CN101132966A - 推进装置 - Google Patents

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Abstract

个人飞行装置(1)包括可固定于飞行员身上的壳体(4)、至少一对螺旋桨(2，3)及装配于壳体上用于驱动螺旋桨的至少一个发动机(6)；该对螺旋桨中的一个装配于壳体的一侧，且该对螺旋桨的另一个装配于壳体的另一侧；在使用中，两螺旋桨以相同的方向旋转以产生推力。

Description

推进装置
发明领域
本发明涉及一种垂直起飞及着陆的个人飞行装置，即，一种更像喷射带(jet belt)一样可固定于飞行员身上的装置，并可使飞行员实现动力可控的飞行。
发明背景
个人飞行装置发展于二十世纪六十年代和二十世纪七十年代，但其实质上为基于火箭的装置(喷射带)，只有极短的飞行时间(通常为大约26秒)，且难以控制。而且，这些装置通过有着固有危险的火箭燃料而供以燃料。
在相关类型的装置中，燃料供应给催化剂床以产生热气，热气分布于两个间隔的反向旋转涡轮之间，以从涡轮的排气产生垂直推力。装置可以通过枢轴连接到各个涡轮底座上的罩或导向环而操纵。
近来，已提出了许多个人飞行装置，这些装置使用涵道螺旋桨(ducted fans)作为它们的推进机构：例如，一种装置包括一对涵道螺旋桨且通过相对于飞行员倾斜涵道螺旋桨而进行操纵。
已提出了大致相似类型的设计，其使用带罩的推进器而不是涵道螺旋桨。
如本说明书所使用的术语，“带罩的推进器”与“涵道螺旋桨”间的区别在于涵道螺旋桨包括一个或多个完全装配于涵道(duct)内的旋转风板(aerofoil)或螺旋桨(一个或多个桨叶)；涵道增加了螺旋桨的总功效。带罩的推进器包括由罩环绕的旋转的风板或推进器，罩的唯一功能是保护推进器，罩丝毫不影响推进器的功效。
另一提议描述了一种包括一对涵道螺旋桨的装置。在这个装置中，螺旋桨被刚性地固定于支撑装备，且通过控制邻近于各个螺旋桨的出口装配的襟翼(flap)而实现操纵。然而，这个设计中的两个螺旋桨反向旋转，且由此不得不通过变速箱使用相对复杂的刚性传动系统驱动；这给装置增加了相当大的重量。
其它现有技术的提议为单个带罩的推进器或涵道螺旋桨。单个的推进器/螺旋桨装置存在缺点，推进器/螺旋桨必须非常大以提供足够的提升力，且要平衡装置，推进器/螺旋桨通常在飞行员的上面或下面，从安全的角度看不是很理想。另一缺点是，来自一个推进器/螺旋桨的推力必须以某些方法分解以进行操纵，这容易导致操纵管道或涵道内的高摩擦损失。
发明概要
本发明的目的是一种个人飞行器，其克服了上述现有技术装置的缺点，并提供重量轻但高效的个人飞行器，其使用相当地安全。
本发明提供一种个人飞行装置，其包括：
可固定于飞行员身上的壳体；
至少一对螺旋桨，该对螺旋桨中的一个装配于壳体的一侧，且该对螺旋桨的另一个装配于壳体的另一侧；以及
至少一个发动机，其装配于壳体上用于驱动螺旋桨，其中，两螺旋桨都以相同的方向旋转以产生推力。
可以设想，由于对于多数应用来说尽可能低地保持装置的总重量是重要的，因此装置或许可以仅使用一个发动机及一对螺旋桨。然而，使用多于一对螺旋桨将是可能的，各个对通过其自己的发动机驱动或者两对/所有对都由一个发动机驱动。优选地，各个螺旋桨可以为涵道式螺旋桨，但其可能使用非涵道式螺旋桨。
优选地，壳体可通过套带固定于飞行员身上，且包括在飞行员与发动机和螺旋桨之间的保护罩。
发动机可以为任何合适的可靠的、坚固的、轻量的发动机，如，两冲程内燃机或四冲程内燃机、转式发动机、或燃气涡轮。传动机构可以为任何可靠的轻量传动机构，如，链条传动、流体传动、或带传动。优选地，传动机构是柔性带传动，更优选地为齿状带传动或micro-V带传动。优选带传动是因为带传动可以由飞行员容易地检查以防止磨损或损害，且现代的带传动提供低重量高功效的传动。对于另外的安全，可并行使用两个或更多的传动机构。
优选地，装置还包括操纵机构，其可以为任何合适的机构，如，在一个或更多螺旋桨上的操纵叶片；绕一个或更多螺旋桨较低端的可移动的操纵罩；或操纵喷射。优选地，操纵机构包括各个螺旋桨上的操纵叶片，操纵叶片设置为在使用中引导气流离开螺旋桨，并可由飞行员控制。
附图简述
仅通过举例的方式，本发明的优选实施例通过参考附图而详细描述，其中：
图1为根据本发明装置的概略的前视图；
图2为从图1装置的上方看的平面图；
图3为图1装置的侧视图；
图4为从下面看涵道螺旋桨的视图；
图5为图4螺旋桨的侧视图；
图6为传动布置的图示；
图7为部分控制系统的图示；
图8a及图8b为两种不同型式的固定片的图示；
图9为图8b的固定片更大比例的平面图；及
图10为图9的箭头A方向的视图。
发明详述
参照附图，个人飞行装置1包括一对涵道螺旋桨2、3，涵道螺旋桨2、3由中心壳体4支撑并隔开，中心壳体4还支撑发动机6及燃料箱(未示出)。
涵道螺旋桨2、3为已知的设计并包括中心多桨叶螺旋桨7、8，中心多桨叶螺旋桨7、8在同心的圆柱形涵道9、10内侧装配于轮轴7a、8a上并绕轮轴7a、8a可旋转。涵道9、10通过装配支架4a(仅于图2可见)刚性地装配于壳体4上，并被导向使得处于图1和图3所示的“静止”位置(即，在装置停在地面上时)，各个螺旋桨的旋转轴线大致是垂直的。涵道9、10的端部描述为开口的，但事实上可以由保护格栅或保护网覆盖。
通过以一对齿状传动带11a、11b的形式的传动机构，螺旋桨7、8由发动机6驱动至相应的轮轴7a、8a。齿状带传动示于图4和图6中(概略地示出)。如图6所示，发动机6通过柔性联接件6b驱动传动滑轮6a以衰减来自发动机6的扭转振动。两个传动带11a、11b一个并靠另一个地与传动滑轮6a接合。
第一传动带11a绕过滑轮6a，穿过涵道9的孔9b并围绕轮轴7a，以驱动螺旋桨7。第二传动带11b绕过滑轮6a，穿过涵道10内的孔10b并围绕轮轴8a，以驱动螺旋桨8。在使用中，两螺旋桨7、8以相同的方向旋转，但通过使用一排固定片(stator)12，来自各个涵道9、10的底部9a、10a的气流是成直线的(即，大致平行于相应螺旋桨的纵轴线)。固定片12是隔开的，并在相应的螺旋桨7、8下面绕各个涵道9、10的内圆周径向地延伸。各个固定片12是“辐条”，其从涵道的内侧壁径向朝向轮轴延伸。
图8a示出了最简单的固定片布置，其中，各个固定片是平坦的侧面平行的板，各个板的长度从涵道的内壁径向朝向轮轴延伸。
图8b、图9及图10示出了固定片12b的在空气动力上更加高效的设计，其中，各个固定片12a为弯曲的翼型截面板，其一端固定于涵道的内壁，且另一端固定于轮轴。如图9和图10所示，各个固定片12b沿其纵轴线从轮轴扭曲至涵道。这个设计的固定片具有比简单的平坦固定片12a更高的功效，但是生产及安装要更加昂贵。
壳体4比飞行员的肩膀宽度稍微宽些，且约与飞行员同高。在附图的图1及图3所示的“静止”位置上，壳体4的较低的边缘5停在地面上，并由一对成角度的后支撑件21稳固(仅示于图3)。
壳体4提供头部护罩13及扶手14、15(图1和图2)。扶手14与扭转握把节流阀(throttle)16和控制杆17结合。扭转握把节流阀16连接于发动机6，并用于以已知的方式控制发动机的加速度。控制杆17通过杆22连接于螺旋桨2的控制叶片18。如图3更详细所示，杆17枢接至扶手14的外端，且扶手14下面的杆17的端部连接至杆22的一端，其另一端在控制叶片18的较低端附近连接。控制杆19以相同的方式连接至扶手15及螺旋桨3的控制叶片。
控制叶片的控制方案为简单的杆控制，在螺旋桨2的情形下，控制杆17在箭头X方向的运动使控制叶片向箭头B方向运动，且杆17在箭头Y方向的运动使控制叶片向箭头A方向运动。或者，可使用线缆代替各个杆。另一种可能是使用非机械控制系统，通过替代的电子致动器控制各个控制叶片。
各个控制叶片装配径直地越过涵道9、10的相应的较低边缘9a、10a，并设置为绕与相应的螺旋桨和轮轴的旋转轴线大致垂直的轴线枢轴转动。各个叶片具有翼型截面。如图5所示，各个叶片在相应涵道的较低边缘之下部分地突出。
在使用中，飞行员站在空间20中(图2)并通过装配于壳体4上的降落伞型套带(未示出)捆缚于装置上。一旦捆缚上，飞行员启动发动机6以旋转涵道9、10内的螺旋桨7、8，从而垂直升起装置。升起的量通过由节流阀16控制发动机6的加速度支配。通过利用控制杆17、19使螺旋桨2、3的控制叶片转向而向前运动。控制叶片也用于向左或向右转动装置。
以向相同的方向旋转两个螺旋桨7、8意味着螺旋桨可以直接由发动机驱动，且不需要变速箱改变驱动的方向，这节省了大量额外的重量，且还排除了将需要维护及可能失效的构件。如果不是用于使气流大致直线离开螺旋桨2、3的固定片，以相同方向旋转两螺旋桨将分配扭矩给装置。
装置安装有降落伞(未示出)，降落伞在紧急情况下由飞行员打开，以将装置和飞行员共同安全地带到地面。
设想上述装置的主要应用将为单人运输机。但也可能以任意的遥控装置代替飞行员，并遥控操作该装置。

Claims (33)

1.一种个人飞行装置，包括：
可固定于飞行员身上的壳体；
至少一对螺旋桨，该对螺旋桨中的一个装配于所述壳体的一侧，且该对螺旋桨的另一个装配于所述壳体的另一侧；以及
至少一个发动机，其装配于所述壳体上用于驱动所述螺旋桨；其中，两个螺旋桨都以相同的方向旋转以产生推力。
2.如权利要求1所述的个人飞行装置，其特征在于：各个螺旋桨绕旋转轴线旋转，其中各个螺旋桨的所述旋转轴线相对于所述壳体固定。
3.如权利要求2所述的个人飞行装置，其特征在于：当所述装置固定于竖直站立的飞行员时，各个螺旋桨固定于所述壳体，以使各个螺旋桨的所述旋转轴线大致垂直。
4.如权利要求1至3中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括配接于至少一个螺旋桨的操纵叶片，所述叶片是可控制的，以引导气流离开所述至少一个螺旋桨。
5.如权利要求4所述的个人飞行装置，其特征在于：所述操纵叶片包括板，所述板具有翼型截面并径直地装配越过环绕所述至少一个螺旋桨的涵道的较低边缘。
6.如权利要求4所述的个人飞行装置，其特征在于：所述壳体结合有：
用于节流控制的装备；以及
用于所述操纵叶片的控制器。
7.如权利要求6所述的个人飞行装置，其特征在于：所述节流控制装备以及用于所述操纵叶片的控制器装配于从所述壳体延伸的扶手上。
8.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：所述壳体包括保护罩，用于相对于所述发动机和螺旋桨防护飞行员。
9.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：所述壳体包括用于将所述装置固定于飞行员身上的套带。
10.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：各个螺旋桨为涵道式螺旋桨，包括环绕所述螺旋桨并限定进气道的涵道。
11.如权利要求10所述的个人飞行装置，其特征在于：所述进气道覆盖有网。
12.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：所述发动机选自两冲程内燃机、四冲程内燃机、转式发动机、及燃气涡轮发动机。
13.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括由所述至少一个发动机驱动的传动机构，所述被驱动的传动机构驱动所述至少一对螺旋桨。
14.如权利要求13所述的个人飞行装置，其特征在于：所述传动机构包括单传动。
15.如权利要求13所述的个人飞行装置，其特征在于：所述传动机构包括双传动。
16.如权利要求13所述的个人飞行装置，其特征在于：所述传动机构选自链条传动、流体传动、及带传动。
17.如权利要求13所述的个人飞行装置，其特征在于：所述传动机构是齿状带传动。
18.如权利要求13所述的个人飞行装置，其特征在于：所述传动机构是micro-V带传动。
19.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：所述装置仅包括单对涵道式螺旋桨及单个发动机。
20.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括配接于所述壳体的降落伞。
21.如前述权利要求中任一项所述的个人飞行装置，其特征在于：各个螺旋桨装配于涵道内，其中所述装置还包括一组固定片，所述固定片设置于各个螺旋桨涵道内，以使离开所述螺旋桨的气流变直。
22.如权利要求21所述的个人飞行装置，其特征在于：各组的所述固定片具有固定于所述涵道内壁的一端，及固定于所述涵道内所述螺旋桨的轮轴的另一端。
23.如权利要求21所述的个人飞行装置，其特征在于：各个固定片是平坦的侧面平行的板。
24.如权利要求21所述的个人飞行装置，其特征在于：所述各个固定片包括弯曲的翼型截面。
25.如权利要求1所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括用于各个螺旋桨的涵道，其中各个涵道环绕各个螺旋桨。
26.一种个人飞行装置，包括：
壳体；
一对螺旋桨，其装配于所述壳体上，各个螺旋桨绕旋转轴线旋转，且其中各个螺旋桨的所述旋转轴线相对于所述壳体固定；以及
发动机，其装配于所述壳体内，驱动该对螺旋桨。
27.如权利要求26所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括环绕各个螺旋桨的涵道。
28.如权利要求27所述的个人飞行装置，其特征在于：各个涵道相对于所述壳体固定。
29.如权利要求27所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括与各个螺旋桨关联的一组固定片，所述固定片设置为使离开所述螺旋桨的气流变直。
30.如权利要求27所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括控制叶片，用于操纵由所述螺旋桨中的一个所产生的气流以操纵所述装置。
31.如权利要求30所述的个人飞行装置，其特征在于：还包括第二控制叶片，用于操纵由所述螺旋桨中的另一个所产生的气流以操纵所述装置。
32.如权利要求31所述的个人飞行装置，其特征在于：各个控制叶片装配于所述螺旋桨的涵道上，所述螺旋桨的气流由所述叶片操纵。
33.如权利要求26所述的个人飞行装置，其特征在于：两个螺旋桨都以相同的方向旋转。
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