CN100354182C - 伞翼喷气飞行器 - Google Patents

Abstract

一种载人飞行用的伞翼喷气飞行器，该飞行器有一个半球形或碟形的载人、载货机仓，该机仓顶部连接有发动机及与发动机相连的涡轮扇，在发动机及涡轮扇的外围设有可伸缩的环形伞翼，机仓顶部边缘圆周上间隔设有多个导气叶片，导气叶片上端固定有一环形进气口，导气叶片、伞翼及机仓外壳之间的空腔则形成出口向下的环形喷气道。本发明提供了一种更廉价，更适于实际应用和家庭使用，使用及操作更加安全可靠的飞行器，它具有可伸缩伞翼，既可垂直起降，又能滑行，并不能在空中静止不动，适合于在中低空飞行或贴近水面或地面飞行等特点。

Description

伞翼喷气飞行器

技术领域

本发明涉及载人飞行器，特别是涉及一种空气自飞行器顶部吸入，在机仓顶部经导气叶片、伞翼及机仓外壳形成的喷气道向下喷出，既可垂直起降，又可滑行，并可向任何方向飞行的伞翼喷气飞行器。

背景技术

众所周知，乘飞机旅行已成为人类现代生活中的一个重要组成部分，这种高效便捷的旅行方式极大地方便了人们的生活，大大缩短了世界各地间的距离，并扩大了不同地区的人们的各种交流。人类的飞行活动已有较久远的历史，从早期的小型螺旋浆飞机到今天的大型喷气飞机，以及能进行空间旅行的航天飞机和宇宙飞船，各种飞行器的体积越来越大，速度越来越快，使人们的旅行和探索范围不断扩大。如今人们所见到的飞机基本上仍是螺旋浆飞机和喷气飞机两种，目前的螺旋浆飞机大多为直升飞机，民用飞机则多为喷气飞机。螺旋浆飞机是靠机体顶部的螺旋浆提供向上的升力，并通过尾部螺旋浆控制方向。而喷气机则是通过设置于机体两侧的涡轮发动机将气体从前部吸入，从后部喷出，以提供向前的推力，其升力则是靠机翼上下两侧的压力差所提供的。

迄今为止，人们的飞行工具主要是依赖于飞机。由于大型飞机本身的结构非常复杂，造价十分昂贵，因此坐飞机旅行的费用也很高，这使得目前的飞机难以成为象汽车一样的普通交通工具。

为此，人们一直想象着能有一种家庭化的能够灵活起降和飞行的小型飞行器，于是便有了各种关于飞碟的科学幻想和各种关于飞行器的设想。然而，人们想象中的飞碟到目前尚未出现。而文献中已公开的飞行器也由于未能很好地解决飞行器的动力和控制问题而无法实际应用。

发明内容

本发明旨在使飞行器更廉价，更适于实际应用和家庭使用，使用及操作更加安全可靠，而提供一种具有可收放伞翼，既可垂直起降，又可滑行，并能在空中静止不动，适合于在中低空低速飞行或贴近水面或地面飞行的伞翼喷气飞行器。

为达到上述目的，本发明提供一种伞翼喷气飞行器，该飞行器有一个半球形或碟形的载人、载货机仓，该机仓顶部连接有发动机及与发动机相连的涡轮扇，在发动机及涡轮扇的外围设有可伸缩的环形伞翼，机仓顶部边缘圆周上间隔设有多个防止飞行器自旋的导气叶片，导气叶片上端固定有一环形进气口，导气叶片、伞翼及机仓外壳之间的空腔则形成出口向下的环形喷气道。

涡轮扇的叶片与涡轮扇的转动平面垂直，且该叶片是由一段平面和一段弧面构成的曲形板状体，其平面部分折向与涡轮扇旋向相反的方向，且弧面部分的高度低于平面部分的高度，弧面部分的端部连接于发动机的输出轴上，发动机则固定在机仓上盖上。

伞翼由多根活动金属骨架与连接于其外部的环形伞面构成，其伞面由高强度柔性材料制成，各骨架的连接端铰接于环形进气口外侧。

在伞翼的伞面内侧的多根骨架之间连接有多根可伸缩伞翼姿态控制杆，伞翼姿态控制杆的连接端与导气叶片铰接。

在伞翼的伞面内侧的多根骨架之间连接有至少三根可伸缩伞翼姿态控制杆。

伞翼在飞行器静止时下垂合拢，在飞行器飞行时则向外张开。

导气叶片是由位于前端的一段弧面和位于后端的一段平面构成的曲形板状体，导气叶片的下端固定于机仓上盖的边缘，其上端与进气口固接。

多个导气叶片中的至少一个是可转动的。

该飞行器由轻金属或高强度塑料制成。

在飞行器底部设有可弹出的降落伞及起落架。

本发明的工作原理可结合图5、图9、图10加以说明，发动机20带动涡轮扇30高速旋转，因轮叶压力及离心力作用，将空气经进气口60送入气道70内，并经喷气口喷出，使得在机顶产生一个空气负压区，在气道内产生一个空气正压区，机顶空气负压对整个飞行器产生一个向上的吸力，该吸力作用于伞翼及机仓顶部壳体，同时气道内空气正压使伞翼张开，并在伞翼上产生一个向上的作用力，这两个力的合力向上平行于机体中轴线，该合力作用于机仓顶部，使飞行器垂直升空。升空后通过调整伞翼姿态控制杆长度改变伞翼形状可调整飞行器姿态，使飞行器向前进的方向倾斜，这样飞行器即获得一个如图9所示的向前运动的水平合力。图中F为升力，G为重力，F1为合力，如图示，该飞行器可以垂直升空，并可向任何一个方向运动。

本发明的贡献在于，它提供了一种全新的飞行器，该飞行器从飞行原理、整体结构到外形都完全不同于现有的飞机，由于其进气在飞行器顶部，喷气在底部，因此有利于飞行器的垂直起降，且由于设有直径较大的类似滑行伞的伞翼，因而可在需要滑行时，特别是发动机或其它部分出现故障时能平稳滑行，因而比普通民用飞机和直升飞机或飞行更加安全.且由于设有简单有效的飞行姿态及方向控制机构，因而飞行灵活且操控简单。该飞行原理和结构设计不仅符合空气动力学原理，而且结构较现有飞机大为简化，因而制造成本和价格都将远远低于现有的飞机，这就使得该飞行器有可能成为一种小型化的，更加廉价的，更适宜作为一种类似于小汽车的空中交通工具，并使得人们想象或设想中的类似于飞碟的飞行物变成现实。

附图说明

图1是本发明的俯视外形立体示意图。

图2是本发明的仰视外形立体示意图。

图3是本发明的平面示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明的结构剖视图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是图5的C-C剖视图。

图8是导气叶片结构示意图，其中图8A为图4的A向视图；图8B为图8A的D-D剖视图；图8C为图8A的B向视图。

图9是本发明飞行原理示意图。

图10是飞行姿态控制示意图。

具体实施方式

下例实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

本发明的伞翼喷气飞行器是一种载人飞行器，图1～图3示出了该飞行器的外形，很显然，它也可设计成其它的外形。如图示，该飞行器有一个半球形或碟形的载人、载货机仓10，本例中示出的是半球形的机仓结构，该机仓由高强度工程塑料或高强度玻璃钢材料制成，当然也可由轻金属材料制成。如图5，机仓内沿轴向可分隔成上、中、下三层11、12、13，其中上层11内用于安装发动机，中层12内设有驾驶仓121和座仓122(见图7)，而底层13则用于设置降落伞(图中未示出)和起落架80。中层的驾驶仓及座仓内设有驾驶位1212及乘客位1221，机仓两侧设有机仓门14(见图3)。在驾驶仓121的前方的机仓壳体上装有视角宽阔的驾驶仓前窗1211，驾驶仓内的各种仪表和控制机构可采用成熟技术。驾驶仓及座仓的环形仓壁上设有多个供飞行员和乘客使用的观察窗15。

参见图5，在机仓10的顶部上层11内装有发动机20，该飞行器配有两台发动机，既可单机驱动，亦可双机联合驱动。双机驱动时功率满足飞行器在一定高度快速飞行，单机驱动时功率满足飞行器安全降落及贴近地面或水面飞行。这样即使一个发动机发生故障亦能保证飞行器及人员安全。该发动机固定于机仓上层底板111上，它可选用市售轻型航空汽油发动机，也可选用柴油或电力发动机。在发动机的输出轴上装有一个涡轮扇30，该涡轮扇的叶片31与涡轮扇的转动平面垂直，且该叶片具有特殊形状，它是由一段平面311和一段弧面312构成的变形的L形板状体(见图1、图2、图4、图6)，其弧面部分呈径向设置，平面部分则折向与涡轮扇转向相反的方向，且弧面部分的高度低于平面部分的高度，弧面部分与平面部分由平滑曲线过渡，形成前大后小的形状，这种形状有利于提高涡轮工作效率，其弧面部分的端部连接于发动机20的输出轴上。如图5，该涡轮扇置于机仓上层内。对于较大型的飞行器也可设置两个或多个涡轮扇，该涡轮扇的作用在于从飞行器顶部吸入气流，并经喷气道喷出。由于涡轮扇本身不承担升力，且其高速旋转时，叶片本身离心力与空气对它的压力会相互抵消大部分，因而对涡轮扇的强度要求不是很高，它可采用高强度工程塑料或轻金属制造。

在发动机及涡轮扇的外围设有可伸缩的环形伞翼40，它是该飞行器的重要部件之一，由图1、图2及图5可见，该伞翼由多根金属骨架41与连接于其外部的环形伞面42构成，所述骨架41由轻金属制成，其连接端铰接于环形进气口60外侧，使之可绕铰接点转动。所述伞面是上下敞口的环状体，其上部口小，下部口大，如同将普通伞的顶部切去而形成的弧面环形体。它可由高强度，耐老化，柔性好的柔性材料，如尼龙布、碳纤维布等制成，本例中选用碳纤维布。

如何控制飞行姿态是本发明所要解决的另一个重要问题，本发明是通过控制伞翼形状及姿态，并以此改变飞行器的飞行姿态来实现的。为此，在伞翼的伞面内侧的其中几个骨架41之间连接有多根可伸缩伞翼姿态控制杆43，根据平衡需要，伞翼姿态控制杆不应少于三根，本例中为四根(见图6)。该伞翼姿态控制杆为液压伸缩杆，其连接端与导气叶片50铰接(见图8C)，并与飞行器的液压系统连接，由液压系统控制其伸缩。飞行器在飞行时，调控伞翼姿态控制杆的长度可控制伞翼的形状及姿态。伞翼40在飞行器静止时因自身重力下垂合拢，在飞行器飞行时则因气流压力自动向外张开。

参见图5、图6，机仓顶部边缘圆周上间隔设有多个导气叶片50，其结构如图8所示，导气叶片50为曲形板状体，它由位于前端的一段弧面51和位于后端的一段平面52构成，形成图6所示的前端弯曲、后端平直的截面形状(见图8B)，该导气叶片可引导涡轮扇产生的气流由径向喷出，因此可防止飞行器自旋。导气叶片的下端固定于机仓上盖11的边缘，其上端与进气口固接(见图8A)。多个导气叶片50中的至少一个是可转动的，以便调整喷气方向。活动导叶可与飞行器的液压机构连接，通过液压控制使之转动一定角度，因此可改变喷气方向。

导气叶片上端铆接有一环形进气口60，导气叶片、伞翼及机仓外壳之间的空腔形成出口向下的环形喷气道70，空气通过涡轮扇由飞行器顶部吸入，然后经导气叶片折向径向，并经环形喷气道出口向下喷出。

如图10所示，飞行器的升力向上并作用于机仓顶部，而重力向下作用于重心，重心位于升力作用点下部，当外力，如风力作用使机身倾斜时，重力与升力会产生一个反向力偶，倾斜度越大，该反向力偶越大，因此，该飞行器具有良好的平衡性。若因载人或载货产生重心偏移，则可调整伞翼形状产生反向力偶来补偿，使机身水平稳定。此外，由于气流作用于涡轮扇的力偶与作用于导气叶片的力偶大小相等方向相反，因而本飞行器不会旋转，若发动机变速或需转弯时，可转动活动导气叶片得到所需的旋转力偶。

为确保飞行安全，在飞行器底部设有可弹出的降落伞(图中未示出)，它可采用现有飞机的降落伞弹出结构。在飞行器底部装有受飞行器液压系统控制的起落架80，它可采用类似直升机的起落架。

Claims (7)

1、一种伞翼喷气飞行器，其特征在于，它有一个半球形或碟形的载人、载货机仓(10)，该机仓顶部连接有发动机(20)及与发动机相连的涡轮扇(30)，在发动机及涡轮扇的外围设有可伸缩的环形伞翼(40)，该伞翼由多根活动金属骨架(41)与连接于其外部的环形伞面(42)构成，其伞面由高强度柔性材料制成，各骨架(41)的连接端铰接于环形进气口(60)外侧，所述伞翼(40)在飞行器静止时下垂合拢，在飞行器飞行时则向外张开；在伞翼的伞面内侧的多根骨架(41)之间连接有多根可伸缩伞翼姿态控制杆(43)，伞翼姿态控制杆的连接端与导气叶片(50)铰接；机仓顶部边缘圆周上间隔设有多个防止飞行器自旋的导气叶片(50)，导气叶片上端固定有一环形进气口(60)，导气叶片、伞翼及机仓外壳之间的空腔则形成出口向下的环形喷气道(70)。

2、根据权利要求1所述的伞翼喷气飞行器，其特在于，所述涡轮扇(30)的叶片(31)与涡轮扇的转动平面垂直，且该叶片是由一段平面(311)和一段弧面(312)构成的曲形板状体，其平面部分折向与涡轮扇旋向相反的方向，且弧面部分的高度低于平面部分的高度，弧面部分的端部连接于发动机(20)的输出轴上，发动机则固定在机仓上盖(11)上。

3、根据权利要求1所述的伞翼喷气飞行器，其特征在于，在伞翼的伞面内侧的多根骨架(41)之间连接有至少三根可伸缩伞翼姿态控制杆(43)。

4、根据权利要求1所述的伞翼喷气飞行器，其特征在于，所述导气叶片(50)是由位于前端的一段弧面(51)和位于后端的一段平面(52)构成的曲形板状体，导气叶片的下端固定于机仓上盖(11)的边缘，其上端与进气口固接。

5、根据权利要求4所述的伞翼喷气飞行器，其特征在于，所述多个导气叶片(50)中的至少一个是可转动的。

6、根据权利要求1至5中任一条所述的伞翼喷气飞行器，其特征在于，该飞行器由轻金属或高强度塑料制成。

7、根据权利要求1至5中任一条所述的伞翼喷气飞行器，其特征在于，在飞行器底部设有可弹出的降落伞及起落架(80)。

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