CN103241376A

CN103241376A - 一种矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统

Info

Publication number: CN103241376A
Application number: CN2012100222169A
Authority: CN
Inventors: 王桦; 李鹏; 朱骅
Original assignee: BEIJING ALWAYS FLYING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING ALWAYS FLYING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明涉及一种矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统，涉及一种飞行器，包括机身、固定机翼，还包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过可倾转的动力短舱系统设置在所述的固定机翼前缘，还包括有尾桨系统，按照本发明提供的矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统，具有结构简单、制造成本低、能耗较低且适用范围广的特点。

Description

一种矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统

技术领域：

本发明涉及一种飞行器及其矢量动力系统，特别是具有垂直起降功能的飞行器的技术领域。

背景技术：

现有技术中，在飞行器中，固定翼飞机具有飞行速度快，航程长的优点，但是需要修建机场跑道为其起降，这不仅增加了使用成本，也限制了固定翼飞机应用的范围和使用的领域。虽然直升机具有垂直起降及空中悬停等独特的飞行能力，它不需要特殊的起降机场，几乎可以在任何地点进行起飞降落，但是直升机也有自身的缺点，如飞行速度低、航程小等。因此自飞行器被发明以来，人们就一直在寻求既能快速飞行又能垂直起降的飞行器，在这样的需求推动下，飞机设计师们提出了各种方案的垂直起降飞机包括复合式直升机、装备推力矢量发动机、升力发动机的喷气式飞机、旋转机翼式飞机、倾转旋翼飞机等等，其中，目前主要的形式为采用旋翼周期变距方案进行垂直起降的倾转旋翼飞机，但这种飞机的操纵系统结构比较复杂、成本较大、对飞机的制造材料要求很高，而且，这种飞机的结构不紧凑，停放时占地面积大。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术之不足，提供一种矢量动力垂直起降飞机，具有结构简单、制造成本低、能耗较低、载重量较大、航程较远和飞行速度比较快且适用范围广等优点。

按照本发明提供的一种矢量动力垂直起降飞机，包括机身、固定机翼，其特征在于：还包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过可倾转的动力短舱系统设置在所述的固定机翼前缘，还包括有尾桨系统。

根据本发明提供的一种矢量动力垂直起降飞机，还包括如下附属技术特征：

所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机。

所述的前倾动力系统与尾桨系统呈三角形设置，所述的三角形的重心与飞机的重心重合。

所述的尾桨系统设置在机身尾部上方。

所述的动力短舱相对固定机翼可倾转的角度为0-90°之间，即动力短舱通过倾转可以与固定机翼所在平面从水平到垂直的位置发生变化。

本发明还提供另一种矢量动力垂直起降飞机，包括机身、固定机翼，其特征在于：还包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过动力短舱系统和倾转轴可同轴倾转地设置在所述的机身前端两侧，还包括有尾桨系统。

所述的尾桨系统可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方。

所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机、齿轮箱和齿轮传动轴，所述的尾桨桨毂与尾桨桨叶固定连接，尾桨桨毂安装在所述的发动机上，所述的发动机安装在所述的齿轮箱内，所述的齿轮传动轴安装在机身尾部并与齿轮箱相连接；所述的齿轮传动轴通过齿轮箱控制尾桨桨毂和尾桨桨叶的倾转。

本发明还提供一种垂直起降飞机用矢量动力系统，包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过可倾转的动力短舱系统设置在所述的固定机翼前缘，还包括有尾桨系统，所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机，所述的尾桨系统设置在机身尾部上方，按本发明提供的垂直起降飞机用矢量动力系统，可适用于多种需要垂直起降的飞机。

本发明还提供另一种垂直起降飞机用矢量动力系统，包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过动力短舱系统和倾转轴可同轴倾转地设置在所述的机身前端两侧，还包括有尾桨系统，所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机，所述的尾桨系统可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方，按本发明提供的垂直起降飞机用矢量动力系统，可适用于多种需要垂直起降的飞机。

按照本发明提供的矢量动力垂直起降飞机及垂直起降飞机用矢量动力系统，，采用了围绕飞机重心、按照三角形的布局安装的三台发动机直接驱动各自的定距螺旋桨或者可变螺距螺旋桨的形式，这样不需使用各种复杂传动机构、减速机构和类似直升机旋翼的复杂操纵机构的设计，三角形的布局的两台前倾动力系统位于飞机主翼前，一台尾桨系统位于主机翼后，这样在垂直起降形态，桨叶尾流避开了飞机主翼，这样的设计不需要使用机翼的同步倾转，或者大面积的襟翼下垂或百叶窗机翼等等复杂超重的机翼结构，减少了主翼对桨叶下洗流的遮蔽所造成的升力损失。

附图说明：

图1：按照本发明提供一种矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统的结构的俯视示意图。

图2：图1中的飞机的侧视示意图。

图3：图1的飞机的飞行状态示意图。

图4：图1中的飞机的前倾动力系统的结构示意图。

图5：图1中的飞机的尾桨系统的结构示意图。

图6：按照本发明提供的第二种矢量动力垂直起降飞机及其矢量动力系统的结构的俯视示意图。

图7：图6中的飞机的侧视示意图。

图8：按照本发明提供的一种垂直起降飞机用矢量动力系统使用在一种飞机上的结构的俯视示意图。

图9：图8中的飞机的侧视示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1-图5：它是由机身1，固定机翼2，副翼3，T型尾翼5(包括垂直尾翼6、水平安定面7、升降舵8)，尾管4，GPS天线15，起落架14(前起落架，后起落架)，尾桨系统13(尾桨桨叶22、尾桨桨毂21、发动机23)，前倾转动力系统10(桨毂17、桨叶18、发动机固定架19、发动机20)，电池11，动力短舱系统9，自动驾驶仪12组成。固定机翼2安装在机身1的中段，尾管4安装在机身1的尾部，起落架14安装在机身1的腹部，尾桨系统13安装在机身1的尾部上方，T型尾翼5安装在尾管4的尾部，电池11安装在机身1的头部座舱内，自动驾驶仪12安装在机身1的内部，动力短舱系统9安装在机身1两侧的固定机翼2前缘上，前倾转系统10安装在动力短舱9上。前倾动力系统10与尾桨系统13呈三角形设置，三角形的重心与飞机的重心重合。

动力系统是通过机身舱内的电池11给发动机(电机)供电，通过自动驾驶仪12控制前倾转动力系统和尾桨系统来控制飞机的飞行，尾桨系统13是由桨毂21、桨叶22、发动机23组成，这是单独的动力系统，由自动驾驶仪控制，前倾动力系统10与尾桨系统13呈三角形设置，该三角形的重心与飞机的重心重合，动力短舱9相对固定机翼2可倾转的角度为0-90°之间，即动力短舱9通过倾转可以与固定机翼2所在平面从水平到垂直的位置发生变化。

矢量动力垂直起降飞机有三种飞行模式：垂直起飞模式，飞行、悬停模式和垂直降落模式。

垂直起飞时，发动机与机体纵轴垂直，升力和所有操纵力、力矩由一对前倾转动力系统10提供，随着飞行速度进一步增加，飞机由地面悬停上升到一定高度，前倾动力系统10中的两个发动机向机身前方的水平方向倾转，发动机相对于机身前倾推力的水平分力使飞机向前加速，机翼产生的升力逐渐增大，尾桨系统13发动机的推力逐步减小，直至前倾动力系统中的两个发动机转至水平状态，飞机飞行速度大于失速速度，尾桨系统的发动机停车，飞机呈常规双发动机固定翼状态飞行。

飞行、悬停状态时，前倾动力系统的两台发动机和尾桨系统的发动机共三台发动机推力处于三角平衡状态，姿态控制采用飞行自动驾驶仪调整三台发动机的转速，从而产生的推力差控制飞机的俯仰运动和横滚运动，调整三台发动机的推力方向控制飞机的机头指向具体操纵方式如下：

控制俯仰姿态时，如需要飞机抬头，前倾动力系统的两台发动机增大推力，尾桨系统的发动机减小推力，机头抬起，并由推力方向改变其所产生的侧向分力使飞机向后平移；如需要飞机低头，前倾动力系统的两台发动机减小推力，尾桨系统的发动机增大推力，机头向下，并由推力方向改变其所产生的侧向分力使飞机向前平移。

控制滚转姿态时，如需要飞机向左，前倾动力系统中的右发动机增大推力，左发动机减小推力，飞机向左滚转，并由推力改变其所产生的侧向力使飞机向左平移；如需要飞机向右，则前倾动力系统中的左发动机增大推力，右发动机减小推力，飞机向右滚转，并由推力改变其所产生的侧向力使飞机右平移。

控制飞机上升下降时，前倾动力系统和尾桨系统中的三台发动机同时调整推力抬升或下降。

控制飞机机头指向旋转时，调整前倾动力系统和尾桨系统中的三台发动机的推力方向产生侧向力，单独调整前倾动力系统中的两台发动机采用前后转动矢量推力方式，前倾动力系统中的左发动机向后转，前倾动力系统中的右发动机向前转，机头向左转；前倾动力系统中的右发动机向后转，前倾动力系统中的左发动机向前转，机头向右转。尾桨系统中的发动机采用左右转动矢量推力方式。后发动机右转，机头向左转，后发动机左转，机头向右转动。这两种控制飞机机头指向的方式在具体实施中可以单独使用，也可以同时安装，提升操控效率。

垂直降落时，飞机进入滑翔状态，前倾动力系统中的两台发动机低速运转，直接转动至垂直向上，飞机减速至失速速度后，前倾动力系统和尾桨系统中的三台发动机推力逐渐增大，并协调控制使飞机保持姿态稳定直至飞机减速到悬停状态后，控制飞机水平移动并下降直至降落于指定地点。

上述方案中的矢量动力垂直起降飞机相比其他普通直升机、固定翼飞机具有较高的巡航速度、巡航效率，同时可以垂直/短距起降的综合性能优势；相比其他方案的垂直起降飞机具有功耗较低、布局紧凑、载重量较大；相比其他方案的倾转旋翼飞机具有悬停、推进效率高、飞行速度快、可以进行常规的滑跑起降或者弹射起飞的方式，以增大携带载荷，同时可以增加回收伞降落回收方式来提高安全性。

实施例2：参见图6和图7，前倾动力系统10通过动力短舱系统9和倾转轴31可同轴倾转地设置在所述的机身1前端两侧，还包括有尾桨系统13，尾桨系统13可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方，前倾动力系统10与尾桨系统13呈三角形设置，三角形的重心与飞机的重心重合。通过自动驾驶仪12控制齿轮传动轴32的转动，齿轮传动轴32带动齿轮箱33，齿轮箱33对发动机轴的控制来实现尾桨的左右倾转来更好的对飞机飞行状态的调控，在飞机的飞行控制方面有了很大的提升，其尾桨系统构造采取的是传统的直升机尾桨构造形式。尾桨系统13由尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机、齿轮箱33(该齿轮箱用于驱动后动力系统)齿轮传动轴32组成，尾桨桨叶与尾桨桨毂固连，尾桨桨毂安装在发动机上，发动机的另一端安装在齿轮箱33内，齿轮传动轴32安装在机身尾部固连在齿轮箱33中。

本实施例的其他结构与实施例1的结构相同。

实施例3：参见图8和图9：本实施例中的飞机，包括机身和固定机翼，固定机翼没有设置副翼，在机身后端没有连接有尾翼。前倾动力系统10通过动力短舱系统9和倾转轴31可同轴倾转地设置在所述的机身1前端两侧，还包括有尾桨系统13，尾桨系统13可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方，前倾动力系统10与尾桨系统13呈三角形设置，三角形的重心与飞机的重心重合。通过自动驾驶仪12控制齿轮传动轴32的转动，齿轮传动轴32带动齿轮箱33，齿轮箱33对发动机轴的控制来实现尾桨的左右倾转来更好的对飞机飞行状态的调控，在飞机的飞行控制方面有了很大的提升，其尾桨系统构造采取的是传统的直升机尾桨构造形式。尾桨系统13由尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机、齿轮箱33(该齿轮箱用于驱动后动力系统)齿轮传动轴32组成，尾桨桨叶与尾桨桨毂固连，尾桨桨毂安装在发动机上，发动机的另一端安装在齿轮箱33内，齿轮传动轴32安装在机身尾部固连在齿轮箱33中。

上述实施例只为说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在此基础上，还可以做出多种变更和改进方案，而不脱离本发明的精神和保护范围。本发明权利要求书中，希望已经包含了符合本发明实质和范围的所有这些变更和改进方案。

Claims

1.一种矢量动力垂直起降飞机，包括机身、固定机翼，其特征在于：还包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过可倾转的动力短舱系统设置在所述的固定机翼前缘，还包括有尾桨系统。

2.根据权利要求2所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机。

3.根据权利要求1所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的前倾动力系统与尾桨系统呈三角形设置，所述的三角形的重心与飞机的重心重合。

4.根据权利要求1所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的尾桨系统设置在机身尾部上方。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的动力短舱相对固定机翼可倾转的角度为0-90°之间，即动力短舱通过倾转可以与固定机翼所在平面从水平到垂直的位置发生变化。

6.一种矢量动力垂直起降飞机，包括机身、固定机翼，其特征在于：还包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过动力短舱系统和倾转轴可同轴倾转地设置在所述的机身前端两侧，还包括有尾桨系统。

7.根据权利要求6所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的尾桨系统可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方。

8.根据权利要求6所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的前倾动力系统与尾桨系统呈三角形设置，所述的三角形的重心与飞机的重心重合。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的一种矢量动力垂直起降飞机，其特征在于：所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机、齿轮箱和齿轮传动轴，所述的尾桨桨毂与尾桨桨叶固定连接，尾桨桨毂安装在所述的发动机上，所述的发动机安装在所述的齿轮箱内，所述的齿轮传动轴安装在机身尾部并与齿轮箱相连接；所述的齿轮传动轴通过齿轮箱控制尾桨桨毂和尾桨桨叶的倾转。

10.一种垂直起降飞机用矢量动力系统，其特征在于：包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过可倾转的动力短舱系统设置在所述的固定机翼前缘，还包括有尾桨系统，所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机，所述的尾桨系统设置在机身尾部上方。

11.一种垂直起降飞机用矢量动力系统，其特征在于：包括前倾动力系统和动力短舱，所述的前倾动力系统包括桨毂、桨叶、发动机固定支架和发动机，所述的前倾动力系统通过动力短舱系统和倾转轴可同轴倾转地设置在所述的机身前端两侧，还包括有尾桨系统，所述的尾桨系统包括尾桨桨毂、尾桨桨叶、发动机，所述的尾桨系统可相对于机身左右倾转地设置在机身尾部上方。