身中排出水，改变飞行器在水环境中的受力情况，进而实现其在在水环境中的浮动控制。本发明还公开一种跨介质水空两用飞行器浮动控制系统，该系统包括：检测模块、主控制模块以及执行器。本发明提供的系统中各器件耦合紧密，系统架构清晰，本发明提供的控制方法控制方便，飞行器在水环境中时方便、高效地控制其自身的受力情况，在水环境中，以及在水环境与空气环境之间切换的过程中均能够方便地实施。技术研发人员：邓傲恒,刘威,王隺梓涵,危立明,谢君,万晨戈受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27