CN102963520A

CN102963520A - 浮空式复合飞行器

Info

Publication number: CN102963520A
Application number: CN2012105278480A
Authority: CN
Inventors: 刘顺安; 潘海阳; 杨璐鸿; 贺兴柱; 孟凡华; 姚永明; 陈延礼; 杨嵩; 王拓
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN102963520B

Abstract

浮空式复合飞行器属飞行器技术领域，本发明的主升力涵道机构固接于浮空器下端，主升力涵道机构的侧后方对称固接调节涵道机构I和调节涵道机构II；位于调节涵道机构I和调节涵道机构Ⅱ中间的推进涵道机构固接于主升力涵道机构正后方的外表面；调节涵道机构I、调节涵道机构Ⅱ和主升力涵道机构的中心横截面位于同一水平面；推进涵道机构的中心横截面与主升力涵道机构的中心横截面呈90°；浮空器导流翅I、浮空器导流翅Ⅱ、浮空器导流翅Ⅲ和浮空器导流翅Ⅳ均匀固接于浮空器尾部。本发明成本和造价低、能有效抵抗对流风，航迹控制精度高，定点滞空时间长、载荷能力大、能耗小、安全性好、效费比高，可广泛应用于民用、军事等领域。

Description

浮空式复合飞行器

技术领域

本发明属飞行器技术领域，具体涉及一种低空、低速、大载荷飞行的浮空式复合飞行器。

背景技术

目前，多涵道飞行器由于发动机过大导致产生的振动过大，飞艇造价过高且不能有效抵抗对流风，航迹控制精度不高。随着现代技术的飞速发展，浮空式复合飞行器以其成本低、定点滞空时间长、载荷能力大、噪声低、能量消耗小、安全性好和效费比高等独特优势倍受关注，因此在民用、军事等领域都可得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动小、造价低，能有效抵抗对流风、航迹控制精度高的浮空式复合飞行器。

本发明主要由浮空器1、主升力涵道机构4、调节涵道机构I7、推进涵道机构12、调节涵道机构II15组成，其中主升力涵道机构4经主涵道连接架I2、主涵道连接架II3、主涵道连接架III5和主涵道连接架IV8与浮空器1的下端固接；主升力涵道机构4的侧后方与发动机支撑架I21和发动机支撑架IV38的延伸线方向一致的固定件I20和固定件IV39的外表面，分别经调节涵道连接架I6、调节涵道连接架Ⅱ14对称固接调节涵道机构I7和调节涵道机构II15；位于调节涵道机构I7和调节涵道机构II15中间的推进涵道机构12经推进涵道支架I9、推进涵道支架II10、推进涵道支架III11和推进涵道支架Ⅳ13固接于主升力涵道机构4正后方的外表面；调节涵道机构I7、调节涵道机构II15和主升力涵道机构4的中心横截面位于同一水平面；推进涵道机构12的中心横截面与主升力涵道机构4的中心横截面呈90°；浮空器导流翅I16、浮空器导流翅II17、浮空器导流翅Ⅲ18和浮空器导流翅Ⅳ19均匀固接于浮空器1尾部。

所述的主升力涵道机构4由固定件I20、发动机支撑架I21、发动机22、发动机支撑架II23、发动机支撑架III24、固定件II25、桨叶支撑架I26、桨叶支撑架II27、主涵道28、固定件III29、桨叶I30、桨叶Ⅱ31、传动轴I32、上整流罩33、桨叶支撑架III34、桨叶支撑架IV35、连接体36、下整流罩37、发动机支撑架IV38、固定件IV39、桨叶支撑架V40、桨叶支撑架VI41、双列角接触球轴承I42、桨盘I43、锥齿轮I44、双列角接触球轴承II45、轴承座I46、传动轴Ⅱ47、锥齿轮Ⅱ48、锥齿轮III49、双列角接触球轴承III50、传动轴III51、桨盘II52、轴承座II53和双列角接触球轴承IV54组成，其中主升力涵道机构4的动力源为发动机22；发动机22经发动机支撑架I21、发动机支撑架II23、发动机支撑架III24、发动机支撑架IV38、固定件I20、固定件Ⅱ25、固定件III29和固定件IV39固接于主涵道28上部中心位置；发动机22输出的动力经传动轴I32将动力传递给与桨叶I30相同的四片桨叶，经锥齿轮I44、锥齿轮II48、传动轴Ⅱ47、锥齿轮III49和传动轴III51将动力传递给与桨叶Ⅱ31相同的四片桨叶，使与桨叶I30相同的四片桨叶和与桨叶II31相同的四片桨叶反向旋转，为飞行器的飞行提供升力；发动机22输出端与传动轴I32顶端固接，传动轴I32中下部与双列角接触球轴承I42内圈过盈配合，锥齿轮I44固接于传动轴I32下部，锥齿轮II48固接于传动轴Ⅱ47中右部，传动轴II47两端分别与双列角接触球轴承Ⅱ45和双列角接触球轴承IV54内圈过盈配合，双列角接触球轴承II45和双列角接触球轴承IV54分别置于轴承座I46和轴承座II53的内部，锥齿轮III49固接于传动轴III51上部，传动轴III51中部与双列角接触球轴承III50内圈过盈配合，传动轴III51下端与下整流罩37螺纹连接，锥齿轮I44、锥齿轮Ⅱ48和锥齿轮III49互相啮合；主涵道28呈圆环状，连接体36经桨叶支撑架I26、桨叶支撑架Ⅱ27、桨叶支撑架III34、桨叶支撑架IV35、桨叶支撑架V40和桨叶支撑架VI41固接于主涵道28内表面；桨盘I43和桨盘II52分别置于上整流罩33和下整流罩37内部，与桨叶I30相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘I43四周，桨盘I43与传动轴I32固接，与桨叶Ⅱ31相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘II52四周，桨盘II52与传动轴III51固接；

所述的调节涵道机构包括调节涵道机构I7和调节涵道机构Ⅱ15，其中调节涵道机构I7由固定件V55、电机支撑架I56、电机57、调节涵道58、电机支撑架II59、固定件VI60、固定件VII61、电机支撑架III62、旋转体63、传动轴IV64、桨叶支撑架VII65、桨叶III66、电机支撑架IV67、固定件VIII68、桨盘III69和双列角接触球轴承V70组成；调节涵道机构I7的动力源为电机57，电机57位于调节涵道58上部中心位置，电机57分别经电机支撑架I56和固定件V55、电机支撑架Ⅱ59和固定件VI60、电机支撑架III62和固定件VII61、电机支撑架IV67和固定件VIII68与调节涵道58固接；旋转体63与传动轴IV64固接；传动轴IV64顶端与电机57输出端通过联轴器连接，传动轴IV64底端与固接于桨叶支撑架VII65中心的双列角接触球轴承V70内圈过盈配合；与桨叶III66相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘III69四周，电机57经传动轴IV64将动力传递给与桨叶III66相同的四片桨叶，桨盘III69与传动轴IV64中部固接；桨叶支撑架VII65呈十字状，经其端部与调节涵道58固接；调节涵道机构I7、调节涵道机构Ⅱ15和推进涵道机构12内部结构完全相同。

浮空器1内不设任何舱室，只是一个气球，用于提供升力。主升力涵道机构4采用共轴双桨反转旋翼系统，空气动力保持对称，具有较高的桨效率，可以提高飞行器升力。主升力涵道机构4的动力机构是发动机22，采用定桨定转速的方法，主升力涵道机构4只负责产生升力，不参与调节，确保安全。主升力涵道机构4的侧后方对称布置的两个调节涵道机构I7和调节涵道机构II15采用变矩单桨，用于姿态调节，位于调节涵道机构I7和调节涵道机构II15中间的推进涵道机构12用于推进。

本发明中浮空式复合飞行器的工作状态控制原理如下：

1)垂直起降：主升力涵道机构4内的两个旋翼等速反转，产生竖直向上的升力，当浮空器1和主升力涵道机构4内旋翼产生的总升力大于或者小于飞机自身重力时，飞行器处于垂直升降状态。同时通过控制主升力涵道机构4的侧后方对称布置的两个调节涵道机构I7和调节涵道机构II15内旋翼的桨距和转速，产生飞行器所需的纵向配平力矩和滚转配平力矩。

2)空中悬停：通过控制主升力涵道机构4内的两个旋翼的桨距和转速使浮空器1和主升力涵道机构4内旋翼产生的总升力刚好能平衡飞机的重力，同时通过控制主升力涵道机构4的侧后方对称布置的两个调节涵道机构I7和调节涵道机构II15内旋翼的桨距和转速，产生飞行器所需的纵向配平力矩和滚转配平力矩，保证飞行器悬停状态的稳定性。飞行器处于空中悬停状态。通过调节主升力涵道机构4的侧后方对称布置的两个调节涵道机构I7和调节涵道机构II15内旋翼的桨距和转速，产生偏转力矩，使飞行器原地旋转，实现航向控制。

3)低速前飞：主升力涵道机构4内的两个旋翼等速反转，产生竖直向上的升力，通过控制位于调节涵道机构I7和调节涵道机构Ⅱ15中间的推进涵道机构12内旋翼的桨距和转速，产生一定的推力推动飞行器低速飞行。同时通过控制主升力涵道机构4的侧后方对称布置的两个调节涵道机构I7和调节涵道机构II15内旋翼的桨距和转速，产生飞行器所需的纵向配平力矩和滚转配平力矩，保证飞行的稳定性。

本发明成本和造价低、能有效抵抗对流风，航迹控制精度高，定点滞空时间长、载荷能力大、能耗小、安全性好、效费比高，可广泛应用于民用、军事等领域。

附图说明

图1为浮空式复合飞行器的主视轴测图

图2为主升力涵道机构的轴测图

图3为主升力涵道机构的局部结构剖视图

图4为主升力涵道机构(图3中B)的局部剖视放大图

图5为调节涵道机构(图1中A)的仰视轴测图

图6为调节涵道机构(图1中A)的局部结构剖视图

图7为浮空式复合飞行器的主视图

图8为浮空式复合飞行器的仰视图

图9为浮空式复合飞行器的侧视图

其中：1.浮空器 2.主涵道连接架I 3.主涵道连接架II 4.主升力涵道机构 5.主涵道连接架Ⅲ 6.调节涵道连接架I 7.调节涵道机构I 8.主涵道连接架Ⅳ 9.推进涵道支架I10.推进涵道支架II 11.推进涵道支架Ⅲ 12.推进涵道机构 13.推进涵道支架Ⅳ 14.调节涵道连接架II 15.调节涵道机构Ⅱ 16.浮空器导流翅I 17.浮空器导流翅II 18.浮空器导流翅Ⅲ 19.浮空器导流翅Ⅳ 20.固定件I 21.发动机支撑架I 22.发动机 23.发动机支撑架II 24.发动机支撑架Ⅲ 25.固定件II 26.桨叶支撑架I 27.桨叶支撑架II 28.主涵道 29.固定件Ⅲ 30.桨叶I 31.桨叶II 32.传动轴I 33.上整流罩 34.桨叶支撑架Ⅲ35.桨叶支撑架Ⅳ 36.连接体 37.下整流罩 38.发动机支撑架Ⅳ 39.固定件Ⅳ 40.桨叶支撑架V 41.桨叶支撑架Ⅵ 42.双列角接触球轴承I 43.桨盘I 44.锥齿轮I 45.双列角接触球轴承Ⅱ 46.轴承座I 47.传动轴II 48.锥齿轮II 49.锥齿轮Ⅲ 50.双列角接触球轴承Ⅲ 51.传动轴Ⅲ 52.桨盘II 53.轴承座II 54.双列角接触球轴承Ⅳ 55.固定件V56.电机支撑架I 57.电机 58.调节涵道 59.电机支撑架II 60.固定件Ⅵ 61.固定件Ⅶ62.电机支撑架Ⅲ 63.旋转体 64.传动轴Ⅳ 65.桨叶支撑架Ⅶ 66.桨叶Ⅲ 67.电机支撑架Ⅳ 68.固定件Ⅷ 69.桨盘Ⅲ 70.双列角接触球轴承V

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：一种浮空式复合飞行器，由浮空器1、主升力涵道机构4、调节涵道机构I7、推进涵道机构12、调节涵道机构II15组成，其特征在于主升力涵道机构4经主涵道连接架I2、主涵道连接架II3、主涵道连接架III5和主涵道连接架IV8与浮空器1的下端固接；主升力涵道机构4的侧后方与发动机支撑架I21和发动机支撑架IV38的延伸线方向一致的固定件I20和固定件IV39的外表面，分别经调节涵道连接架I6、调节涵道连接架II14对称固接调节涵道机构I7和调节涵道机构Ⅱ15；位于调节涵道机构I7和调节涵道机构Ⅱ15中间的推进涵道机构12经推进涵道支架I9、推进涵道支架Ⅱ10、推进涵道支架Ⅲ11和推进涵道支架Ⅳ13固接于主升力涵道机构4正后方的外表面；调节涵道机构I7、调节涵道机构II15和主升力涵道机构4的中心横截面位于同一水平面；推进涵道机构12的中心横截面与主升力涵道机构4的中心横截面呈90°；浮空器导流翅I16、浮空器导流翅II17、浮空器导流翅Ⅲ18和浮空器导流翅Ⅳ19均匀固接于浮空器1尾部。

如图2、图3和图4所示：主升力涵道机构4的动力源为发动机22；发动机22经发动机支撑架I21、发动机支撑架II23、发动机支撑架III24、发动机支撑架IV38、固定件I20、固定件Ⅱ25、固定件III29和固定件IV39固接于主涵道28上部中心位置；发动机22输出端与传动轴I32顶端固接，传动轴I32中下部与双列角接触球轴承I42内圈过盈配合，锥齿轮I44固接于传动轴I32下部，锥齿轮II48固接于传动轴II47中右部，传动轴II47两端分别与双列角接触球轴承II45和双列角接触球轴承IV54内圈过盈配合，双列角接触球轴承Ⅱ45和双列角接触球轴承IV54分别置于轴承座I46和轴承座II53的内部，锥齿轮III49固接于传动轴III51上部，传动轴III51中部与双列角接触球轴承III50内圈过盈配合，传动轴III51下端与下整流罩37螺纹连接，锥齿轮I44、锥齿轮II48和锥齿轮III49互相啮合；主涵道28呈圆环状，连接体36经桨叶支撑架I26、桨叶支撑架II27、桨叶支撑架III34、桨叶支撑架IV35、桨叶支撑架V40和桨叶支撑架VI41固接于主涵道28内表面；桨盘I43和桨盘Ⅱ52分别置于上整流罩33和下整流罩37内部，与桨叶I30相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘I43四周，桨盘I43与传动轴I32固接，与桨叶II31相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘II52四周，桨盘II52与传动轴III51固接；

如图5、图6所示：调节涵道机构I7的动力源为电机57，电机57位于调节涵道58上部中心位置，电机57分别经电机支撑架I56和固定件V55、电机支撑架II59和固定件VI60、电机支撑架III62和固定件VII61、电机支撑架IV67和固定件VIII68与调节涵道58固接；旋转体63与传动轴IV64固接；传动轴IV64顶端与电机57输出端通过联轴器连接，传动轴IV64底端与固接于桨叶支撑架VII65中心的双列角接触球轴承V70内圈过盈配合；与桨叶III66相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘III69四周，电机57经传动轴IV64将动力传递给与桨叶III66相同的四片桨叶，桨盘III69与传动轴IV64中部固接；桨叶支撑架VII65呈十字状，经其端部与调节涵道58固接；调节涵道机构I7、调节涵道机构II15和推进涵道机构12内部结构完全相同。

Claims

1.一种浮空式复合飞行器，其特征在于主要由浮空器(1)、主升力涵道机构(4)、调节涵道机构I(7)、推进涵道机构(12)和调节涵道机构II(15)组成，其中主升力涵道机构(4)经主涵道连接架I(2)、主涵道连接架II(3)、主涵道连接架Ⅲ(5)和主涵道连接架Ⅳ(8)与浮空器(1)的下端固接；主升力涵道机构(4)的侧后方与发动机支撑架I(21)和发动机支撑架Ⅳ(38)的延伸线方向一致的固定件I(20)和固定件Ⅳ(39)的外表面，分别经调节涵道连接架I(6)、调节涵道连接架Ⅱ(14)对称固接调节涵道机构I(7)和调节涵道机构Ⅱ(15)；位于调节涵道机构I(7)和调节涵道机构II(15)中间的推进涵道机构(12)经推进涵道支架I(9)、推进涵道支架II(10)、推进涵道支架Ⅲ(11)和推进涵道支架Ⅳ(13)固接于主升力涵道机构(4)正后方的外表面；调节涵道机构I(7)、调节涵道机构II(15)和主升力涵道机构(4)的中心横截面位于同一水平面；推进涵道机构(12)的中心横截面与主升力涵道机构(4)的中心横截面呈90°；浮空器导流翅I(16)、浮空器导流翅II(17)、浮空器导流翅Ⅲ(18)和浮空器导流翅Ⅳ(19)均匀固接于浮空器(1)尾部。

2.按权利要求1所述的浮空式复合飞行器，其特征在于所述的主升力涵道机构(4)由固定件I(20)、发动机支撑架I(21)、发动机(22)、发动机支撑架II(23)、发动机支撑架Ⅲ(24)、固定件II(25)、桨叶支撑架I(26)、桨叶支撑架Ⅱ(27)、主涵道(28)、固定件Ⅲ(29)、桨叶I(30)、桨叶Ⅱ(31)、传动轴I(32)、上整流罩(33)、桨叶支撑架Ⅲ(34)、桨叶支撑架Ⅳ(35)、连接体(36)、下整流罩(37)、发动机支撑架Ⅳ(38)、固定件Ⅳ(39)、桨叶支撑架V(40)、桨叶支撑架Ⅵ(41)、双列角接触球轴承I(42)、桨盘I(43)、锥齿轮I(44)、双列角接触球轴承II(45)、轴承座I(46)、传动轴II(47)、锥齿轮II(48)、锥齿轮III(49)、双列角接触球轴承Ⅲ(50)、传动轴Ⅲ(51)、桨盘Ⅱ(52)、轴承座II(53)和双列角接触球轴承Ⅳ(54)组成，其中主升力涵道机构(4)的动力源为发动机(22)；发动机(22)经发动机支撑架I(21)、发动机支撑架II(23)、发动机支撑架Ⅲ(24)、发动机支撑架Ⅳ(38)、固定件I(20)、固定件II(25)、固定件Ⅲ(29)和固定件Ⅳ(39)固接于主涵道(28)上部中心位置；发动机(22)输出端与传动轴I(32)顶端固接，传动轴I(32)中下部与双列角接触球轴承I(42)内圈过盈配合，锥齿轮I(44)固接于传动轴I(32)下部，锥齿轮Ⅱ(48)固接于传动轴II(47)中右部，传动轴II(47)两端分别与双列角接触球轴承II(45)和双列角接触球轴承Ⅳ(54)内圈过盈配合，双列角接触球轴承II(45)和双列角接触球轴承Ⅳ(54)分别置于轴承座I(46)和轴承座II(53)的内部，锥齿轮Ⅲ(49)固接于传动轴Ⅲ(51)上部，传动轴Ⅲ(51)中部与双列角接触球轴承Ⅲ(50)内圈过盈配合，传动轴Ⅲ(51)下端与下整流罩(37)螺纹连接，锥齿轮I(44)、锥齿轮II(48)和锥齿轮Ⅲ(49)互相啮合；主涵道(28)呈圆环状，连接体(36)经桨叶支撑架I(26)、桨叶支撑架II(27)、桨叶支撑架Ⅲ(34)、桨叶支撑架Ⅳ(35)、桨叶支撑架V(40)和桨叶支撑架Ⅵ(41)固接于主涵道(28)内表面；桨盘I(43)和桨盘II(52)分别置于上整流罩(33)和下整流罩(37)内部，与桨叶I(30)相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘I(43)四周，桨盘I(43)与传动轴I(32)固接，与桨叶II(31)相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘II(52)四周，桨盘Ⅱ(52)与传动轴Ⅲ(51)固接。

3.按权利要求1所述的浮空式复合飞行器，其特征在于所述的调节涵道机构包括调节涵道机构I(7)和调节涵道机构II(15)，其中调节涵道机构I(7)由固定件V(55)、电机支撑架I(56)、电机(57)、调节涵道(58)、电机支撑架Ⅱ(59)、固定件Ⅵ(60)、固定件Ⅶ(61)、电机支撑架Ⅲ(62)、旋转体(63)、传动轴Ⅳ(64)、桨叶支撑架Ⅶ(65)、桨叶Ⅲ(66)、电机支撑架Ⅳ(67)、固定件Ⅷ(68)、桨盘Ⅲ(69)和双列角接触球轴承V(70)组成；调节涵道机构I(7)的动力源为电机(57)，电机(57)位于调节涵道(58)上部中心位置，电机(57)分别经电机支撑架I(56)和固定件V(55)、电机支撑架II(59)和固定件Ⅵ(60)、电机支撑架Ⅲ(62)和固定件Ⅶ(61)、电机支撑架Ⅳ(67)和固定件Ⅷ(68)与调节涵道(58)固接；旋转体(63)与传动轴Ⅳ(64)固接；传动轴Ⅳ(64)顶端与电机(57)输出端通过联轴器连接，传动轴Ⅳ(64)底端与固接于桨叶支撑架Ⅶ(65)中心的双列角接触球轴承V(70)内圈过盈配合；与桨叶Ⅲ(66)相同的四片桨叶内端均布并固接于桨盘Ⅲ(69)四周，桨盘Ⅲ(69)与传动轴Ⅳ(64)中部固接；桨叶支撑架Ⅶ(65)呈十字状，经其端部与调节涵道(58)固接；调节涵道机构I(7)、调节涵道机构II(15)和推进涵道机构(12)内部结构完全相同。