CN101433765B - 飞行物体 - Google Patents

Abstract

一种飞行物体的机翼，该机翼具有前缘和后缘以及在该前缘与后缘之间的上和下表面。在前缘与后缘之间的部分具有曲线形状的上表面。从上表面的前缘部分到该表面的中部具有凹面形状。下表面具有这样的曲线形状，即，从上表面的前缘部分到该表面的中部具有凸面形状。在机翼表面中的横向孔口容纳有一用来产生向前飞行的推进力的螺旋桨。该螺旋桨的桨叶在一平面中转动，该平面横截于该表面的前缘与后缘之间的直线。

Description

飞行物体

技术领域

本发明总体上涉及一种飞行物体，例如玩具飞行装置或玩具飞机。本发明尤其涉及一种能够持续飞行的类似于机翼的表面形状结构。

背景技术

这种飞行物体的飞行特性由该物体或者该物体的某些部分的形状所决定。该物体可以装有动力装置，或者在更多情况下具有滑翔机结构。诸如重量、机身以及机翼的形状和尺寸等要素决定了其飞行特性。此外，这种飞行物体能够可选择地由人借助无线电控制(或不借助无线电控制)进行操纵。然而，已知的这种飞行物体具有某些缺点。

众所周知，飞行物体是一种复杂的机械，它具有潜在的不稳定性并由此难于控制，因而需要更多的经验，以便安全地操纵这种飞行物体而不会发生不幸事故。

发明内容

本发明所披露的技术内容提供了一种具有新颖的飞行特性、机动飞行性能和/或飞行动作的改进的飞行物体。本发明的目的在于，通过提供一种获得飞行特性的简单解决方案，飞行特性诸如飞行物体的低速飞行以及较短的起飞和着陆距离，从而使上述和其它缺点中的一个或多个缺点最小化，以便使操纵该飞行物体变得更加简单，并且可以降低对于操作员或用户的长期经验的需要。

本发明的披露内容总体涉及一种飞行物体。其中设置有具有使空气偏转的表面的机翼，以及相对于该机翼表面操纵的有助于实现飞行运动和动作的螺旋桨。

该飞行物体包括机翼，该机翼具有前缘和后缘以及在该前缘与后缘之间的上表面和下表面，以及在该前缘与后缘之间的部分。

该上表面具有这样的曲线形状，即，从上表面的前缘部分到该表面的中部呈大致凹面形状。

该下表面具有这样的曲线形状，即，使得从下表面的前缘部分往该表面的中部呈大致凸面形状。

在前缘与后缘之间有一部分。在一种结构形式中，机翼的表面内有用来容纳螺旋桨的横向孔口。在其它结构形式中，机翼被分隔成几个部分，在该机翼的多个部分之间容纳有一螺旋桨。螺旋桨用来产生向前飞行的力。螺旋桨把来自飞行物体前方的空气朝着中间表面抽吸到前表面上，并且将中间表面上的空气推向后缘。螺旋桨的桨叶在一平面中转动，该平面横截于该表面的前缘与后缘之间的直线。

该飞行运动包括下述特征中的一个或更多特征：

低速飞行，例如以接近于1米/秒的速度飞行；

以小半径转弯，例如以0.5米的半径转弯；

自动稳定，以便基本上通过它本身恢复到直线和水平飞行；

能够选择性地以它自己的动力在短距离内起飞，例如50厘米的距离；以及

能够在短距离内着陆，例如30厘米，或者更短距离，如同与降落伞那样几乎垂直下降。

由于这些技术要素，该飞行物体可以在空间紧张的地方(例如走廊或家中)飞行。

在玩具模式下，该飞行物体例如可以在室内飞行。该飞行物体可以从厨房用桌上起飞，并且降落在餐厅用桌上。它便于初学驾驶员使用，并且还可以给更有经验的老驾驶员带来许多乐趣。如果需要诸如向上扔投的向前动作，这也是可能的。

该飞行物体的一种形式是遥控飞机。具体地说，它涉及玩具飞行物体，特别是涉及遥控的模型飞行物体或者玩具飞行物体，但不排除其它形式。

该飞行物体包括一个主体，主体包括机翼状构件和螺旋桨。螺旋桨提供侧向推力(或力)，以便将该飞行物体保持在空中并使该飞行物体沿着所要求的方向运动。

通常，飞行物体的稳定性包括在螺旋桨的螺旋桨叶的转动与主体的机翼之间的相互作用的结果。飞行物体的稳定性受螺旋桨的转动速度的影响。与飞行物体的剩余部分相关的桨叶的重量和尺寸也影响稳定性。

机翼有左机翼部分和右机翼部分，它们横截于飞行物体的主体的纵向轴线。安定翅片在飞行物体的安定翅片区域中朝上。可以使用多个安定翅片。在大倾角情况下，飞行物体上朝下的安定翅片也可以用于附加的方向稳定性。安定翅片可以与机翼倾斜一角度或者直接垂直于机翼。安定翅片的形状可以不同，例如向前指向的安定翅片，这取决于所要求的空气动力学、稳定性、外形以及对该飞行物体的控制。

附图说明

为了进一步描述本发明的特征，附图中示出的本发明的改进的飞行物体的下列实施例只是作为实例给出，而不是以任何方式对本发明做出限制。本发明的特征和目的在参照附图并阅读以下详细描述之后将变得更加清楚，在附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1是从飞行物体的前方看去的示出机翼表面、安定翅片和螺旋桨的顶部透视图；

图2是从飞行物体的后方看去的底部透视图；

图3是从飞行物体的一部分的后方看去的放大的底部透视图；

图4是从飞行物体的一部分的前方看去的放大的顶部透视图；

图5是示出机翼表面、安定翅片和螺旋桨的侧视图；

图6是从飞行物体的前方看去的示出机翼表面，安定翅片和螺旋桨的不同的顶部透视图；

图7是从另一种形式的飞行物体(玩具飞机)的前方看去的示出机翼表面，安定翅片和螺旋桨的顶部透视图；

图8是示出螺旋桨与机翼的表面的运动关系的典型的视图；

图9至12b是示出机翼的典型剖面的不同截面的侧视图；

图13是示出横跨飞行物体的气流的侧视图；

图14a至14e是示出机翼的典型剖面的不同的前视图；

图15是示出横跨具有一个小螺旋桨的飞行物体的气流的侧视图；

图16是示出横跨具有小螺旋桨的飞行物体的气流的顶视图；

图17是示出横跨具有大螺旋桨的飞行物体的气流的顶视图。

具体实施方式

飞行物体20包括机翼30，其中机翼30具前缘30a和后缘30b以及在前缘30a与后缘30b之间的上表面30c和下表面30d。如图9中所示，机翼30包括在前缘30a与后缘30b之间的共同部分1和2。如图9a-9c中所示，上表面30c具有如此的曲线形状，即，使得从上表面30c的前缘部分30a到该机翼的中部30e(部分1与2的接合部位)呈大体上凹面形状。下表面30d具有如此的曲线形状，即，使得从该表面的前缘部分30a到该机翼的中部30e呈大体上凸面形状。

相对于大体上水平的飞行路线，从前缘30a沿朝着中部30e的方向到内向弯曲部分30f的这部分的斜度大于从内向弯曲部分30f到中部30e的这部分的斜度。如图9a至9c中所示出的那样。

在中部30e与后缘30b之间的部分2内，上表面30c具有不同的形状，例如比较平直的形状(图9a，10a和11a)，凸面形状(图9b，10b和11b)，或者具有可选择的凸面或凹面形状的上表面30g(图9c，10b和10c)。下表面30d还可以具有与上表面30c无关的不同形状：在图10a至10c中，该形状是平直的，在图11a至11c中，该形状是凹形的。

如图12a中所示，上表面30c和下表面30d是互相平行的，从而导致整个机翼30具有相同的宽度。在其它的实施例中，上表面30c和下表面30d是互相不平行的，从而导致机翼的某些部分的宽度大于其它部分的宽度。在一个特定的实施例中，如图12b中所示，机翼的中部较厚，以便增加机翼的刚度和结构强度以及强化气流。前缘30a和后缘30b可以是平直的、尖锐的、或者是圆形的，这取决于所需的空气动力学。后缘30b还可以是渐缩的，以便获得更好的气流和更大的升力。

后缘30b可以较低于前缘。左和右翼状部分还可以是V形的，每个部分向上转动一个角度。机翼前缘的角度和左右翼状部分在水平面以上的角度可以根据所要求的侧向稳定性而改变。

此外，如图14a-14e中所示，机翼30沿横截于飞行物体的纵向轴线的形状可以具有不同的形状，例如平直形(图14a)、V形(图14b)、凹形(图14c)、凸形(图14d)、向后弯曲的弓形(图14e)、或者其它形状，以及这些形状的组合。

在另外的形式中，飞行物体20包括机翼30，其中机翼30具有前缘30a和后缘30b以及在前缘30a与后缘30b之间的上表面30c和下表面30d。在前缘30a与后缘30b之间有一个部分，以及在机翼30的表面30c与30d中有横向孔口31。螺旋桨9定位在孔口31中，该螺旋桨9用来产生向前飞行的力。螺旋桨9的桨叶25在一个平面26中转动，该平面横截于该表面的前缘30a与后缘30b之间的一直线。

螺旋桨9可以使用已经描述过的各种翼型面中的一种翼型面，或者可以使用与这些翼型面无关的翼型面。螺旋桨9设置在螺旋桨头部23上，该头部设置在相对于飞行物体20的主体22安装的螺旋桨轴24上。螺旋桨9可以转动，它由马达16通过齿轮传动装置13来驱动，因而马达16可以是例如由电池17提供动力的电机。该螺旋桨直接与转动轴相连接。

螺旋桨9在这种情况下具有两个成一字排列或实际上成一字排列的螺旋桨叶25，但是它也可以由更多数量的螺旋桨叶25组成。

螺旋桨叶25的转动平面26可以相对于机翼30的平面27和/或在机翼30中的孔口31而变化。螺旋桨9的转动面26可以根据需要进行调整，以便实现飞行物体的环绕飞行和螺旋机动飞行。

螺旋桨9把来自飞行物体20前方的空气抽吸经过前表面30c上，且朝着中间表面或中间区域30e，并且将中间表面或中间区域30e上的空气推向后缘30b。尽管该螺旋桨一般都是围绕机翼的中间部分30e(部分1和2的接合部位)设置，但是该螺旋桨还可以设置在中间部分30e的前面或后面。

在螺旋桨9的转动直径与机翼30的左右翼展的比值应当如此设定，即，使得当该比值增加时，抽吸作用和推动作用就增加。虽然根据该飞行物体所要求的特征可以使用较小的比值，但是优选还是使用较大的比值。在一个实施例中，如图1中所示，该比值略小于比0.5。也可以将该比值设为1或更大的数值。

飞行物体20包括朝向机翼的尾翼的朝上的安定翅片，并且还包括起落架。该起落架朝下，这样，当处于地面上时，该起落架的末端可以用来稳定该飞行物体。该起落架的末端还允许飞行物体倾斜这样一角度，即，使得飞行物体对水平飞行路线处于正确的倾角，由此允许短距离起飞。

该飞行物体有用来使螺旋桨转动的马达，以及用来接收来自远程发射机的信号的控制器，该发射机用来操纵该控制器。

飞行物体20在附图中作为示例而示出，它是一遥控的包括机翼30的飞行物体。飞行物体20设有信号接收机18，使得它可以借助遥控射频信号42的技术手段由一在远距离处的发射机40来进行操纵。

飞行物体20的构造部件包括：

机翼30的前端飞行表面或部分1；

机翼30的后端飞行表面或部分2；

在机翼30上的前端稳定面或安定翅片3；

在机翼30上的朝上的后端稳定面或安定翅片4a和下安定翅片4b；

方向控制面5；

上/下控制面6；

安装在稳定安定翅片3上的起落架索缆7；

控制面致动器8；

螺旋桨9；

螺旋桨铰接件10；

螺旋桨转动轴线12，它与导管11的转动轴线相同；

齿轮减速系统13，该系统包括组件14/15；

主齿轮14；

小齿轮15；

马达16；

电池17；

接收器和操纵装置18。

前端飞行表面(FEFS)相对于飞行路线具有正倾角。FEFS(前端飞行表面)的曲线形状(‘远离底部’)使得其前部的倾斜大于后部。该曲线具有朝向FEFS的底部的“深”侧。后端飞行表面(BEFS)相对于飞行路线具有一正倾角。它可以是向上或向下弯曲，或者是平的。

下面陈述有关螺旋桨9的更多细节。螺旋桨9不一定需要是刚性的整体。螺旋桨叶25也可以设置在螺旋桨头部23上。在某些情况下，螺旋桨9可以具有两个以上的螺旋桨叶25。这些螺旋桨叶25也可以用铰接件与螺旋桨头部相连接，以便在各种情况的影响下改变桨叶角度，各种情况例如为螺旋桨的转动速度以及在转动时或在干扰空气中时机翼姿态的变化等。

螺旋桨9沿着FEFS从飞行物体的前方抽吸空气，并且把空气沿着BEFS推向飞行物体的后部。螺旋桨9在飞行表面上产生一‘束’气流，该气流的速度要比飞行物体(它可以作为一架飞机)的飞行速度快得多。因此，该空气束对于空气动力升力和稳定性具有相当大的贡献。

该飞行物体可以在不发生失速(‘坠落’)的情况下以低速(例如以约1米/秒)和大仰角飞行。这种效果的大小取决于螺旋桨的转动直径与FEFS和BEFS的左右翼展之间的比值。当该比值增加时，该效果就增强。与较大螺旋桨9相比较，具有较大翼展的飞行表面的小螺旋桨9只具有较小的效果。图15-17示出了与小和大螺旋桨相联系的不同气流束或气流56的某些实例。

螺旋桨9是转动质量，因此它将引起陀螺进动。当飞机改变方向时，螺旋桨9将承受陀螺力。螺旋桨9通常将会在转向一侧时把飞行物体向下推，而在转向另一侧时把飞行物体向上推，这取决于螺旋桨的转动方向。这就是陀螺进动。作为一个实例，在左转弯时，螺旋桨的转动将推动飞机的前部向前/向下。由于连续地使翼型面的倾角减小，它将会把飞机推到地面上。

螺旋桨9相对于机翼30以这样的方式设置，即，使得螺旋桨9摆动对于任何飞行物体20的稳定性的作用已经被确定和考虑了。螺旋桨9可以定位成便于提供附加的稳定作用，并且可以承担现有飞行物体中经常使用的飞行功能。螺旋桨的重量也可以根据所要求的飞行性能而改变。

下面陈述有关稳定面和安定翅片的更多细节。除了在垂直平面(上/下)内保持稳定的飞行路线外，飞机还可保持其飞行方向(左/右)。飞机采用了各种表面和安定翅片(大体上是垂直的)来帮助它在大倾角下‘沿轨道行驶’。这些表面和安定翅片的位置和大小决定了所获得的稳定程度。

在螺旋桨前面和后面的稳定面和安定翅片都能为此做出贡献。控制面可以集合成一个整体以便于左/右和上/下操纵。

具体实施本发明的装置包括一种玩具飞机，该飞机适合用来被发射并且至少可以部分地由于相对气流的偏转而在其飞行路线内持续飞行，该飞机通常包括一个轻型结构的机翼。该机翼可以是非后掠式、后掠式或者前掠式的。

该机翼的一个或多个取向形成了能实现操纵的控制面。利用该控制面进行的操纵可以包括，例如利用相对于前进方向向上或者向下倾斜一个角度的控制面来产生气流或者使气流偏斜，以便增大或减少飞行物体的飞行高度。这种操纵还包括利用控制面沿侧向改变气流，以便使飞行物体实现转弯。

该飞行物体能在较短的距离内起飞，例如50厘米的距离，并且它也可以用手来发射。当向前飞行力终止后，该飞行物体能够慢慢地滑翔或‘缓慢伞降’下来，以便于短距离精确着陆，例如30厘米或更小的距离。因此，在较小空间内(例如在家里)的飞行物体的受控飞行就成为可能。室外飞行也可以实现。

在本发明的另外一种形式中，机翼的控制面可以具有铰接连接成和支承成便于上下移动的部分，以及一安装在与机翼部分相连接的机架上的致动器，以便用来使它们上下移动。

在另外的形式中，飞行物体包括一个具有尾翼的主体以及一具有多个螺旋桨叶的螺旋桨，这些螺旋桨叶由螺旋桨轴驱动，桨叶就安装在该螺旋桨轴上。该主体包括起落架构件7，该构件从飞行物体20的机翼30的纵向平面27向下和部分地向前。由于起落架构件7向下，因而在地面上时，该起落架构件7的末端44和46就可以分别用来稳定飞行物体20的整个主体。

在飞行物体20的尾翼处有一个朝上的安定翅片4a。在飞行物体20的尾翼处还有一个朝下的安定翅片4b。

在图7所示的实施例中，设置有把机翼30分开的结构。在螺旋桨9前面的这部分机翼30是FEFS，而在螺旋桨9后面的这部分是BEFS。还设置有一个朝向主体构件的机身；一个向前的鼻形中央主体60；以及两个在中央形成的偏心的中间主体部分62和64，该中间部分在后端66和68处与稳定器70和上/下操纵部分6相连接。

飞行物体20的操作按如下各项进行。

在飞行中，以某个确定的速度来驱动该螺旋桨9，其结果为，此时将相对于螺旋桨产生一相对气流束或气流。其结果是，螺旋桨将产生一个向前和向上的力，从而使飞行物体20上升或下降，或者保持在某个确定的高度，存在一个由螺旋桨9的运转以推进飞行物体20而产生的侧向力或推力。

此外，由控制器60操纵的方向控制面5的运动可以使飞行物体20的方向发生变化。控制器60可以与控制器18互相配合使用。

实际上，不同方面的配合应用使得飞行物体20可以在任何方向和任何飞行状态下都是稳定的，它便于操纵，即使是由具有很少经验或者没有经验的人来操纵也行。

本发明不限于在附图中示出的作为实例进行描述的这些实施例。在尺寸、范围和结构方面的许多不同的变化都是可能的。例如，用其它形式的机动动力来代替电机是可能的。可以向螺旋桨9提供不同数量的桨叶25。在某些情况下，也可以具有一个以上的螺旋桨9。

飞行物体20在附图中作为没有主体或机身而具有宽阔平面的机翼30示出。但是，在某些实施例中可以使用主体。

飞行物体20可以制成各种形状和尺寸而仍然处于本发明的范围内。在这个意义上，虽然该飞行物体在某些意义上是作为玩具或模型飞行物体来进行描述的，但是，所描述和图示的结构也可以部分或整个地在全尺寸飞行物体中使用。

飞行物体20可以是轻型的玩具，其中机翼30的底面58和顶面60可以制成为一个平面、薄板或者其它物体，以便是便携式的并且通常可以由玩具飞行物体的人类“用户”或“驾驶员”携带。

机翼30可以由轻型塑料模压成附图所示的形状，例如，使用密度为1至2磅/英尺或最多到3磅/英尺的苯乙烯泡沫塑料。该机翼在其整个长度上具有曲度，如同通过机翼的左部截取的截面图9-12所示出的那样，右部的情况相同。为了稳定起见，机翼30的外形或型面可以具有不同的形状。

飞行物体20的性能和稳定性可以通过飞行物体的各种预定的长宽比来获得。图1-17中的飞行物体的轻型和空气动力设计能在很低的飞行速度(通常为1至2米/秒)下提供稳定的高性能飞行。低速和小质量使得这种类型的飞行物体用于室内运行是理想的，并且在万一飞行时发生碰撞的情况下，也不会损伤飞行物体、家具和人。在无风条件下，这种低速飞行可以在室外运行。

在大风条件下，室外运行可以用手发射以便继续自由飞行。高性能滑翔和空气动力稳定性允许用一个丝线或橡皮带将飞行物体抛出或发射到20至30英尺的高度，飞行物体在该高度上可以完成长时间的、稳定的、直线的或圆圈飞行。或者，在提供动力作用下，该飞行可以是相似的或者是更大范围的。

在飞行状态发生不希望的干扰的情况下，该飞行物体可以返回到稳定的低速飞行状态。这种干扰可能以疾风、紊流、主体或者螺旋桨的机械载荷的变化、以及由于对螺旋桨的桨叶速度变化进行调整所造成的主体状态的改变等形式出现。

用户或者驾驶员无需经过许多训练或者具有许多经验就可以使用该飞行物体。它可能是一种玩具结构的飞行物体，或者它可能是一种更大的全尺寸运行的真实的飞行物体。该飞行物体可以是无人驾驶的和/或是一种遥控的模型飞行物体。在其它情况下，该飞行物体是一种滑翔机，其中既没有螺旋桨，也没有控制器。

在观察和学习控制这些飞行物体的飞行路线的过程中所发展起来的技巧将导致能力的快速进步和对飞行的基本原理的理解。实际上，可以看出，这样一种经过改进的飞行物体是更加稳定的，并且可以有或没有用户的有限干预就能比较快地稳定它本身。

在螺旋桨的转动平面内的螺旋桨速度和螺旋桨轴的速度是可以改变的。不同的速度将造成飞行物体的动作发生变化。

虽然已经根据目前认为最实用和最佳的实施例对本发明的装置和方法进行了描述，但是应当指出，本发明并不受这些已经公开的实施例的限制。对本发明的各种修改和类似结构都将包括在权利要求书的精神和范围内，该范围应当给予最广泛的解释，以便包括所有的这类修改和类似结构。

在另一个可供选择的实施例中，螺旋桨与转动轴如此铰接地相连接，即，使得翼片的翼尖到翼尖可以从螺旋桨的转动轴上以机械方式分开。螺旋桨9可以用铰接件10这样安装在螺旋桨轴24上，即，使得在螺旋桨9的转动平面26与螺旋桨轴24之间的用箭头28示出的角度可以自由地变化。这种变化还在螺旋桨9的末端区域用箭头29示出。

这样，陀螺进动就不会从螺旋桨9传递到转动轴或飞机主体上，上/下干扰效应也就消失。这样实现了飞行物体的自动稳定。在双桨叶螺旋桨9的情况下，采用“翼尖到翼尖”铰接件就起作用。在具有更多桨叶的螺旋桨9的情况下，通常采用的铰接件是‘万向接头’型。

在内力或外力干扰期间，铰接安装的螺旋桨还可以允许飞行物体20以非常慢和稳定的方式飞行。如果机翼30由于任何一种干扰而被推动或加速而脱离平衡，螺旋桨9可以从其先前的平衡位置移动以取得补偿，从而实现自动稳定效果。

本发明包括下列权利要求书中的任何的和所有的实施例。

Claims (9)

1.一种包括机翼的飞行物体，其中，该机翼具有前缘和后缘以及在该前缘与该后缘之间的上和下表面，以及该前缘与该后缘之间的部分，该上表面具有这样的曲线形状，即，从上表面的前缘部分到该机翼的中部具有凹面形状，并且该下表面具有这样的曲线形状，即，从下表面的前缘部分到该机翼的中部具有凸面形状。

2.如权利要求1所述的飞行物体，其中，在该中部与后缘之间的部分的上表面可选择地具有凹面形状、凸面形状或者相对平直的形状。

3.如权利要求1所述的飞行物体，其中，在该中部与后缘之间的部分的下表面可选择地具有凹面形状、凸面形状或者相对平直的形状。

4.如权利要求1所述的飞行物体，其包括在该机翼的表面内的横向孔口，螺旋桨设置在该孔口中，该螺旋桨用来产生飞行的前进力，该螺旋桨的桨叶在一平面中转动，该平面横截于该表面的前缘与后缘之间的直线。

5.如权利要求4所述的飞行物体，其中，该螺旋桨把来自飞行物体前方的空气朝着中间表面抽吸到前表面上，并且将该中间表面上的空气推向该后缘。

6.如权利要求4所述的飞行物体，其中，在该螺旋桨的转动直径与该机翼的左右翼展的比值应当如此设定，即，使得当该比值增加时，抽吸作用和推动作用就增加，并且该比值可选择地约为0.5。

7.如权利要求4所述的飞行物体，其包括螺旋桨的转动轴，其中，该螺旋桨可以围绕一转动轴线转动，并且该螺旋桨如此固定地与该转动轴相连接，即，使得翼片翼尖到翼尖可用机械方式与该螺旋桨的转动轴相连接。

8.如权利要求1所述的飞行物体，其包括在机翼上的朝上的后端稳定面或安定翅片，以及起落架，该起落架朝向下，并且当处于地面上时，该起落架的末端可以用来稳定该飞行物体。

9.如权利要求1所述的飞行物体，其包括螺旋桨、用来使该螺旋桨转动的马达、以及用来接收来自远程发射机的信号的控制器，该发射机用来控制该控制器。

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