CN102785776A

CN102785776A - 一种可垂直起降固定翼单人飞行器

Info

Publication number: CN102785776A
Application number: CN2012102612253A
Authority: CN
Inventors: 赵辉; 张艺婷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2012-11-21
Also published as: CN102627147A

Abstract

本发明公开了一种具有垂直起降和水平飞行功能的穿戴式固定翼单人飞行器，由机翼、水平尾翼、垂直尾翼、主发动机、螺旋桨、背带、飞行控制器、机身、尾部发动机、电池、扶臂、太阳能电池板、救生伞、救生气囊组成。利用一部尾部发动机实现垂直起降与水平飞行之间的主动过渡，利用固定机翼实现远距离飞行。机翼、水平尾翼和垂直尾翼等可折叠存放，且包括机翼在内飞行器多个部位的表面都安装有大面积的太阳能电池板，机翼展开后整个飞行器成为一个巨大的太阳能充电器，解决了随时随地充电问题。本发明结构简单，能源绿色，救生系统完备，应用领域广阔。

Description

一种可垂直起降固定翼单人飞行器

技术领域

本发明涉及一种单人飞行器，尤其是一种可太阳能充电的具有垂直起降和水平飞行功能的固定翼单人飞行器。

背景技术

单人像鸟一样自由飞行是人类几千年来的梦想。现有的可以垂直起降的轻型单人飞行器有头顶共轴式双旋翼方案、头顶单旋翼方案（如墨西哥的Libelula 背包式直升机系统）、喷气背包、火箭背带（如新西兰的“马丁喷气背包”）等，这些方案的共有优点是垂直起降，但共有的主要缺陷是没有固定机翼，无法实现远距离平飞，航时和航程都很短，而且飞行成本高、操纵复杂、安全性差。现有的可以水平飞行的轻型单人飞行器如动力滑翔伞和动力三角翼飞机等，速度慢，航程短，无法垂直起降，且需要由经过专门训练的运动员或操纵熟练的飞行爱好者才能使用。因此以上两类轻型单人飞行器都难以大规模普及。

在中国专利号为CN1203167A，申请号为97112823.5，名称为《载人垂直起降飞行器》的专利中公开了一种载人垂直起降飞行器，它是根据美军的V-22垂直起降飞机垂直起降时发动机提升力必须作用在横向重心上，提出利用滑轨主动改变驾驶员重心和飞行器重心二者的相对位置，使得整个系统（驾驶员和飞行器）的竖向重心与横向重心实现转换过渡，从而使飞行器的空中姿态可在垂直起降和水平飞行之间转换过渡。但这种方法最大的缺陷在于驾驶员重心和飞行器重心的相对位置不固定，当在飞行中利用滑轨来回滑动调整二者相对重心位置时，引发的重心不稳容易使整个系统头重脚轻，有可能导致头朝下飞行并撞向地面。也就是说，滑轨滑动调整重心位置不是一个易收敛于稳定的控制过程，具有较大的危险性，而且滑轨结构较复杂，重量大。

在申请号为200810070233.3，公开号为CN101353084A，名称为《垂直起落轻型飞行器》的发明中，以及申请号为200910168948.7，公开号为CN 101927825，名称为《单人飞行器》的发明中公布了两种同类的单人飞行器，也可垂直起降和水平飞行，但是二者的状态转换是利用发动机驱动涵道风扇旋转产生动力，吹在机翼和尾翼上产生力矩，以此控制垂直起降和水平飞行的转换，这是一种被动式状态转换，状态转换不灵活。

另外，以上公开号为CN 101927825和CN101353084A的专利中，飞行器的机翼面积过小，水平飞行时无法产生足够的升力来承载整个系统重量。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种固定翼单人飞行器，可安全方便的实现垂直起降和水平飞行状态转换，同时解决使用太阳能作为动力能源的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：利用一部尾部发动机来实现垂直起降与水平飞行之间的状态转换过渡。一种可垂直起降固定翼单人飞行器，包括机翼、水平尾翼、垂直尾翼、主发动机、电池、背带、飞行控制器，其特征在于，机翼和机身的一端相连接，机身的另一端安装有一部尾部发动机，用于垂直起降与水平飞行之间的状态转换过渡，当飞行器从垂直状态向水平状态转换时，尾部发动机驱动尾部螺旋桨旋转以产生一个与机身垂直的侧力，推动飞行器由垂直状态向水平飞行状态转换；当从水平状态向垂直状态转换时，执行逆过程。当飞行器在水平飞行时，尾部发动机还可旋转至水平状态并提供向后的推力。当采用左、右动力布局时，主发动机为两部，分别以飞行器纵轴对称安装在左、右机翼上，一部发动机正转，一部发动机反转，以相互抵消扭矩；当采用共轴式螺旋桨布局时，主发动机安装在飞行器纵轴中心线上。主发动机和尾部发动机可以是电动机、内燃机、涡轮发动机、喷气式发动机，还可以是其他形式的发动机，还可以是喷气储气罐。主螺旋桨和尾部螺旋桨为可变螺距螺旋桨，主螺旋桨可以通过变螺距来改变拉力大小；尾部螺旋桨可以通过变螺距来改变推力大小或方向，也可以通过正反转改变推力方向。

飞行器上还装有一对扶臂，飞行控制器安装在扶臂上，类似于摩托车车把上的控制器，这样驾驶员手扶扶臂时，自然手握飞行控制器。机身是可伸缩或可折叠机身，在飞行状态时，机身伸长或打开，以增大尾部发动机、垂直尾翼、水平尾翼对飞行器重心的作用力臂，提高飞行时的可操纵性和安定性。

机翼、水平尾翼、垂直尾翼、主发动机的螺旋桨桨叶、尾部发动机的桨叶，都可以折叠，方便存放、运输和修理等。主螺旋桨和尾部螺旋桨可用网罩罩住，或采用涵道结构，以提高安全性。

主发动机和尾部发动机可以是电动机、内燃机、涡轮发动机、喷气式发动机，还可以是其他形式的发动机，还可以是喷气储气罐。

当本飞行器采用电动机作为发动机时，动力能源是电池，电池可以是锂电池、铅蓄电池、镍氢电池等蓄电池，也可以是燃料电池或其他电池，还可以是包含多种电池的混合电池。

本飞行器包括机翼、水平尾翼的上、下表面和垂直尾翼两侧表面在内飞行器的多个部位表面都安装有大面积的太阳能电池板，可得到大约至少5～10平方米以上的面积，机翼上表面等部位接受来自阳光的直接辐射，下表面和其他部位接受阳光的间接辐射，提高了对太阳能的利用率，这样机翼展开后整个飞行器成为一个大型太阳能充电器，解决了随时随地充电问题。根据目前人类的技术，太阳能电池板光电转换效率接近20%，直射时每平方米太阳能电池板输出功率约120～150W，考虑到光直射和非直射等照度问题，初步计算，本飞行器在晴天可得到约600～1200瓦的电功率，或者说，太阳能电池板一个白天可以得到至少5度电能，足以飞行数十公里。这样，即使在没有充电设施的偏远地区，只要有阳光的地方，本飞行器就有无限的续航能力。当太阳能电池板电力不足且无光线摄入时，可切换至电池供电模式，或者电池供电的同时也利用太阳能充电，可以大大延长飞行器的航程或航时。随着技术进步，太阳能电池转换效率还会继续提高（例如目前最先进的太阳能电池转换效率已达40%），飞行器的动力性能和续航力还会提高。如果太阳能电池的转换效率提高到一定程度，本飞行器再适当加大机翼面积，就有希望实现完全利用太阳能飞行。因此本飞行器一旦普及，将有望成为不消耗汽油、零排放、完全环保且能环球旅行的家用交通工具。

对于飞行器来说，救生是个无法回避的问题。因此本飞行器上还安装有救生伞和救生气囊，当飞行中发生紧急情况时，驾驶员、救生伞和救生气囊可以和飞行器的其他部分分离，以便于打开救生伞逃生，如果降落在水上，则救生气囊可立即充满气弹出，实现水上救生。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下有益效果：

1. 本发明利用一部尾部发动机实现垂直起降与水平飞行之间的状态转换过渡，操作安全、状态转换自如而且结构简单，进一步，在飞行器水平飞行时尾部发动机还可起尾推作用，一举两得；

2. 本飞行器的机翼、垂直尾翼、水平尾翼等各个部位的上、下表面和侧面都安装有大面积的太阳能电池板，最大限度利用了阳光的直接辐射和间接辐射，机翼展开后整个飞行器成为一个巨大的太阳能充电器，提高了飞行器的续航力，可在缺乏充电设备的陆地或水上远距离旅行，且能源绿色无污染；

3. 本飞行器针对人体生理结构特点设计成可穿戴式，结构简单，重量轻，不需起降跑道、利用大展弦比的机翼实现远距离快速飞行；

4. 飞行器上安装有完备的救生系统，解决了家用飞行器的安全问题，可大规模家用普及，也可以用于军事等其他领域。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明水平飞行状态的示意图；

图4是本发明折叠后的示意图；

图5是本发明采用共轴双旋翼起降的立体图；

图6是本发明采用喷气发动机作为主发动机的示意图。

图中1.机翼，2.主发动机，3.螺旋桨，4.机身，5.尾部发动机，6.尾部螺旋桨，7.水平尾翼，8.垂直尾翼，9.电池，10.背带，11.飞行控制器，12.扶臂，13太阳能电池板。

具体实施方式

实施例一：

以飞行器采用左、右动力布局为实施例进一步说明。

在附图1、2、3中，机翼1以飞行器的纵轴线为对称分为左、右两翼，机翼1的中部下端与机身4一端连接，机身4另一端安装有尾部发动机5、水平尾翼7和垂直尾翼8。主发动机2为两部，对称设置在左、右机翼1上，用于垂直起降和水平飞行时的拉进，而且安装的两部螺旋桨3一部正转，一部反转，以相互抵消扭矩。飞行器上有救生伞和救生气囊用于救生。飞行控制器11安装在扶臂12上。

机翼1、水平尾翼7、垂直尾翼8等各个部位的上、下表面和侧面都安装有大面积的太阳能电池板13，最大限度利用了阳光的直接辐射和间接辐射，机翼1展开后整个飞行器成为一个巨大的太阳能充电器。

当需要飞行时，飞行员打开折叠的飞行器，将机翼1、水平尾翼7、垂直尾翼8置于常规飞机的状态，背上飞行器，扣紧背带10，站立在地面上，类似穿上一架超轻型固定翼飞机，这时手握扶臂12，操纵飞行控制器11，启动两部主发动机2，驱动螺旋桨3开始旋转，实现垂直起飞，然后驾驶员控制飞行器伸开机身4，启动尾部发动机5，这时尾部螺旋桨6旋转以产生一个与机身4垂直的侧力，推动飞行器由垂直状态向水平飞行状态转换，当从水平状态向垂直状态转换时，尾部螺旋桨6产生与之前方向相反的侧力，执行逆过程。

如附图4所示，机翼1、水平尾翼7、垂直尾翼8、主发动机2的螺旋桨3桨叶、尾部发动机5的桨叶，都可以折叠，利于存放、运输、检查、修理。

实施例二：

以动力布局采用共轴式为例进一步说明。

如附图5所示，当采用共轴式螺旋桨3布局时，主发动机2安装在机翼1左、右对称的中心线上。飞行时，两部上下安装的螺旋桨3一部正转，一部反转，以相互抵消扭矩。

当飞行器状态转换为水平状态后，尾部发动机5还可旋转至水平状态，提供一个水平向后的推力，起尾部推进作用。

其他部分同实施例一。

实施例三：

以主发动机2采用喷气发动机为例进一步说明。

如附图6所示，主发动机2为两部，对称设置在左、右机翼1上，用于垂直起降和水平飞行时推进。此实施例中，扶臂12由弯曲状改为直杆状。

其他部分同实施例一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在其他的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可垂直起降固定翼单人飞行器，包括机翼、水平尾翼、垂直尾翼、主发动机、螺旋桨、电池、背带、飞行控制器，其特征在于，垂直尾翼上安装有一部尾部发动机，用于垂直起降与水平飞行之间的状态转换过渡，当飞行器从垂直状态向水平状态转换时，尾部发动机驱动尾部螺旋桨旋转以产生一个与机身垂直的侧力，推动飞行器由垂直状态向水平状态过渡；当从水平状态向垂直状态转换时，执行逆过程。

2.根据权利要求1所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，包括机翼、水平尾翼和垂直尾翼在内飞行器的多个部位的上、下表面和侧面都安装有大面积的太阳能电池板，并且太阳能电池板和电池组成联合供电系统。

3.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，飞行器上还装有一对扶臂，扶臂上安装有飞行控制器。

4.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，当飞行器在水平飞行时，尾部发动机可旋转至水平状态并提供向后的推力。

5.根据权利要求1所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，当采用左、右双动力布局时，主发动机为两部，分别以机翼中心线为对称安装在左、右机翼上，一部发动机正转，一部发动机反转；当采用共轴式螺旋桨布局时，主发动机安装在飞行器纵向中心轴线上。

6.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，主发动机和尾部发动机可以是电动机、内燃机、涡轮发动机、喷气式发动机，还可以是其他形式的发动机，还可以是喷气储气罐。

7.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，主螺旋桨和尾部螺旋桨为可变距螺旋桨。

8.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，机身可伸缩或可折叠。

9.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，电池可以是蓄电池，也可以是燃料电池或其他电池，还可以是包含多种电池的混合电池。

10.根据权利要求1或2所述的可垂直起降固定翼单人飞行器，其特征在于，主螺旋桨和尾部螺旋桨位于网罩或涵道内部。