CN102556348A - 动力悬挂喷气飞行背包 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单人喷气飞行背包，由于把产生向上推力的喷气动力装置与捆扎在人体上的背包架分开来，通过一根摇臂连杆和两根控制吊索与背包架铰接在一起，摆脱了现有装置存在的发动机必须头朝下设置的缺陷和由此带来的累赘结构，节省了大量的结构重量，为降低飞行器的造价和提高使用的经济性创造了条件。让单人飞行背包能够“名副其实”地成为民众个人使用的飞行器。“悬挂动力”飞行背包在起飞前是由人背着，也可以放在地上，当发动机工作产生推力后，涵道动力装置就会在微型涡扇发动机的推力作用下向上升起到人体的上方，将飞行者吊挂在动力装置的下面。新方案的发动机推力可以全部用来支撑人体重量，经济性得到大幅提高。由于引进了电动操纵方式，操纵方式也变得非常简单，飞行安全性很高。

Description

动力悬挂喷气飞行背包

本发明提供了一种单人用飞行背包的总体设计方案，涉及到通用航空器。 

到目前为止出现的单人飞行背包设计方案可分为四类，一种是用火箭发动机提供使人腾空的推力，一种方案是用发动机驱动设置在背包上的两个涵管螺桨产生升力，一种方案是利用发动机驱动旋翼产生升力，再一种就是利用喷气发动机作使人升空的动力。目前火箭作飞行背包已经成产品在市场上出售，涵管螺桨飞行背包也基本上获得实用化，利用设置在头顶上的旋翼实现飞行的个人飞行器也获得成功，但用喷气发动机做为飞行动力的飞行背包还未获得成功。 

目前的喷气飞行背包方案都存在着一个很大的设计问题；为了飞行中的安全，不管是火箭背包还是喷气发动机背包都必须把两个喷管设置在人体重心的上方，火箭飞行背包采用这种设计基本上不会影响其经济性能，但有输送管道不够紧凑的缺点，而采用喷气发动机的飞行背包要使喷管位于人体重心上方就非常麻烦，为了照顾喷管必须设置在人体重心上方的设计特点，涡扇发动机只能是头朝下布置，通过损失推力的办法让喷管位于人体重心的上方。让发动机头朝下进气口会产生向下的负升力，而且这个负升力还很大，涡扇发动机更加严重。让发动机燃气流来个180度的大转弯再喷出，也会损失很大推力。发动机推力越大，这些负升力损失就越大，这就使得涡扇发动机的经济性在飞行背包上表现不出来，损失竟然能达到得不偿失的程度。现有喷气飞行背包除了火箭动力外，都还存在着一个体积重量大的问题，把沉重的飞行背包提起来穿戴上不太方便。另外现有的喷气背包都具有强大动力，但喷管位置的固定只能使人体垂直进行飞行，这样最大飞行速度就受到严重制约。 

本发明的目的就是为了给喷气飞行背包的发展提供一种新的总体设计方案，以便能使喷气飞行背包能够实用化，能够“名副其实”地成为供人们使用的飞行背包。 

本发明是通过采用下面的方法达到改进的目的。把产生向上推力的动力装置与捆扎在人体上的背包架分开来，整个装置通过摇臂连杆与背包架铰接在一起，在起飞之前发动机没有工作的时候，整套动力装置是通过摇臂式连杆吊挂在背包架上，此时是人背着飞行背包，当发动机工作产生推力后，整套动力装置就会在推力作用下向上升起，一直上升到背包架的上方，通过摇臂连杆对背包架产生提升力，此时飞行者被吊挂在动力装置的下面，这样产生推力的喷管位置就上升到人体和动力装置组成的飞行体重心的上方，飞行者就可以很容易地利用身体向前后左右摆动的办法改变飞行姿态，再结合自动飞控系统改变动力装置喷管角度或动力装置与自身的角度就可达到实现安全自由飞行的目的。对于火箭型喷气飞行背包来说，这样可使燃料输送管道的结构更为紧凑。由于是通过悬挂的方式将发动机产生的推力作用到人体，因此这种飞行器可称为悬挂式个人喷气飞行器。 

附图1为“动力悬挂”喷气飞行背包示意图，附图2为“动力悬挂”喷气飞行背包飞行时力学平衡示意图。 

参照附图1；“动力悬挂”喷气飞行背包由背包架和动力装置两大部分组成，两者之间用两个承力摇臂联杆1和一个控制两者之间角度和距离的角度距离控制索2联接在一起，两个承力摇臂联杆之间有框架设计，以提高刚性。动力装置由涡扇发动机本体3、可转动喷管4、发动机进气罩5、承力架6等组成。背包架由背包板架7、人体紧固带8等部件组成。涡扇发动机的两个可转动喷管通过轴承9铰接在发动机燃料室的壳体上，由两个轻重量高功率作动电机10控制转动角度，也可以通过控制线弑装置11来完成。控制动力装置和背包架板距离及角度的角度距离控制索由一个电动蜗杆蜗轮卷扬装置12控制，也可用两根带倒锁的拉索13人工直接将动力装置拉动完成调节和锁定。背 包架板后部一侧安装有救生火箭14，其牵引索15从背包架板顶端伸到头垫中，与安装在背靠垫中的降落伞16联接。燃料箱17可设置在发动机的下部或周围，也可设置在背包板架的后面。为增加推力和同时又控制保管时的尺寸，发动机进气罩5采用充气鼓起结构，用类似橡胶的柔软材料制成，利用发动机压气机中的气压鼓起，以保证最佳进气效果，而在收起时进气罩可被折叠。在具体实施时，也可在动力装置上再安装一根向前伸出的操纵弯杆18，上面安装有油门控制按钮和喷管差动摆杆柄，以方便操纵。为了能进行高速飞行，还可在背包架下方与动力装置之间设置角度控制索19，同样采用电动蜗杆蜗轮卷扬装置控制双方之间张开的角度。 

参照附图2；当使用者捆扎好飞行背包后，启动发动机，整个动力装置就会在喷气流作用下向上升起，发动机喷管产生的向上推力作用点20在动力装置重心21的前面，因此会以承力摇臂连杆1和承力架联接点为轴产生向后仰力矩，此时距离控制索2就会限制动力装置向后翻倾，当推力继续增加到起飞功率时，整个动力装置就会根据推力的大小和距离控制索及角度控制索的控制稳定在人体的后上方。当人体也升空后，动力装置重心21与人体重心22形成总体重心23，这个重心始终位于发动机可转动喷管推力作用焦点的下方，因此整个飞行器可保证自稳定状态，既使背包架与动力装置架之间的角度发生变化也不会影响平衡。在飞行过程中使用者可用通过角度距离调节索、喷管作动电机、操纵杆和肢体重量对总体重心进行调整，以完成飞行过程中的飞行方向及转弯等操作。用电动卷扬装置或手拉动调节索13可调整控制索长度，同时可对喷管推力作用点的位置产生影响，可用来影响飞行状态。通过控制作动电机的转动或拉动线锏门可使两个推力喷管改变推力角度或完成差动，达到调节飞行方向或围绕自身轴线转动的控制目的。在高速飞行时，人体呈前倾状态，通过角度控制索的回拉作用，整个动力装置可向后上方移动，以适应此时的重心配合需要，最后可以让人体呈平爬状态，整个动力装置处在人体的上方，发动机喷管则转动，仍然保持向下推力，这样可最大限度减少飞行阻力。 

为提高安全性，在背架上设置有缓降救生火箭和救生降落伞，前者在低空作业时备用，后者在高空备用，两种安全装置通过监视发动机工作情况的传感器发出的信号操纵下自动进入工作，在GPS自动导航仪的控制下可自动根据当时高度和位置的不同分别实施开伞或启动火箭，根本不需要使用者操心。为充分利用救生火箭作用，降落伞的打开与救生火箭使用同一根牵引索，在低空援救生火箭发挥作用的高度降落伞有限制开伞锁，在两者都能发生作用的高度，这个限制锁自动打开，此时牵引援救生火箭就成为开伞的火箭。抢救火箭设置在背包架板头部对应位置的后面，呈折叠状的降落伞收入在背板上的垫套中，在发动机与背包架之间的联接轴上设置有开锁装置，抢救火箭起动发射出背包架板时，牵引索上的联带索就可将该装置自动拉开，可让使用者在打开抢救火箭后抛弃发动机。如果是如使用降落伞，则根据使用者的不同分别处置，如民用装置可取消此设设计。 

为适合保管携带的需要，两个喷管可以从旋转轴承套中拧下来，以缩小装箱尺寸，因此轴承上设置有止转凸台，以便于进行拧下操作。背包板架后面正对发动机高温区涂有热反射材料，喷管正对人体的部位上也包裹一层隔热材料。方向被设计指向铰接轴线的中间部位，民用的飞行背包还可采用引气增推技术，在两个喷管上各加装一个引气增推罩可进一步提高飞行器的经济性能，只是体积稍有些大，适合消防、探险、等工作，特种部队等强力部门使用的喷气背包不必安装这个装置，这样有助于缩小储存箱的体积。简单的飞行背包也可用一根平行连杆代替角度距离控制索。如有必要还可以在动力装置的下面设置支腿，这样可以利用支腿支撑动力装置，方便使用者的穿戴和脱离。喷气飞行背包的动力装置除了采用喷气发动机和涡扇发动机外，也可采用火箭发动机或发动机驱动的升力风扇喷气装置。 

Claims (4)

1.一种“悬挂动力”式喷气飞行背包，其特征为整套装置由喷气动力装置和背包架(带)两部分组成，两者之间用两根位于同一水平且两个联接处同轴心的摇臂连杆连接，在摇臂连杆的轴线垂直方向一段高度上还有距离/角度控制调节索或平行联杆把动力装置与背包架板连接在一起。

2.按权利要求1规定的“悬挂动力”喷气飞行背包，其特征为涡扇发动机进气口上安装了用柔软材料制成的可折叠充气成形进气罩，充气压力由发动机的压气机提供。

3.按权利要求1规定的“悬挂动力”喷气飞行背包，其特征为距离/角度控制调节索用电动蜗杆蜗轮卷扬装置来控制长度变化，或者用一根(两根)人工控制的拉索来完成。

4.按权利要求1规定的“悬挂动力”喷气飞行背包，其特征为动力装置下面设置支架，

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