CN103303083B - 用于载具的航行系统、具有该航行系统的载具和飞行汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于载具的航行系统、具有该航行系统的载具和飞行汽车，该飞行汽车包括车体和在车体上设置的升力系统和动力系统，升力系统包括位于车体前后的前升力风扇和后升力风扇，其中，前升力风扇和后升力风扇的旋向相反，升力系统还包括关于车体的宽度中心对称设置的左调节风扇和右调节风扇，前升力风扇的下方和后升力风扇的下方分别设有沿车体纵向延伸并且可操作的矢量导风板。在本发明的飞行汽车中，通过控制矢量导风板，可控制汽车在飞行时的方向和防止车体自旋，通过调节左、右调节风扇的转速或桨距，可调节车辆在空中平衡、防止侧翻、滚转。

Description

用于载具的航行系统、具有该航行系统的载具和飞行汽车

技术领域

本发明涉及一种用于载具的航行系统、具有该航行系统的载具和飞行汽车。

背景技术

飞行汽车是一种新概念交通工作，在路况较好的情况下，作为汽车在路面上行驶，在遇到障碍物时可暂时越障碍飞行。

中国实用新型专利ZL200920053565.0提出了一种双涵道螺旋桨可垂直起降飞行器的技术构想，其包括车体和在车体前方、后方分别设置的涵道螺旋桨，并且使两个螺旋桨的旋转方向相反。

在理论上，当两个螺旋桨产生的扭矩相同时飞行器不会旋转，当飞行器的重心位于前后螺旋桨的中心连线上时飞行器不会产生滚转。然而在实践过程中，两个螺旋桨产生的扭矩很难匹配使之完全相同，飞行器的中心很难与前后螺旋桨的中心连线重合，飞行过程中飞行器在原地旋转；并且当飞行器的重心不在两个螺旋桨的之间的连线上时，会造成飞行器侧翻。因而，上述技术构想难以付诸实践。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞行汽车，以解决现有双涵道螺旋桨飞行器在飞行时可能产生的原地打转和侧翻的问题。本发明的目的还在于提供一种用于载具的航行系统和具有该航行系统的载具。

为此，本发明提供了一种飞行汽车，包括车体和在车体上设置的升力系统和动力系统，升力系统包括位于车体前后两侧的前升力风扇和后升力风扇，其中，前升力风扇和后升力风扇的旋向相反，升力系统还包括关于车体的宽度中心对称设置的左调节风扇和右调节风扇，前升力风扇的下方和后升力风扇的下方分别设有沿车体纵向延伸并且可操作的矢量导风板。

进一步地，上述动力系统包括发动机及向左调节风扇、右调节风扇提供动力的液压驱动系统，其中，前升力风扇和后升力风扇在飞行模式时与发动机机械传动连接并且在行走模式时断开，液压驱动系统的液压泵与发动机机械传动连接。

进一步地，上述发动机与前升力风扇之间的传动路径上设有第一同步器，发动机与后升力风扇之间的传动路径上还设有第二同步器。

进一步地，上述发动机与前升力风扇之间的传动路径上还设有第一减速器，发动机与后升力风扇之间的传动路径上还设有第二减速器。

进一步地，上述发动机为燃气轮机。

进一步地，上述燃气轮机的进气口位于车体的顶部。

进一步地，上述前升力风扇和后升力风扇分别包括涵道和位于涵道中的变距螺旋桨。

进一步地，上述左调节风扇和右调节风扇分别包括涵道和位于涵道中的螺旋桨。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于载具的航行系统，该航行系统包括位于载具本体前后的前升力风扇和后升力风扇，其中，前升力风扇和后升力风扇的旋向相反，航行系统还包括设置在载具本体上的用于调节载具本体横向平衡的左调节风扇和右调节风扇和仅设置在前升力风扇的下方或仅设置在后升力风扇的下方的用于产生纵向偏转力矩的矢量导风板。

进一步地，上述矢量导风板的延伸方向与车体纵向呈夹角设置。

进一步地，上述夹角为-45°～45°。

进一步地，上述左调节风扇和右调节风扇分别包括涵道和位于涵道中的变桨距螺旋桨。

进一步地，上述前升力风扇的下方和/或后升力风扇的下方设置的矢量导风板的数量为多个，多个矢量导风板呈一字型排列和/或平行间隔排列。

本发明还提供了一种载具，该载具本体上设置有根据上面所描述的用于载具的航行系统。

进一步地，上述载具为飞行汽车，载具本体为车体。

进一步地，上述载具还包括动力系统，动力系统包括发动机及向左调节风扇和右调节风扇提供动力的液压驱动系统，其中，前升力风扇和后升力风扇在飞行模式时与发动机机械传动连接并且在行走模式时断开，液压驱动系统的液压泵与发动机机械传动连接。

进一步地，上述发动机为燃气轮机。

在本发明的飞行汽车中，在前升力风扇的下方和/或后升力风扇的下方设有矢量导风板，通过控制矢量导风板，不仅可防止车体自旋，而且还可控制汽车在飞行时的方向，通过调节左、右调节风扇的转速或桨距，可调节车辆在空中的平衡、防止侧翻、滚转。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1是根据本发明的飞行汽车的平面布局示意图；

图2是根据本发明的飞行汽车的侧面示意图；

图3是根据本发明的飞行汽车的立体布局示意图；

图4是根据本发明的飞行汽车的矢量导风板的调节原理示意图；

图5是根据本发明的飞行汽车的发动机与前后升力风扇之间的动力传递关系；以及

图6是根据本发明的飞行汽车的动力系统的示意图。

附图标记说明

1、前升力风扇；2、车体；

3、驾驶室；4、进气口；

5、右调节风扇；6、左调节风扇；

7、后升力风扇；8、矢量导风板；

9、第一减速器；10、车轮；

11、发动机；12、第二减速器；

13、矢量导风板；14、前涵道；

15、后涵道；16、前万向联轴节；

17、第一同步器；18、第二同步器；

19、后万向联轴节；20、附件传动装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1至图3示出了根据本发明的飞行汽车的结构示意图。如图1至图3所示，本飞行汽车包括车体2、在车体2上设置的升力系统、以及动力系统。

升力系统包括位于车体2前后两侧的前升力风扇1和后升力风扇7，其中，该前升力风扇1和后升力风扇7的旋向相反，且在前升力风扇1的下方和后升力风扇7的下方设有沿车体纵向延伸的矢量导风板8和13；升力系统还包括关于车体2的宽度中心对称设置的左调节风扇6和右调节风扇5。前升力风扇1和后升力风扇7提供主升力，左调节风扇6和右调节风扇5提供维持车体2平衡的辅助升力。

前升力风扇1由置于前涵道14中的变距螺旋桨构成，后升力风扇7由置于后涵道15中的变距螺旋桨构成，通过改变桨叶角，可使发动机恒功率的情况下调节前升力风扇1和后升力风扇7的升力。

在本实施例中，左调节风扇6和右调节风扇5位于前后升力风扇之间的间隔位置，在其他实施例中，左调节风扇6和右调节风扇5可以设置在后升力风扇7的后部或者前升力风扇7的前部，并且同样地关于车体2的宽度中心对称设置。驾驶室3位于左调节风扇6和右调节风扇5的前方，实现驾驶。

图4是根据本发明的飞行汽车的矢量导风板的调节原理示意图。如图4所示，垂直于纸面的方向为车体的纵向，即从车头至车尾所在轴线的方向，前涵道14的下方设有矢量导风板8，该矢量导风板8在垂直于纸面的方向上延伸，并且沿垂直于纸面的轴线可操作偏转，在图4中所示的位置，矢量导风板在下向的气流作用下对机体产生一偏转力矩，以在飞行过程中调节飞行方向并防止自旋。

在飞行状态下，通过对前后升力风扇1和7、左右调节风扇5和6、和矢量导风板8和13的控制，实现对飞行汽车的自身平衡、前进、后退、转向的控制与调节。其中，左右调节风扇5和6通过改变转速可调节车体的平衡，防止侧翻、滚转；矢量导风板8和13控制汽车的方向，并可防止车体围绕垂直轴自旋；当降低前升力风扇1升力，增加后升力风扇7升力时，车辆实现前进；当增加前升力风扇1升力，降低后升力风扇7升力时，车辆实现减速并后退。

根据本发明的一实施例中，前升力风扇和后升力风扇的额定升力分别在6～15KN之间，左调节风扇和右调节风扇的升力在100～3000N之间。

本发明的飞行汽车可实现垂直起落，故对起飞地形平整度的要求低。

图5和图6示出了根据本发明的飞行汽车的动力系统的布局示意图。如图5至图6所示，动力系统包括发动机11及向左调节风扇6、右调节风扇5和车轮10提供动力的液压驱动系统，其中，前升力风扇1和后升力风扇7在飞行模式时与发动机11机械传动连接，并且在行走模式时与发动机11断开连接，液压驱动系统的液压泵与发动机11机械传动连接。

具体地，动力系统包括：发动机11，在发动机11和前升力风扇1之间的第一传动路径上设置的附件传动装置20、与附件传动装置20相连的第一同步器17、以及通过前万向联轴节16与第一同步器17相连的第一减速器9，在发动机11和后升力风扇7之间的第二传动路径上设置的第二同步器18、以及通过后万向联轴节19与第二同步器18相连的第二减速器12。

第一减速器9实现90°变向传动，以向前升力风扇1的竖直桨轴提供旋转动力，第二减速器12也实现90°变向传动，以向后升力风扇7的竖直桨轴提供旋转动力。

发动机选择为额定功率在50～600KW之间的航空燃气轮机，其具有体积小、重量轻、功率大的优点。燃气轮机的进气口4设置在车体2的顶部。

如图6所示，动力系统还包括液压驱动系统，该液压驱动系统的动力取自附件传动装置20，用于带转前升力风扇1、带转后升力风扇7、驱动左调节风扇6、驱动右调节风扇5、以及驱动车体的车轮10。具体地，液压驱动系统包括与附件传动装置20连接的主液压泵、驱动前升力风扇1的带转马达、驱动后升力风扇7的带转马达、驱动左调节风扇6的驱动马达、驱动右调节风扇5的驱动马达、以及驱动车体2的车轮10转动的若干驱动马达的转动提供高压油源，上述各带转马达和各驱动马达均为液压马达。

地面行驶模式下的传动方案：在地面行驶模式下，各同步器处于断开状态（断开发动机与升力风扇的连接）。发动机以恒转速向前输出动力，前输出动力通过附件传动装置传递给主液压泵，主液压泵产生高压液压油，提供给液压马达，以驱动车轮转动。通过改变高压液压油的流量，可控制各液压马达的转速，以实现无极变速。

飞行模式下的传动方案：在飞行模式下,各同步器处于接通状态。发动机以恒转速向前、后两个方向输出动力，前输出动力通过附件传动装置、第一同步器和前万向联轴节传递给第一减速器，通过减速达到适当的转速驱动前升力风扇，产生升力；后输出动力通过第二同步器、后万向联轴节传递给第二减速器，通过减速达到适当的转速驱动后升力风扇，产生升力；左调节风扇和右调节风扇分别通过驱动马达驱动产生平衡所需的升力。

地面行驶模式和飞行模式的切换：在发动机不停车的情况下，由地面行驶模式切换到飞行模式下，首先由带转马达分别带动前升力风扇和后升力风扇转动，当达到适当的转速后，将第一同步器和第二同步器结合，将发动机动力传递给前升力风扇和后升力风扇，与此同时打开液压油通往驱动马达，驱动左调节风扇和右调节风扇产生车体平衡所需的升力，实现飞行。飞行模式切换到地面行驶模式与上述过程相反。

在上述实施例中，左调节风扇6和右调节风扇5关于车体2的宽度中心对称设置。然而在后续研发过程中，发明人发现，左调节风扇6和右调节风扇5无需关于车体2的宽度中心对称设置，优选地，左调节风扇6和/或右调节风扇5相对于车体2的宽度中心的距离可调，从而可在升力不变的情况下调节平衡力矩，保证车体横向平衡。

在上述实施例中，矢量导风板8和13沿车体纵向延伸，然而在后续研发过程中，发明人发现，矢量导风板无需沿车体纵向设置，优选地，矢量导风板8和13的长度方向相对于车体纵向呈夹角设置，从-45°至45°，例如-45°～10°或10°～45°，随着夹角的增加，可降低矢量导风板在调节时对整个车身姿态的扰动。

在上述实施例中，前升力风扇1和后升力风扇7均设有矢量导风板。然而在后续研发过程中，发明人发现，无需在前升力风扇1和后升力风扇7的下方设置矢量导风板，优选地，仅在前升力风扇1的下方或仅在后升力风扇7的下方设置矢量导风板，如此在能够防止车体自旋的同时，还可以简化控制结构。

在上述实施例中，矢量导风板8和13分别包括多个，这些矢量导风板平行间隔排列。然而在后续研发过程中，发明人发现，这些矢量导风板无需平行间隔排列，优选地，多个矢量导风板呈一字型排列，如此减少了平行间隔排列的矢量导风板在调节时相互之间的气流干扰，通过各矢量导风板的偏转方向，在车体转弯时实现对转弯力矩的较精确控制。

需要指出的是，上述升力系统和矢量导风板的作用组合在一起，构成了具有独立飞行功能的航行系统，从而可用于不同用途的载具中以提供飞行功能，该航行系统包括位于载具本体前后两侧的前升力风扇和后升力风扇，其中，前升力风扇和后升力风扇的旋向相反，航行系统还包括设置在载具本体上的用于调节载具本体横向平衡的左调节风扇和右调节风扇和设置在前升力风扇的下方/或后升力风扇的下方的用于产生纵向偏转力矩的矢量导风板。

上述载具包括但不限于陆空两栖载具和海空两栖载具，该陆空两栖载具包括但不限于道路行驶载具和雪地行驶载具。该道路行驶载具通常也称为飞行汽车，作为航行系统的典型应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种飞行汽车，包括车体(2)和在所述车体(2)上设置的升力系统和动力系统，所述升力系统包括位于车体(2)前后两侧的前升力风扇(1)和后升力风扇(7)，其中，所述前升力风扇(1)和所述后升力风扇(7)的旋向相反，其特征在于，所述升力系统还包括关于所述车体(2)的宽度中心对称设置的左调节风扇(6)和右调节风扇(5)，所述左调节风扇(6)和右调节风扇(5)位于所述前升力风扇(1)和后升力风扇(7)之间的间隔位置，所述左调节风扇和所述右调节风扇用于调节车体横向平衡；

所述前升力风扇(1)的下方和后升力风扇(7)的下方分别设有沿所述车体(2)纵向延伸并且可操作的矢量导风板(8；13)，车体的纵向即从车头至车尾所在轴线的方向，矢量导风板(8；13)在下向的气流作用下对机体产生一偏转力矩，以在飞行过程中调节飞行方向并防止自旋；

多个矢量导风板(8；13)呈一字型排列，以减少了平行间隔排列的矢量导风板(8；13)在调节时相互之间的气流干扰，通过各矢量导风板的偏转方向，在车体转弯时实现对转弯力矩的精确控制。

2.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述动力系统包括发动机(11)及向所述左调节风扇(6)和所述右调节风扇(5)提供动力的液压驱动系统，其中，所述前升力风扇(1)和后升力风扇(7)在飞行模式时与所述发动机(11)机械传动连接并且在行走模式时断开，所述液压驱动系统的液压泵与所述发动机(11)机械传动连接。

3.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述发动机(11)与所述前升力风扇(1)之间的传动路径上设有第一同步器(17)，所述发动机(11)与所述后升力风扇(7)之间的传动路径上还设有第二同步器(18)。

4.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述发动机(11)与所述前升力风扇(1)之间的传动路径上还设有第一减速器(9)，所述发动机(11)与所述后升力风扇(7)之间的传动路径上还设有第二减速器(12)。

5.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述发动机(11)为燃气轮机。

6.根据权利要求5所述的飞行汽车，其特征在于，所述燃气轮机的进气口(4)位于所述车体(2)的顶部。

7.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述前升力风扇(1)和所述后升力风扇(7)分别包括涵道和位于所述涵道中的变距螺旋桨。

8.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述左调节风扇(6)和所述右调节风扇(5)分别包括涵道和位于所述涵道中的螺旋桨。

9.一种用于载具的航行系统，其特征在于，所述航行系统包括位于载具本体前后的前升力风扇(1)和后升力风扇(7)，其中，所述前升力风扇(1)和所述后升力风扇(7)的旋向相反，所述航行系统还包括设置在所述载具本体上的用于调节所述载具本体横向平衡的左调节风扇(6)和右调节风扇(5)和用于产生纵向偏转力矩的矢量导风板(8；13)，所述矢量导风板(8；13)设置在所述前升力风扇(1)的下方和后升力风扇(7)的下方，或者仅设置在所述前升力风扇(1)的下方，或者仅设置在后升力风扇(7)的下方，车体的纵向即从车头至车尾所在轴线的方向，矢量导风板(8；13)在下向的气流作用下对机体产生一偏转力矩，以在飞行过程中调节飞行方向并防止自旋；所述左调节风扇(6)和右调节风扇(5)位于所述前升力风扇(1)和后升力风扇(7)之间的间隔位置；多个矢量导风板(8；13)呈一字型排列，以减少了平行间隔排列的矢量导风板(8；13)在调节时相互之间的气流干扰，通过各矢量导风板的偏转方向，在车体转弯时实现对转弯力矩的精确控制。

10.根据权利要求9所述的用于载具的航行系统，其特征在于，所述矢量导风板(8；13)的延伸方向与所述载具本体纵向呈夹角设置。

11.根据权利要求10所述的用于载具的航行系统，其特征在于，所述夹角为-45°～45°。

12.根据权利要求10所述的用于载具的航行系统，其特征在于，所述左调节风扇(6)和所述右调节风扇(5)分别包括涵道和位于所述涵道中的变桨距螺旋桨。

13.一种载具，其特征在于，所述载具本体上设置有根据权利要求10至12中任一项所述的用于载具的航行系统。

14.根据权利要求13所述的载具，其特征在于，所述载具为飞行汽车，所述载具本体为车体。

15.根据权利要求13所述的载具，其特征在于，还包括动力系统，所述动力系统包括发动机(11)及向所述左调节风扇(6)和所述右调节风扇(5)提供动力的液压驱动系统，其中，所述前升力风扇(1)和后升力风扇(7)在飞行模式时与所述发动机(11)机械传动连接并且在行走模式时断开，所述液压驱动系统的液压泵与所述发动机(11)机械传动连接。

16.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，所述发动机(11)为燃气轮机。