CN101559702A - 纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陆空双栖交通工具技术领域，特别涉及纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具；它包括车体、车体设置的驾乘舱和车轮，车体前后端分别设置有涵道螺旋桨，涵道螺旋桨均包括涵道、螺旋桨和支架；螺旋桨的旋转轴呈竖向设置；螺旋桨设置有自动倾斜器；两个螺旋桨由车体设置的发动机驱动并反向旋转；本发明可以通过所述车轮在道路上行驶，并通过所述的两个竖向的涵道螺旋桨旋转提供升力而实现垂直起降飞行；其飞行的起降、悬停、进退和转向均由调节输出两涵道螺旋桨的转速差，和/或调节桨叶仰角而实现，操控性好，且结构简单；涵道保护了螺旋桨，同时也保护了行人，避免行人受到螺旋桨的伤害，其安全性高。

Description

纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具

技术领域：

本发明涉及陆空双栖交通工具技术领域，特别涉及一种以道路交通为主、以飞行为辅的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具。

背景技术：

现有的陆地交通工具以汽车为主，汽车主要依靠车轮抓地并转动，从而获得前进的推力，故而汽车行驶依赖于道路的平整通畅，一旦道路发生拥堵、损坏等状况，则汽车无法前行，这给汽车的使用带来不便。

为了实现在上述无法前行的状况下汽车能摆脱对地面的依赖而升空并跨越障碍，目前也有将飞机的升力结构，尤其是将直升机的升力系统结合在汽车上的新型交通工具出现，如中国专利申请号为200610082287.2的发明专利，即公开了一种新的旋翼风扇升力控制方法及可直升飞行汽车，该可直升飞行汽车车身设有前2个后2个共4个车轮，经减振悬架支撑行走；后轴桥有差速器，车身前部为驾乘室，驾乘室内设有仪表盘、方向盘、操纵杆、变速杆、离合器-刹车蹬、左右方向舵蹬、油门踏板、辅助机翼折叠-展开及伸缩操控手柄，及旋转半球壳气流阀控制杆等控制部件。车身后部装动力引擎、离合器、分动器箱、双垂尾翼，及其顶部水平尾翼，其中，双垂尾翼上部安装有方向舵，所述水平尾翼后沿安有升降舵，车身后部中下部左右各设一组三通喷气口，后下车轴桥上有差速器，发动机前的变速箱左右各伸出一带三角皮带轮的水平轴，两水平轴的转向相反。车身中腹部竖直安装一套反转双旋翼的涵道风扇。车身两侧各安装一副可折叠可伸缩的辅助机翼。风扇涵道下部与车厢中部底板上两列纵向并排喷气口组相连。

该可直升飞行汽车通过涵道反向双旋翼的旋转提供升力而升降，通过辅助机翼增加侧向平衡度，通过改变底部喷口组的喷气方向实现平飞，通过尾部三通喷口的侧向喷口喷气，和/或偏转尾部方向舵以及两侧副翼来改变飞行方向。

上述可直升飞行汽车的缺陷在于：1、升空后飞行过程中的侧向平衡度需依靠展开的辅助机翼保持，这限制了该飞行汽车在如巷道等窄小空间内的应用；2、所述的涵道反向双旋翼仅提供升力，而飞行汽车升空后的平飞、转向等动作由各喷气口、各舵和副翼等各辅助翼来控制实现，既使得结构复杂，零部件繁多，生产成本高，又增加了该飞行汽车出现机械故障的风险，降低了该飞行汽车的安全性，同时也给飞行汽车的控制带来了不便，故而实用性不强。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其宽度小，同现有的轿车等宽、等长、等高，适于在道路上行驶及垂直起降飞行，结构简单，操控性好，实用性强，噪音低，安全性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，包括车体，车体设置有驾乘舱和车轮；车体前端和后端分别设置有第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨；第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨均包括涵道、位于涵道内的螺旋桨以及支撑螺旋桨的支架；所述螺旋桨具有可调桨叶角的桨叶；与两个所述螺旋桨连接的旋转轴均呈竖向设置；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨均设置有与桨叶连接的自动倾斜器；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨由车体设置的发动机驱动，两个螺旋桨的旋转方向相反；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的支架固定在相应的涵道内。

本发明的进一步技术方案包括：

所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨均包括与所述旋转轴垂直固接的桨毂以及分别枢接在所述桨毂两端的桨叶；每个螺旋桨的两片所述桨叶分别与相应的自动倾斜器连接。

所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的自动倾斜器均包括倾斜器本体、两组拉杆组件和三套变距舵机；所述倾斜器本体可倾斜地滑动套设在相应的旋转轴外缘；两组所述拉杆组件一端与所述倾斜器本体连接，另一端分别与两片所述桨叶连接；；所述变距舵机包括有连杆，所述变距舵机通过连杆与所述倾斜器本体连接并安装在所述支架上。

所述倾斜器本体包括滑动套设于所述旋转轴外的球形导向体、活动套设于所述导向体外缘的斜盘、以及设置在所述斜盘上端面并活动套设于所述导向体外缘的转盘。

所述拉杆组件包括拉杆和摇臂，所述拉杆下端铰接在所述转盘上，拉杆上端与所述摇臂一端铰接，所述摇臂另一端与所述桨叶固接；两组拉杆组件分别与两片桨叶连接。

每套所述变距舵机包括机座和丝杠式连杆，所述机座设置有直流电机、反馈电位器和与所述直流电机输出端连接的减速齿轮箱；连杆一端与所述减速齿轮箱传动连接，所述减速齿轮箱控制连杆沿其轴线作直线运动，连杆另一端与所述斜盘铰接；所述反馈电位器与所述直流电机电信号连接；所述机座固定在相应的支架上。

所述车体设置有控制系统，所述第一涵道螺旋桨的三套变距舵机和第二涵道螺旋桨的三套变距舵机均与所述控制系统电信号连接。

所述车体设置有用于监测车体侧偏的陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制系统连接。

所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨分别由独立的两个发动机驱动，两个独立的发动机分别设置在所述第一涵道螺旋桨的支架和第二涵道螺旋桨的支架上。

或者是，所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨均由驱动所述车轮的发动机驱动；所述发动机与一分动器连接，所述分动器分别通过传动装置与车轮及各螺旋桨传动连接；所述分动器设置有飞行档位和陆行档位。

本发明有益效果为：本发明可以通过所述车轮在道路上行驶，并通过所述的两个竖向的螺旋桨旋转而提供升力，使车体实现垂直起降飞行；由于涵道螺旋桨的气动效率高于一般的螺旋桨，故而同等功率下其直径可以较小，且所述涵道螺旋桨设置在车体的前端和后端，所以本发明的宽度可以与现有的轿车等宽、等长、等高，可以实现在道路上的行驶和起降，实用性强；本发明在路面行驶时，其操控与现有的汽车相同，其起降、悬停、进退和转向均由调节输出两涵道螺旋桨的转速差，和/或调节桨叶仰角而实现，操控性好，噪音低，且结构简单；涵道保护了螺旋桨，同时也保护了行人，避免行人受到螺旋桨的伤害，其安全性高；本发明以道路交通为主、以飞行为辅。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明螺旋桨及自动倾斜器的结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明，见附图1、2所示，这是本发明的较佳实施例；纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，包括车体1、车体1设置的驾乘舱11和车轮12；车体1前端和后端分别设置有第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨；第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨均包括涵道21、位于涵道21内的螺旋桨22以及支撑螺旋桨22的支架23；所述螺旋桨22具有可调桨叶角的桨叶221；与两个所述螺旋桨22连接的旋转轴222均呈竖向设置；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22均设置有与桨叶221连接的自动倾斜器；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22由车体1设置的发动机3驱动，两个螺旋桨22的旋转方向相反，发动机3的功率、形状、大小根据实际应用环境而定；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的支架23固定在相应的涵道21内。

其中，所述车体1设置有动力系统、传动系统、行驶系统、转向系统及制动系统等，这与现有的汽车相同，这里不再赘述。

其中，所述自动倾斜器用于调节螺旋桨22的桨叶角，即桨叶221剖面弦线与旋转平面的夹角，桨叶221的桨叶角越大，则其转动切割空气时，获得的升力越大，同时对车体1产生的反向扭矩也越大；所述自动倾斜器可以升降或倾斜，自动倾斜器升降时，则会造成螺旋桨22所有桨叶221的桨叶角同步变大或变小；而当自动倾斜器倾斜时，则会造成螺旋桨22桨叶221的桨叶角发生周期性变化。螺旋桨22的所有桨叶221桨叶角相同时，其旋转所获得的升力轴线与螺旋桨22的旋转轴222重合，从而使车体1仅获得竖向的升力；当所述桨叶角在自动倾斜器倾斜作用下发生周期性变化时，则会造成升力轴线相对旋转轴222偏转，则该升力可以分解成沿所述旋转轴222方向的竖向分力和沿各水平方向的分力。

一般而言，采用变距机构改变螺旋桨22桨叶角进而改变螺旋桨22桨距的方法来控制升力，使得螺旋桨22桨翼结构复杂，螺旋桨22总结构强度不如刚性连接桨叶221的螺旋桨22，不宜高速旋转，其转速一般在200～1000转/分钟左右；而为了获得大的升力只有采用大直径螺旋桨22；而本发明由于采用了涵道螺旋桨结构，由于涵道21内壁与螺旋桨22桨叶221叶尖的距离小，受涵道21内壁的约束和整流，螺旋桨22转动时其桨叶221叶尖产生的空气扰流大大减小，从而极大提高了螺旋桨22的动力利用率，即是说不需采用大直径螺旋桨22即可获得本发明升空所需升力。

本发明在使用过程中，可以在地面行驶，其运行原理与操控过程均与现有的汽车相同，这里亦不赘述。当需要垂直升空时，启动驱动所述螺旋桨22的发动机3，所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22均启动旋转，切割空气，获得升力的同时，产生对车体1的扭矩；其中，本发明所述的第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22规格相同，转速相同，旋转方向相反；即一个螺旋桨22顺时针旋转，切割空气，产生升力的同时，也产生对车体1的逆时针方向的扭矩；另一个螺旋桨22则逆时针旋转，产生升力的同时，也产生对车体1顺时针方向的扭矩；这样，两个螺旋桨22对车体1的扭矩相互抵消，不会使车体1发生旋转，而两个螺旋桨22的升力共同作用在车体1上，当所述螺旋桨22达到额定转速，使升力稍大于车体1的自重时，即可实现车体1的垂直升起。反之，只需减小对两个螺旋桨22的动力输出，使螺旋桨22旋转获得的升力小于车体1自重，车体1即可在重力作用下降至地面；当然，如前所述，桨叶221的桨叶角越大，则其转动时获得的升力越大，故而本发明需要从空中降落时，也可以在输出动力不变的情况下，通过升降所述自动倾斜器，逐渐同步减小第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22的桨叶角，从而逐渐减小所述螺旋桨22所获得的升力而下降，这种方式降落更加平稳和易于控制。

本发明在空中需要前行时，保持第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22的转速相同，从而保持车体1不至于转向；同时，同步倾斜第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的自动倾斜器，使两个螺旋桨22产生在车体1正前方的桨叶角周期性变小，而车体1正后方的桨叶角周期性变大，则两个螺旋桨22的升力轴线偏向车体1正前方，从而在分解成竖向分力的同时，产生向前的水平分力，该水平分力即可推动车体1前行。同理，若本发明需要后退，只需反向同步倾斜两个自动倾斜器，使升力轴线偏向车体1正后方，即可产生向后的水平分力，从而推动车体1后退。

本发明在需要转向时，以向左转向为例，则控制第一涵道螺旋桨的自动倾斜器倾斜，使该螺旋桨22的升力轴线偏向车体1左方，从而获得向左的水平分力，该水平分力能推动车体1前端向左运动；同时，控制所述第二涵道螺旋桨的自动倾斜器相对第一涵道螺旋桨的自动倾斜器反向倾斜，从而使第二涵道螺旋桨的升力轴线偏向车体1右方，从而获得向右的水平分力，该水平分力能推动车体1后端向右运动；上述第一涵道螺旋桨的升力和第二涵道螺旋桨的升力在水平方向的合力将产生使车体1向左转动的扭矩，从而实现车体1向左转向。同理，若要实现车体1右转，只需反向同角度倾斜两个自动倾斜器，使第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的升力在水平方向的合力产生使车体1向右转动的扭矩即可。

见附图2所示，本实施例所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22均包括与所述旋转轴222垂直固接的桨毂223以及分别枢接在所述桨毂223两端的桨叶221；每个螺旋桨22的所述两片桨叶221分别与相应的自动倾斜器连接。这样，自动倾斜器升降或倾斜时，桨叶221可以被拉动而绕所述桨毂223同轴转动，从而实现桨叶角的变化。这种结构的螺旋桨22结构简单，连接稳固，适合于低速低空类交通工具用。

见附图2所示，所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的自动倾斜器均包括倾斜器本体、两组拉杆组件和三套变距舵机；所述倾斜器本体可倾斜地滑动套设在相应的旋转轴222外；两组所述拉杆组件一端与所述倾斜器本体连接，另一端分别与两片所述桨叶221连接；所述变距舵机包括有连杆432，所述变距舵机通过连杆432与所述倾斜器本体连接并安装在所述支架23上。

其中，所述倾斜器本体包括滑动套设于所述旋转轴222外的球形导向体421、活动套设于所述导向体421外缘的斜盘423、以及设置在所述斜盘423上端面并活动套设于所述导向体421外缘的转盘422。

所述拉杆组件包括拉杆411和摇臂412，所述拉杆411下端铰接在所述转盘422上，拉杆411上端与所述摇臂412一端铰接，所述摇臂412另一端与所述桨叶221固接；每组拉杆组件分别与一桨叶221连接。

每套所述变距舵机包括机座431和丝杠式连杆432，所述机座431设置有直流电机、反馈电位器和与所述直流电机输出端连接的减速齿轮箱；连杆432一端与所述减速齿轮箱传动连接，所述减速齿轮箱控制连杆432沿其轴线作直线运动，连杆432另一端与所述斜盘423铰接；所述反馈电位器与所述直流电机电信号连接；所述机座431固定在相应的支架23上。

本实施例采用上述结构的自动倾斜器，在工作时，所述变距舵机的直流电机转动，经所述减速齿轮箱减速处理后，带动所述连杆432转动，该丝杠式连杆432在转动时产生沿其轴线的直线运动，从而带动与所述连杆432铰接的斜盘423运动，由于斜盘423同时受所述导向体421外缘的约束，故而斜盘423在连杆432作用下沿所述导向体421的球形表面滑动，从而发生倾斜；三套变距舵机的直流电机协调转动，即可实现斜盘423在导向体421周缘向任何方向倾斜，若三套变距舵机的连杆432同步升降，则将造成所述斜盘423带动导向体421沿所述旋转轴222滑动升降。

斜盘423的倾斜或升降将带动设置在其上端面的转盘422发生同步倾斜或升降；所述转盘422因与所述桨叶221连接而随桨叶221转动；由于转盘422在所述斜盘423带动下倾斜或升降，铰接在转盘422上的拉杆411亦被带动而升降，从而带动与拉杆411铰接的摇臂412铰接端升降，由于摇臂412另一端固接于所述桨叶221，因此，摇臂412与拉杆411铰接的一端升降，将造成摇臂412转动，从而拉动桨叶221绕其枢轴转动，从而实现桨叶角的调节。

所述车体1设置有控制系统，所述第一涵道螺旋桨的三套变距舵机和第二涵道螺旋桨的三套变距舵机均与所述控制系统电信号连接。具体地说，所述控制系统通过所述反馈电位器与所述变距舵机电信号连接；控制系统的控制信号通过所述的反馈电位器传递至变距舵机的直流电机，从而控制所述直流电机按需要转动；这提高了所述变距舵机的工作协调性，增强了本发明的操控性能。

本实施例所述车体1设置有用于监测车体1侧偏的陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制系统连接。陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。本实施例所述的陀螺仪为传感陀螺仪，传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。本发明飞空时，主要在离地面高度较低的区域内飞行，大气层在接近地面的距离内气流活动频繁而活跃，这种气流活动将对本发明的飞行带来影响，尤其影响本发明的侧向平衡；本发明采用所述陀螺仪，即能及时监控车体1在飞行过程中的水平、垂直、俯仰、航向和角速度等参数的变化，并将监测数据及时提供给所述控制系统，由所述控制系统及时发出修正指令至所述变距电机，从而使所述自动倾斜器能调整螺旋桨22的桨叶角，改变升力或扭矩大小，以使车体1在空中运动平稳；这增强了本发明的侧向平衡度，提高了本发明的安全性。

其中，所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22分别由独立的发动机3驱动，两个独立的发动机3分别设置在所述第一涵道螺旋桨的支架23和第二涵道螺旋桨的支架23上。或者是，所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨22均由驱动所述车轮12的发动机3驱动；所述发动机3与一分动器连接，所述分动器分别通过传动装置与车轮12及各螺旋桨22传动连接；所述分动器设置有飞行档位和陆行档位。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，包括车体(1)，车体(1)设置有驾乘舱(11)和车轮(12)，其特征在于：

车体(1)前端和后端分别设置有第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨；

第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨均包括涵道(21)、位于涵道(21)内的螺旋桨(22)以及支撑螺旋桨(22)的支架(23)；所述螺旋桨(22)具有可调桨叶角的桨叶(221)；与两个所述螺旋桨(22)连接的旋转轴(222)均呈竖向设置；所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨(22)均设置有与桨叶(221)连接的自动倾斜器；

所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨(22)由车体(1)设置的发动机(3)驱动，两个螺旋桨(22)的旋转方向相反；

所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的支架(23)固定在相应的涵道(21)内。

2.根据权利要求1所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨(22)均包括与所述旋转轴(222)垂直固接的桨毂(223)以及分别枢接在所述桨毂(223)两端的桨叶(221)；每个螺旋桨(22)的两片所述桨叶(221)分别与相应的自动倾斜器连接。

3.根据权利要求2所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的自动倾斜器均包括倾斜器本体、两组拉杆组件和三套变距舵机；

所述倾斜器本体可倾斜地滑动套设在相应的旋转轴(222)外缘；

两组所述拉杆组件一端与所述倾斜器本体连接，另一端分别与两片所述桨叶(221)连接；

所述变距舵机包括有连杆(432)，所述变距舵机通过连杆(432)与所述倾斜器本体连接，三套变距舵机均安装在所述支架(23)上。

4.根据权利要求3所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述倾斜器本体包括滑动套设于所述旋转轴(222)外缘的球形导向体(421)、活动套设于所述导向体(421)外缘的斜盘(423)、以及设置在所述斜盘(423)上端面并活动套设于所述导向体(421)外缘的转盘(422)。

5.根据权利要求4所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述拉杆组件包括拉杆(411)和摇臂(412)，所述拉杆(411)下端铰接在所述转盘(422)上，拉杆(411)上端与所述摇臂(412)一端铰接，所述摇臂(412)另一端与所述桨叶(221)固接；两组拉杆组件分别与两片桨叶(221)连接。

6.根据权利要求5所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：每套所述变距舵机包括机座(431)和丝杠式连杆(432)，所述机座(431)设置有直流电机、反馈电位器和与所述直流电机输出端连接的减速齿轮箱；连杆(432)一端与所述减速齿轮箱传动连接，所述减速齿轮箱控制连杆(432)沿其轴线作直线运动，连杆(432)另一端与所述斜盘(423)铰接；所述反馈电位器与所述直流电机电信号连接；所述机座(431)固定在相应的支架(23)上。

7.根据权利要求6所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述车体(1)设置有控制系统，所述第一涵道螺旋桨的三套变距舵机和第二涵道螺旋桨的三套变距舵机均与所述控制系统电信号连接。

8.根据权利要求7所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述车体(1)设置有用于监测车体(1)侧偏的陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制系统连接。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨(22)分别由两个独立的发动机(3)驱动，两个独立的发动机(3)分别设置在所述第一涵道螺旋桨的支架(23)和第二涵道螺旋桨的支架(23)上。

10.根据权利要求1～8任意一项所述的纵列式双涵道垂直起降陆空交通工具，其特征在于：所述第一涵道螺旋桨和第二涵道螺旋桨的螺旋桨(22)均由驱动所述车轮(12)的发动机(3)驱动；所述发动机(3)与一分动器连接，所述分动器分别通过传动装置与车轮(12)及各螺旋桨(22)传动连接；所述分动器设置有飞行档位和陆行档位。

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