CN101139012A - 喷气翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种能够垂直起降的飞行器，它是通过从缝隙喷口平行于喷气翼上表面向后喷出被加速的气流，产生向前的推力，也附带产生向上的升力。二维矢量喷管在水平面内偏转，使喷气翼飞行器能做垂直起降、旋停、转向、前进、减速、后退、加速等机动飞行动作，以其结构简单，运行费用低，能源使用效率高，容易操控，安全可靠，可广泛应用于民用，军事等领域。

Description

喷气翼飞行器

所属技术领域

本发明涉及航天、航空器领域。

背景技术

根据伯努利流体压强方程，当在同一流管中一平板上表面的流速大于下表面的流速时，上表面受到的静压强小于下表面受到的静压强，平板受到一个垂直于平板向上的合力，这个合力就是平板受到的升力。

现代固定翼飞机是加速机体本身，气流流过上表面凸起下表面平直的机翼表面，根据流体的连续性，流经凸起上表面的行程长，速度快，流经平直下表面的行程短，速度慢，机翼受到一个向上的升力。但飞机需加速到一定值时，才能产生足够的升力克服飞机自重起飞。由于加速的机体质量大，需要在跑道上加速一段较长的距离才能起飞，且不能作低速飞行。固定翼飞机在飞行中发动机输出的动力，大部分用于产生升力，能源使用效率低。宽大的机翼在空气中迎风面积和浸润面积大，阻力大，也更易受到外界气流的影响，停放中占用面积大，通过性受到制约，制造和运行费高，操控难度大，发动机噪声大。由于固定翼飞机有以上诸多缺点，严重限制了它的使用范围。

旋翼直升机是加速质量较小的旋翼作圆周运动产生升力，虽能作垂直起降、低速飞行和旋停，但发动机输出的动力几乎都用于产生升力，只有很少的一部分用于产生推力，加之受直升机旋翼的限制，旋翼直升机飞行速度慢，能源使用效率更低。

2005年在巴黎航展上亮相的扇翼飞机，布局和一般固定翼飞机一样，只在平直的两机翼上表面安装有滚筒风扇，在发动机的驱动下，气流从机翼前缘被滚筒风扇加速欧向机翼后部，在产生推力的同时也产生升力，能源使用效率大大提高，但也因机翼上表面安装有滚筒风扇，迎风面积大，阻力大，飞行速度慢。在飞行中小鸟等杂物有可能飞进滚筒中卡住，扇翼飞机不具有滑翔能力，一旦发动机停止，就会急速下坠，安全性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够垂直起降，能源使用效率高，受外界气流影响小，停放时占用面积小，通过性能好，制造和使用费低，易于操控，噪声小，安全可靠，用途广泛的飞行器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：喷气翼飞行器主要由喷气翼、操控系统、载物仓、燃油系统、电力系统、起落架组成。

喷气翼的上表面由多块平板从前向后呈阶梯状下降排列，每两块平板的搭接处有一条水平向后的缝隙喷口，喷气翼上表面与下表面一整块平板加边框组成一个大空腔，在每条缝隙喷口下部有一条平行于缝隙喷口的隔条，把大空腔横向分成多条小的支气道，每条支气道两端都由气流阀与两侧的主气道相连通，每条主气道内前端，由外向内依次同轴分布着气流过滤栅、风扇、变速器、发动机、启动/发电机、消声器，在每条主气道内末端有一块气流限流档板，限流挡板后是二维矢量喷管，在喷气翼上表面两边沿纵向斜向上各有一条长方形边条小翼。

气流经风扇在主气道内加速，一部分气流经气流阀流入支气道，再经缝隙喷口喷出，喷口方向与喷气翼上表面相平行，从缝隙喷口喷出的气流与喷气翼上表面相平行向后，加速了喷气翼上表面上方的一层少量空气，喷气翼下表面的空气没有被加速，喷气翼上表面气流速度大于下表面的气流速度，在喷气翼上产生升力，也产生推力。多条缝隙喷口同方向横向平行向后排列，前面第一条缝隙喷口喷出的气流到第二条缝隙喷口处速度还未衰减完。由速度的叠加原理，减缓第二条缝隙喷口喷出的气流速度的衰减，第二条缝隙喷口喷出的气流又作用于第三条缝隙喷口喷出的气流，依此类推，在喷气翼上表面就形成平稳的气流。

在喷气翼上表面两边沿的边条小翼防止喷气翼缝隙喷口喷出的气流下洗，也防止侧向气流对喷气翼缝隙喷口喷出的气流扰动，使喷气翼上表面的气流更加平稳，边条小翼还产生部分升力。

从喷气翼缝隙喷口喷出的的空气，密度小，质量小，只需较小的动力就能够短时间内把空气加速到足以克服机体重力起飞所需升力时的速度，不需要滑跑加速，就能一“跃”而起。喷气翼的缝隙喷口喷出的气流水平向后，产生一个水平向前的推力，升力是附加的，达到了能源使用的高效率。

经风扇在主气道内加速的另一部分气流，经限流挡板由二维矢量喷管喷出。限流挡板通过调节流过的气流量来调节二维矢量喷管产生推力的大小，二维矢量喷管由多片U形片叠加在一起，U形开口处固定在一根转轴上，转轴中有一套待服电动机驱动U形片呈扇形展开或收拢，使得二维矢量喷管在水平方向上作180°的偏转。

当二维矢量喷管向侧边喷气时，喷气翼飞行器转向。

当二维矢量喷管向后喷气时，推力方向与缝隙喷口推力方向相同，加快喷气翼飞行器的前进速度。

当二维矢量喷管向前喷气时，推力方向与缝隙喷口推力方向相反，使喷气翼飞行器减速、后退或旋停。

喷气翼由两套独立的轴流式风扇系统提供气流，若其中一套出故障，另一套仍然能保持喷气翼飞行器的正常飞行。轴流式风扇系统在主气道内，由外向内依次同轴分布着气流过滤栅、风扇、变速器、发动机、启动/发电机、消声器。发动机输出的动力经变速器调速后传向风扇，带动风扇向主气道内输送经气流过滤栅过滤的空气，既冷却了变速器、发动机、启动/发电机和消声器，也使吸入的气流温度升高，气流速度更快，发动机的进气口在风扇后面，进气气压大，提高喷气翼飞行器的高空性能，发动机排出的废气还具有动能和内能，排入主气道得以进一步利用，进一步提高发动机的能源使用效率和降低噪声。

发动机可选用汪克尔(Wankel)转子发动机。

每条支气道由两套风扇系单独或同时供气，调节气流阀门的进气量来调节该局部升力的大小。

当调节前后支气道的进气量时，喷气翼飞行器俯仰机动飞行。

当同步调节全部气流阀的进气量，进入支气道的气量平稳，消除发动机输出功率波动对飞行平稳的影响。

当喷气翼某区域发生故障时，关闭该区域的气流阀，把故障区域隔离，提高安全性。

当在地面时，关闭所有气流阀，气流从二维矢量喷管喷出，推动喷气翼飞行器在地面上行驶。

喷气翼近似矩形，只在后部略向后凸，作为载物仓的顶棚而无需伸展开，减小了停放时占用面积，提高了通过性，外表光滑在空中的迎风面积和浸润面积小，空气阻力小，更大的提高了能源使用效率。

机仓前部为操控系统，控制发动机的运转状态、气流阀的进气量、限流挡板的开启角度和二维矢量喷管的偏转方向。后部为载物仓，载物仓的布置按需要和飞行的稳定性而定。燃油系统是两个燃油箱，分别布置在机仓两侧的喷气翼飞行器的重心下面，为发动机提供燃油。电力系统由启动/发电机发出电能直接供给操作系统或输往蓄电池后再供给操控系统，两个蓄电池分别在机仓两侧的后下方。起落架采用轮式起落架。

本发明通过喷气翼产生升力和推力，可以灵活地实现垂直起降、转向、减速、加速、后退和旋停等机动飞行动作。能源使用效率高，只需很小的动力就能升起很重的物体。由于喷气翼无需伸展开，阻力小，受外界气流影响小，停放时占用面积小，通过性好，制造和使用费低，易于操控，噪声小，安全可靠，用途广泛。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的侧视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的前视图。

图4是本发明的纵剖面构造图。

图5是本发明的喷气翼纵剖面构造图。

图6是本发明的喷气翼横剖面构造图。

图7是本发明的喷气翼局部气流流程示意图。

图8是本发明的二维矢量喷管竖剖面构造图。

图9是本发明的二维矢量喷管的平剖面构造图(U形片收拢)。

图10是本发明的二维矢量喷管的平剖面构造图(U形片展开)。

具体实施方式

喷气翼飞行器主要由喷气翼(1)、操控系统(2)、载物仓(3)、燃油系统(4)、电力系统(5)、起落架(6)组成。

喷气翼(1)的上表面由多块平板(7)从前向后呈阶梯状下降排列，每两块平板(7)的搭接处有一条水平向后的缝隙喷口(8)，喷气翼(1)上表面与喷气翼(1)下表面一整块平板(9)加边框(10)组成一小大空腔，在每条缝隙喷口(8)下部有一条平行于缝隙喷口(8)的隔条(11)，把大空腔横向分成多条小的支气道(12)，每条支气道(12)两端都由气流阀(13)与两侧的主气道(14)相连通，每条主气道(14)内前端，由外向内依次同轴分布着气流过滤栅(15)、风扇(16)、变速器(17)、发动机(18)、启动/发电机(19)、消声器(20)，发动机(18)输出的动力经变速器(17)调速后传向风扇(16)，带动风扇(16)向主气道(14)内输送经气流过滤栅(15)过滤的空气。在每条主气道(14)内末端有一块气流限流档板(21)，限流挡板(21)后是一套二维矢量喷管(22)，二维矢量喷管(22)由多片U形片(23)叠加在一起，U形开口处固定在一根转轴(24)上，转轴(24)中有一套待服电动机(25)驱动U形片(23)呈扇形展开或收拢，使二维矢量喷管(22)在水平方向上作180°的偏转。在喷气翼(1)上表面两边沿纵向斜向上各有一条长方形边条小翼(26)。

操控系统(2)控制发动机(18)的运转状态、气流阀(13)的进气量、限流挡板(21)的开启角度和二维矢量喷管(22)的偏转方向。

载物仓(3)的布置按需要和飞行的稳定性而定。

燃油系统(4)是两个燃油箱分别布置在机仓两侧的喷气翼飞行器的重心下面，为发动机(18)提供燃油。

电力系统(5)由启动/发电机(19)发出电能直接供给操作系统(2)或输往蓄电池后再供给操控系统(2)。

起落架(6)采用轮式起落架。

Claims (4)

1.一种飞行器，主要由机翼、操控系统、载物仓、燃油系统、电力系统、起落架构成，其特征是由风扇加速的气流，一部分从喷气翼上的多条缝隙喷口平行于喷气翼上表面向后喷出，另一部分从二维矢量喷管喷出。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征是喷气翼的上表面由多块平板从前向后呈阶梯状下降排列，每两块平板的搭接处有一条水平向后的缝隙喷口，喷气翼上表面与下表面的一整块平板加边框构成一个大空腔，在每条缝隙喷口下部分有一条平行于喷口的隔条，把大空腔横向分成多条小支气道，每条支气道都由气流阀与两侧的主气道相连通，每条主气道内前端，由前向后依次同轴分布着气流过滤栅、风扇、变速器、发动机、启动/发动机、消声器，发动机输出的动力经变速器调速后传向风扇，带动风扇向主气道内输送经气流过滤栅过滤的空气，在每条主气道末端有一块气流限流挡板，限流挡板后是一套二维矢量喷管，二维矢量喷管由多片U形片叠加在一起，U形开口处固定在一根转轴上，转轴中有一套待服电动机驱动U形片呈扇行展开或收拢，二维矢量喷口在水平面上可作180°的偏转，在喷气翼上表面两边沿纵向斜向上各有一条长方形边条小翼。

3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征是喷气翼为近似长方形，只在后部略向后凸，作为机仓的顶棚。

4.根据权利要求1所述，其特征是操控系统控制着发动机的运转状态、气流阀的进气量、限流档板的开启角度、二维矢量喷管的偏转方向。

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