CN103287576A

CN103287576A - 一种无尾布局单人尾坐式垂直起降飞行器

Info

Publication number: CN103287576A
Application number: CN2013101993411A
Authority: CN
Inventors: 王维军; 汪超
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明提供了一种具有垂直起降能力的单人飞行器，包括：机身（1）；机翼（2）；设在两侧机翼（2）上的旋翼（5，13）；设在两侧机翼（2）后缘的升降副翼（7），用于借助升降副翼（7）的偏转来实现滚转和俯仰的稳定和控制，其中在垂直起降阶段，飞行器头部朝上，采用尾坐方式起飞和/或降落，由旋翼（5）旋转产生的升力克服重力，实现垂直起降。本发明的优点包括：1）无尾布局，有效减小空气阻力，提高飞行速度。2）兼顾直升机和固定翼飞机的优点，在高速平飞和低速悬停阶段都可保持高效。3）无倾转机构，结构简单，可靠性强，成本低廉。4）能在低速大迎角的情况下保持飞行器稳定可控，更适合城市空域。5）采用发动机连轴和全机开伞方式应对突发情况，安全性强。

Description

一种无尾布局单人尾坐式垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及一种可垂直起降的单人飞行器，属于航空飞行器中固定翼飞机设计技术领域。

背景技术

随着城市的地面交通愈发的拥挤繁忙，如何利用城市的空域来缓解这一现象被人们越来越多的关注。由于城市高楼林立且机场距离目的地的距离较远，因此对仅能进行滑跑起飞及降落的常规固定翼飞机的局限性很大。

具有垂直起降能力的飞行器能使用城市中的空地完成起飞和降落，且能轻松在楼宇间穿梭，因此对城市空域的适应性更好。目前在城市中使用的飞行器主要是直升机，其虽然解决了垂直起降的问题，但自身结构复杂、维护困难、可靠性差、造价昂贵，且大旋翼降低了前飞段的效率和巡航速度。

尾坐式垂直起降飞行器是一种采用机尾坐地方式垂直起降的飞行器，起飞时达到一定高度后改变姿态积累速度转入平飞，降落时减小飞行速度同时改变姿态进入垂直起降。

发明内容

为了兼顾垂直起降性能和巡航性能，降低飞行器的复杂程度，本发明着眼于具有垂直起降（VTOL）能力的单人飞行器的设计，并提供一种新型布局的垂直起降飞行器。

本发明采用无尾布局，采用尾坐式垂直起降方式，即起降阶段机头朝上，机尾朝下。在机翼的两侧各布置一个变距旋翼，两个旋翼对转，由两台发动机（或电动机）提供动力。垂直起降阶段，旋翼旋转产生升力来克服重力，操纵旋翼的桨距和处在滑流区的舵面，实现飞行器姿态的控制。通过操纵舵面可实现飞行器垂直起降和水平飞行之间转换。

根据本发明的内容，提供了两种具有垂直起降能力的单人尾坐式垂直起降无尾飞行器。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有垂直起降能力的单人飞行器，其特征在于包括：

机身，

机翼，

分别设在两侧机翼上的旋翼，

分别设在两侧机翼后缘的升降副翼，用于借助升降副翼的偏转来实现滚转和俯仰的稳定和控制，

其中

在垂直起降阶段，所述单人飞行器头部朝上，采用尾坐方式起飞和/或降落，由旋翼旋转产生的升力来克服重力，实现垂直起降。

附图说明

图1是根据本发明的实施例1的示意图。

图2是如图1所示的实施例的动力系统示意图。

图3是如图1所示的实施例乘员位置示意图。

图4是根据本发明的实施例2的示意图。

图5是如图4所示的实施例的动力系统的一个实施例的示意图。

附图标记：

[1]机身 [2]机翼[3边条翼

[4]发动机 [5]变距旋翼 [6]连动轴

[7]升降副翼 [8]起落架 [9]降落伞

[10]降落伞舱 [11]座舱盖 [12]电动机

[13]定距旋翼 [14]小型涡扇发动机 [15]电池

具体实施方式

第一实施例：

图1－3表示根据本发明的第一实施例的具有垂直起降（VTOL）能力的单人飞行器，其包括机身1、机翼2、边条翼3、发动机4、变距旋翼5、连动轴6、升降副翼7、起落架8、降落伞9、降落伞舱10和座舱盖11。根据该实施例的单人飞行器的工作方式如下：

－在垂直起降阶段，飞行器头部朝上，采用尾坐方式起飞和降落，由发动机4驱动两个变距旋翼5旋转，产生升力来克服重力，实现垂直起降。在此阶段，通过调节变距旋翼5的桨距差维持航向稳定，通过升降副翼7的偏转来实现滚转和俯仰的稳定和控制，由于升降副翼7处于变距旋翼5的滑流区内，所以即使飞行的速度很低，升降副翼7仍能保持很高的舵面效率，保证给单人飞行器提供足够的操纵力矩，以单人飞行器的维持姿态。此阶段，变距旋翼5采用较小桨距，从而获得足够的悬停效率。

－由垂直起降到平飞或者平飞向垂直起降的过渡阶段，通过偏转升降副翼7控制姿态的变化，此阶段由单人飞行器运动产生的气动力和变距旋翼5旋转产生的拉力共同维持足够的升力。由于边条翼3的作用，在过渡阶段能有很好的大迎角气动性能。

－在平飞阶段，飞行原理同常规飞机，由变距旋翼5旋转提供动力。此阶段，变距旋翼5采用较大桨距，以提高飞行速度。

该实施例的保障驾驶员的工作和安全设置如下：

－垂直起降阶段，驾驶员为站立姿势（图3）；平飞阶段，驾驶员平趴姿势。

－机身的中前段为透明的座舱盖，保障飞行员的视野。

－出于安全考虑，通过连动轴6（图2）将两台发动机4连轴，使单发停车的情况下不至于完全失去动力，若动力足够，仍能维持单人飞行器安全的垂直降落，即使是在最危险的情况下（动力不足或失控），飞行员仍可以通过打开位于机头的降落伞舱10内的降落伞9（图3），实现全机安全着陆。

第二实施例：

图4表示本发明的第二实施例的具有垂直起降（VTOL）能力的单人飞行器，其包括，其包括机身1、机翼2、边条翼3、电动机12、定距旋翼13、小型涡扇发动机14、升降副翼7、起落架8、降落伞9、降落伞舱10、座舱盖11和电池15（图5）。根据该实施例的单人飞行器的工作方式如下：

－在垂直起降阶段，同样采用尾坐方式起飞和降落，通过电池15（图5）给电动机12供电，由电动机12驱动两个定距旋翼13旋转，产生升力来克服重力，实现垂直起降。在此阶段，航向稳定通过调节定距旋翼13的转速差来维持，其余方向的增稳同第一实施例，同样通过升降副翼7的偏转来实现滚转和俯仰的稳定和控制。该阶段小型涡扇发动机14保持怠速运行，基本不产生推力。

－由垂直起降到平飞或者平飞向垂直起降的过渡阶段，通过偏转升降副翼7来控制姿态的变化，此阶段由单人飞行器运动产生的气动力、定距旋翼13旋转产生的拉力和小型涡扇发动机14的推力共同维持升力。

－在平飞阶段，飞行原理同常规飞机，由于高速飞行时，定距旋翼13桨盘面积大、效率较低，所以此时电动机停转，定距旋翼不再产生拉力，单人飞行器平飞需用推力全部由小型涡扇发动机14提供。

根据另一个具体实施例，所述电动机12由小型涡扇发动机14驱动的发电机（未显示）供电。根据一个进一步的实施例，所述发电机用于给所述电池15充电。

该实施例的保障驾驶员的工作和安全措施和第一实施例基本相同。

本发明的优点和效果包括：

1、总体布局采用无尾布局，可有效减小空气阻力，提高飞行速度。

2、同时兼顾直升机和固定翼飞机的优点，在高速平飞和低速悬停阶段，飞行器都可以保持较高的效率。

3、相比大多数垂直起降飞行器，无倾转机构，结构简单，可靠性强，成本低廉。

4、能在低速大迎角的情况下保持飞行器稳定可控，更加适合城市空域。

5、采用发动机连轴和全机开伞方式应对突发情况，安全性强。

Claims

1.一种具有垂直起降能力的单人飞行器，其特征在于包括：

机身（1），

机翼（2），

分别设在两侧机翼（2）上的旋翼（5，13），

分别设在两侧机翼（2）后缘的升降副翼（7），用于借助升降副翼（7）的偏转来实现滚转和俯仰的稳定和控制，

其中

在垂直起降阶段，所述单人飞行器头部朝上，采用尾坐方式起飞和/或降落，由旋翼（5）旋转产生的升力来克服重力，实现垂直起降。

2.根据权利要求1的单人飞行器，其特征在于

升降副翼（7）处于旋翼（5，13）的滑流区内，从而即使在飞行的速度很低时升降副翼（7）仍保持很高的舵面效率，保证单人飞行器具有足够的操纵力矩，以维持姿态，

其中

在由垂直起降到平飞和/或平飞到垂直起降的过渡阶段，通过偏转升降副翼（7）控制单人飞行器的姿态的变化。

3.根据权利要求2的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

边条翼（3），用于在所述过渡阶段保持单人飞行器有好的大迎角气动性能。

4.根据权利要求3的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

两台发动机（4），用于驱动所述旋翼，

其中

所述旋翼是变距旋翼（5），且在垂直起降阶段变距旋翼（5）采用较小桨距以获得足够的悬停效率，并通过调节变距旋翼（5）的桨距差维持航向稳定，

在所述过渡阶段，由单人飞行器运动产生的气动力和变距旋翼（5）旋转产生的拉力共同维持足够的升力，

在平飞阶段，飞行原理同常规飞机，由变距旋翼（5）旋转提供动力，且在平飞阶段变距旋翼（5）采用较大桨距，以提高飞行速度。

5.根据权利要求3的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

两台电动机（12），用于驱动所述旋翼，

设置在单人飞行器的机身尾部的小型涡扇发动机（14），用于在平飞阶段提供单人飞行器平飞所需的推力，

其中

所述旋翼是定距旋翼（13），用于在垂直起降阶段产生升力来克服重力，实现垂直起降，

在垂直起降阶段，通过调节定距旋翼（13）的转速差来维持航向稳定，

该垂直起降阶段，小型涡扇发动机（14）保持怠速运行，基本不产生推力，

在所述过渡阶段，由由单人飞行器运动产生的气动力、定距旋翼（13）旋转产生的拉力和小型涡扇发动机（14）的推力共同维持升力，

在平飞阶段的高速飞行时，电动机（12）停转，定距旋翼（13）不产生拉力，单人飞行器平飞所需推力全部由小型涡扇发动机（14）提供。

6.根据权利要求4的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

连动轴（6），用于将两台发动机（4）连轴。

7.根据权利要求5的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

连动轴（6），用于将两台电动机（12）连轴。

8.根据权利要求1－7之一的单人飞行器，其特征在于进一步包括：

起落架（8），

位于单人飞行器的机身中前段的透明座舱盖（11），

位于所述单人飞行器头部的降落伞舱（10），

设置在降落伞舱（10）内的降落伞（9），供飞行员逃生降落用，

其中

垂直起降阶段驾驶员为站立姿势，平飞阶段驾驶员为平趴姿势。

9.根据权利要求5的单人飞行器，其特征在于所述电动机由以下方式中的至少一种供电：电池，

小型涡扇发动机（14）驱动的发电机。

10.根据权利要求9的单人飞行器，其特征在于

所述发电机用于给所述电池充电。