CN103350624B - 螺旋翼推进式飞行汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋翼推进式飞行汽车，通过对螺旋翼推进式飞行汽车中独立多级式螺旋推进装置、车轮传动系统、车轮转向控制系统、图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统等结构和连接关系的独特设计，克服了现有技术中螺旋机翼巨大，只能采用固定翼、需要固定跑道、螺旋推进动力和精度不足、飞行图像采集不精确导致的控制误差大、飞行不稳定等技术难题；实现了一种体积小、实用性高、螺旋推进动力强、精度高、可远程控制的螺旋翼推进式结构直升飞行汽车。

Description

螺旋翼推进式飞行汽车

技术领域

本发明涉及汽车飞行设计控制模型技术领域，尤其涉及一种带有螺旋翼的飞行汽车，更具体的说涉及一种螺旋翼推进式飞行汽车。

背景技术

随着计算机技术、通信技术和电子技术的蓬勃发展，世界上对汽车飞行器的研究逐渐形成热潮，但仍处于设计概念阶段，许多技术问题仍很难解决。相对直升机而言，固定翼飞行器具有飞行效率高、飞行速度快、飞行距离远、系统结构简单、重量轻、成本与使用费低等优点，但固定翼飞行器也有自身不可避免的缺陷，那就是在起飞和降落时需要滑跑或者利用特殊的发射回收装置。

垂直起降技术使得飞行器具有集直升机与固定翼的性能、优点于一身的可能。目前应用较成功的垂直起降方案主要有：倾转旋翼式、倾转涵道式、倾转机身式和旋翼/机翼转换式。其中前两种方案中推力方向可绕机身横轴转动,而机身在飞行中基本保持水平，倾转机身式只能实现短距起降，旋翼/机翼转换式在水平飞行模式下旋翼停转，改为由螺旋桨或喷气等其它方式提供推力。这些方案均具有推力转换机构或动力装置复杂、附件质量大的缺点，不利于飞行器的轻小型化和飞行效率的提高。

尾坐式作为另一种垂直起降方案，应用较少。早期有波音公司的Heliwing，Heliwing需要达到一定高度具有速度才可以从垂直转为水平飞行，因而其飞行受到一些限制；而从垂直到水平的过渡飞行中还会伴有一个“失速翻滚”动作，这就给飞行带来了一定危险。最终首架Heliwing在飞行测试中的坠毁，使得该项目被取消。

现有的直升器只能在空中飞行，在地面上不能行驶，机动性能差，转向操作控制不灵敏，给用户带来许多不便，在途中特别是在路面上出现故障时难以应付，因此其使用范围仅限于军队、公安部门作战、运输及救援工作。美国专利申请US-9067622A公开了一种飞行车，是一种由自行车加上飞机制造技术，以达到既能在地面自跑又能在空中飞行的发明目的。但通过其专利申请说明书，我们找不到其具体的技术方案，由其说明书附图可以看出，该飞行车结构不合理，其主要重量集中自行车前轮，一旦发动机发生故障，又无防范措施，危险性很大。法国专利FR1265234公开了一种既可以在地面行驶又可以飞行的交通工具，但其结构形式较为单一，不能满足多用途的需要。

综合现有文献和现有相关技术的研究，本发明人发现目前国内外报道或实现的飞行汽车，基本都是固定翼，需要固定跑道，大大限制其应用场合。现有螺旋翼实现方法也基本处于理论阶段，且螺旋翼机翼巨大，不利于实际应用。没有一种可行的实现方法。

发明内容

本发明的目的是针对相关技术领域文献的现有技术的不足，在大量现有文献研究和本发明人长期飞行汽车研发实践的基础上，通过对螺旋翼推进式飞行汽车中独立多级式螺旋推进装置、车轮传动系统、车轮转向控制系统、图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统等结构和连接关系的独特设计，克服了现有技术中螺旋机翼巨大，只能采用固定翼、需要固定跑道、螺旋推进动力和精度不足、飞行图像采集不精确导致的控制误差大、飞行不稳定等技术难题，实现了一种体积小、实用性高、螺旋推进动力强、精度高、可远程控制的螺旋翼推进式结构直升飞行汽车。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种螺旋翼推进式飞行汽车，该螺旋翼推进式飞行汽车包括左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮、车身基体、四组独立多级式螺旋推进装置、两个车轮传动系统、两个车轮转向控制系统、三个图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统；其特征在于，所述左前转向轮、右前转向轮、左后驱动轮、右后驱动轮分别安装于上述车身基体的前后端的左右对称的位置，所述四组独立多级式螺旋推进装置分别安装于所述左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮的内部中央位置，所述两个车轮传动系统分别内置于所述左后驱动轮和所述右后驱动轮内底部中间位置，每个所述车轮传动系统包括动力装置和多个传动齿轮组，其中，所述左前转向轮和所述右前转向轮分别通过左前转向杆和右前转向杆与所述车身基体转动连接，所述两个车轮转向控制系统分别内置于上述左前转向杆和右前转向杆，且分别靠近所述左前转向轮和所述右前转向轮的一侧；所述三个图像拍摄装置安装于车身基体前部、尾部和底部；所述雷达探测感应装置分别安装在所述车身基体底部、尾部和两侧位置；所述信号接收发射装置内置于上述车身基体内部的前半部，所述远程通讯控制系统内置于上述车身基体内部的后半部；其中，所述信号接收发射装置内部依次置有信号接收单元、信号采集归类聚集单元、信号过滤单元、信号发射单元；所述远程通讯控制系统依次包括信号采集模块、信号处理模块、信号转换模块、信号传输模块、信号主控模块、信号发射模块。

其中，所述独立多级式螺旋推进装置包括螺旋轴、多个螺旋推进片、螺旋桨；其中，所述螺旋轴为均匀设有多个通气小孔的中空轴，所述多个螺旋推进片为多个椭圆形螺旋推进片，所述螺旋桨内外表面斜切出多个不平行的椭圆形固定槽，每两个不平行的椭圆形固定槽轴向夹角小于5度且大于3度，所述多个椭圆形螺旋推进片对应安装在上述椭圆形固定槽内，每个所述椭圆形螺旋推进片由多个分段材料构成，至少一个分段材料由玻璃纤维环氧树脂面板制备而成；每个所述图像拍摄装置内部从左至右依次包括左端摄像头元件、左端防振单元、图像信息接收单元、图像信息监测采集元件、图像信息转换单元、图像信息发射单元、右端防振单元、右端摄像头元件，其中，所述左端防振单元和所述右端防振单元都包括椭圆状环形弹性体、多个条形三角侧边摩擦支承体、角度定位薄膜，所述椭圆状环形弹性体上的表面均匀设有多个圆形凸起部，所述多个圆形凸起部置于所述条形三角侧边摩擦支承体内，所述角度定位薄膜固定在所述凸起部与所述条形三角侧边摩擦支承体之间。

其中，所述螺旋翼推进式飞行汽车还可包括左右两个机翼、前后两个垂直尾翼、整流罩；所述左右两个机翼对称安装在上述车身基体左右侧部，所述前后两个垂直尾翼对称安装在上述车身基体前后侧部，每个所述机翼外侧前端安装有滚转俯仰控制外弧形舵面和偏航控制内弧形舵面；每个所述垂直尾翼外侧前端安装有滚转俯仰控制内弧形舵面和偏航控制外弧形舵面。

本发明还具备的有益效果：

该直升飞行汽车可实现在地面上高速运动，可在空中飞行，越过障碍。螺旋翼所占空间小，机动性强。垂直起降方式，降低了对地面场地的要求，可应用于多种场合。本发明进一步实现远程控制系统，可以实现无人状态下远程勘探、空中运输等任务，拥有广阔的前景；相比现有技术：

一、大尺寸履带式车轮驱动，陆路行使具有很高速度和很强越野能力；

二、螺旋翼空间小，可实现小空间范围内起降，机动性强；

三、车轮和螺旋翼结合为一体，节省空间，制造方便；

四、能够实现飞行器的无人情况下远程操控。

附图说明

图1是本发明的一种螺旋翼推进式飞行汽车俯视的结构示意图.

其中：1为右前转向轮；2为左前转向轮；3为右后驱动轮；4为左后驱动轮；5为车身基体；6为螺旋推进片。

具体实施方式

下面结合图1和具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种螺旋翼推进式飞行汽车，该螺旋翼推进式飞行汽车包括左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮、车身基体、四组独立多级式螺旋推进装置、两个车轮传动系统、两个车轮转向控制系统、三个图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统；所述左前转向轮、右前转向轮、左后驱动轮、右后驱动轮分别安装于上述车身基体的前后端的左右对称的位置，所述四组独立多级式螺旋推进装置分别安装于所述左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮的内部中央位置，所述两个车轮传动系统分别内置于所述左后驱动轮和所述右后驱动轮内底部中间位置，每个所述车轮传动系统包括动力装置和多个传动齿轮组，其中，所述左前转向轮和所述右前转向轮分别通过左前转向杆和右前转向杆与所述车身基体转动连接，所述两个车轮转向控制系统分别内置于上述左前转向杆和右前转向杆，且分别靠近所述左前转向轮和所述右前转向轮的一侧；所述三个图像拍摄装置安装于车身基体前部、尾部和底部；所述雷达探测感应装置分别安装在所述车身基体底部、尾部和两侧位置；所述信号接收发射装置内置于上述车身基体内部的前半部，所述远程通讯控制系统内置于上述车身基体内部的后半部；其中，所述信号接收发射装置内部依次置有信号接收单元、信号采集归类聚集单元、信号过滤单元、信号发射单元；所述远程通讯控制系统依次包括信号采集模块、信号处理模块、信号转换模块、信号传输模块、信号主控模块、信号发射模块。

实施例2：

一种螺旋翼推进式飞行汽车，该螺旋翼推进式飞行汽车包括左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮、车身基体、四组独立多级式螺旋推进装置、两个车轮传动系统、两个车轮转向控制系统、三个图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统；所述左前转向轮、右前转向轮、左后驱动轮、右后驱动轮分别安装于上述车身基体的前后端的左右对称的位置，所述四组独立多级式螺旋推进装置分别安装于所述左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮的内部中央位置，所述两个车轮传动系统分别内置于所述左后驱动轮和所述右后驱动轮内底部中间位置，每个所述车轮传动系统包括动力装置和多个传动齿轮组，其中，所述左前转向轮和所述右前转向轮分别通过左前转向杆和右前转向杆与所述车身基体转动连接，所述两个车轮转向控制系统分别内置于上述左前转向杆和右前转向杆，且分别靠近所述左前转向轮和所述右前转向轮的一侧；所述三个图像拍摄装置安装于车身基体前部、尾部和底部；所述雷达探测感应装置分别安装在所述车身基体底部、尾部和两侧位置；所述信号接收发射装置内置于上述车身基体内部的前半部，所述远程通讯控制系统内置于上述车身基体内部的后半部；其中，所述信号接收发射装置内部依次置有信号接收单元、信号采集归类聚集单元、信号过滤单元、信号发射单元；所述远程通讯控制系统依次包括信号采集模块、信号处理模块、信号转换模块、信号传输模块、信号主控模块、信号发射模块。所述独立多级式螺旋推进装置包括螺旋轴、多个螺旋推进片、螺旋桨；其中，所述螺旋轴为均匀设有多个通气小孔的中空轴，所述多个螺旋推进片为多个椭圆形螺旋推进片，所述螺旋桨内外表面斜切出多个不平行的椭圆形固定槽，每两个不平行的椭圆形固定槽轴向夹角小于5度且大于3度，所述多个椭圆形螺旋推进片对应安装在上述椭圆形固定槽内，每个所述椭圆形螺旋推进片由多个分段材料构成，至少一个分段材料由玻璃纤维环氧树脂面板制备而成；每个所述图像拍摄装置内部从左至右依次包括左端摄像头元件、左端防振单元、图像信息接收单元、图像信息监测采集元件、图像信息转换单元、图像信息发射单元、右端防振单元、右端摄像头元件，其中，所述左端防振单元和所述右端防振单元都包括椭圆状环形弹性体、多个条形三角侧边摩擦支承体、角度定位薄膜，所述椭圆状环形弹性体上的表面均匀设有多个圆形凸起部，所述多个圆形凸起部置于所述条形三角侧边摩擦支承体内，所述角度定位薄膜固定在所述凸起部与所述条形三角侧边摩擦支承体之间。

实施例3：

一种螺旋翼推进式飞行汽车，该螺旋翼推进式飞行汽车包括左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮、车身基体、四组独立多级式螺旋推进装置、两个车轮传动系统、两个车轮转向控制系统、三个图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统；所述左前转向轮、右前转向轮、左后驱动轮、右后驱动轮分别安装于上述车身基体的前后端的左右对称的位置，所述四组独立多级式螺旋推进装置分别安装于所述左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮的内部中央位置，所述两个车轮传动系统分别内置于所述左后驱动轮和所述右后驱动轮内底部中间位置，每个所述车轮传动系统包括动力装置和多个传动齿轮组，其中，所述左前转向轮和所述右前转向轮分别通过左前转向杆和右前转向杆与所述车身基体转动连接，所述两个车轮转向控制系统分别内置于上述左前转向杆和右前转向杆，且分别靠近所述左前转向轮和所述右前转向轮的一侧；所述三个图像拍摄装置安装于车身基体前部、尾部和底部；所述雷达探测感应装置分别安装在所述车身基体底部、尾部和两侧位置；所述信号接收发射装置内置于上述车身基体内部的前半部，所述远程通讯控制系统内置于上述车身基体内部的后半部；其中，所述信号接收发射装置内部依次置有信号接收单元、信号采集归类聚集单元、信号过滤单元、信号发射单元；所述远程通讯控制系统依次包括信号采集模块、信号处理模块、信号转换模块、信号传输模块、信号主控模块、信号发射模块。所述独立多级式螺旋推进装置包括螺旋轴、多个螺旋推进片、螺旋桨；其中，所述螺旋轴为均匀设有多个通气小孔的中空轴，所述多个螺旋推进片为多个椭圆形螺旋推进片，所述螺旋桨内外表面斜切出多个不平行的椭圆形固定槽，每两个不平行的椭圆形固定槽轴向夹角小于5度且大于3度，所述多个椭圆形螺旋推进片对应安装在上述椭圆形固定槽内，每个所述椭圆形螺旋推进片由多个分段材料构成，至少一个分段材料由玻璃纤维环氧树脂面板制备而成；每个所述图像拍摄装置内部从左至右依次包括左端摄像头元件、左端防振单元、图像信息接收单元、图像信息监测采集元件、图像信息转换单元、图像信息发射单元、右端防振单元、右端摄像头元件，其中，所述左端防振单元和所述右端防振单元都包括椭圆状环形弹性体、多个条形三角侧边摩擦支承体、角度定位薄膜，所述椭圆状环形弹性体上的表面均匀设有多个圆形凸起部，所述多个圆形凸起部置于所述条形三角侧边摩擦支承体内，所述角度定位薄膜固定在所述凸起部与所述条形三角侧边摩擦支承体之间。所述螺旋翼推进式飞行汽车还可包括左右两个机翼、前后两个垂直尾翼、整流罩；所述左右两个机翼对称安装在上述车身基体左右侧部，所述前后两个垂直尾翼对称安装在上述车身基体前后侧部，每个所述机翼外侧前端安装有滚转俯仰控制外弧形舵面和偏航控制内弧形舵面；每个所述垂直尾翼外侧前端安装有滚转俯仰控制内弧形舵面和偏航控制外弧形舵面。

实施例4：

新型直升飞行汽车可简化包括车轮内置螺旋翼框架结构、机载控制系统、远程控制系统。所述框架结构包括大尺寸履带式车轮、独立螺旋翼推进器，其特征在于，大尺寸履带式车轮置于车前后两侧，独立螺旋推进器置于大尺寸履带式车轮内；

大尺寸履带式车轮，由后驱动车轮和前转向车轮两部分。驱动车轮通过动力系统、车轮传动系统，实现飞行汽车在陆地上的行使驱动；转向车轮通过转向控制系统实现行使方向的控制；驱动轮和转向轮具备刹车制动功能；

螺旋翼推进器之间独立工作，由主控系统各自分配动力，通过螺旋翼控制器之间的推力分配，实现飞行器的升降、方向操控；

大尺寸履带式车轮和螺旋推进器之间共用驱动系统，在行使模式和飞行模式下，通过主控系统完成驱动的自动切换；

本发明机载控制系统，包括人工操控设备、信号转换设备及机载主控系统。人工操控模式下，由人工操控设备，通过信号转换设备，将操控指令转换成主控系统识别的操控信号，控制飞行汽车；

进一步的，本发明飞行汽车还包括远程控制系统，所述远程控制系统包括安装于飞行汽车上的图像采集设备、图像信号处理器、机载无线信号收发设备、机载主控系统、飞行器控制器、地面无线信号收发设备及地面操控系统。远程控制系统通过地面无线信号收发设备实现远程图像收发、数据收发和控制信号的传输，机载无线信号收发设备将接收到的地面控制信号传输到飞行汽车内的主控系统，有主控系统发送指令到飞行器控制器，实现对飞行汽车的远程控制。通过上述远程控制系统，本发明飞行汽车可以实现无人状态下远程勘探、空中运输等任务。

实施例5：

新型直升飞行汽车同样可简化为前后四个履带式车轮，在具体应用中如有特殊需求，可以扩展到6个8个甚至更多，本发明以四轮飞行器为例。陆地形式模式下，后面两个为驱动轮，前面两个为转向轮，螺旋翼推进器螺旋桨为固定模式，无法转动，保证陆地行使的安全性。动力系统产生的动力，通过传动齿轮组驱动履带轮胎。转向轮在转向控制器控制下实现转向功能。

螺旋翼推进器四组独自工作，相邻螺旋桨之间旋转方向相反，控制系统分配不同的动力值实现飞行器的各种飞行控制。具体为：升降时，四组推进器获得相同的推力，飞行器平稳上升或降落。左转时，飞行器右边两组推进器获得比左边两组飞行器更大的推力，右转时则相反；前进时，后面两组推荐期比前面两组飞行器获得更大的推力，后退时则相反。

为实现安全和轻巧性能，车身主体采用高强度轻质量材料，车身蒙皮采用外纤维层、泡沫塑料夹芯复合材料；所述底盘采用玻璃纤维环氧树脂面板、聚氨脂夹芯复合材料。随着材料工艺不断改进，材料不局限于以上方式。

本发明中飞行器陆路行使和空中飞行，采用同一组动力装置，目前采用锂电动力方式，由控制系统根据人工或者自动操控指令，通过电子调速器，分配动力到驱动轮或螺旋翼推进器。

本发明的远程控制系统中，图像采集设备是飞行器的眼睛，由安装于飞行器前部和底部的两部高清高速摄像头、云台控制器组成，将采集到的视频信号经过信号处理器转换成适合传输的数字信号经过机载无线信号收发设备发送到地面控制端；机载无线信号收发设备将接收到的地面操控信号传输到飞行汽车内的主控系统，实现对飞行汽车的远程控制；机内无线收发设备同时能够收发图像信号，实现双向图像信号的传输。

飞行器车身底部、尾部及两侧装有雷达探测设备，在飞行模式启动时，雷达尾部及两侧雷达探测设备会自动监测周边一定距离内是否有影响飞行的人或物，当飞行器安全起降范围内有人或物时，系统会提示飞行前警告；飞行器底部雷达的作用是在飞行器着落过程中，提供精确离地距离参数，辅助降落。

本发明飞行汽车模型试验机已完成，并成功地进行陆地形式和飞行测试；本发明不仅适用于4轮的，6轮、8轮、对称结构的也一样适用。

本发明并不局限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形。这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种螺旋翼推进式飞行汽车，该螺旋翼推进式飞行汽车包括左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮、车身基体、四组独立多级式螺旋推进装置、两个车轮传动系统、两个车轮转向控制系统、三个图像拍摄装置、雷达探测感应装置、信号接收发射装置、远程通讯控制系统；其特征在于，所述左前转向轮、右前转向轮、左后驱动轮、右后驱动轮分别安装于上述车身基体的前后端的左右对称的位置，所述四组独立多级式螺旋推进装置分别安装于所述左后驱动轮、右后驱动轮、左前转向轮、右前转向轮的内部中央位置，所述两个车轮传动系统分别内置于所述左后驱动轮和所述右后驱动轮内底部中间位置，每个所述车轮传动系统包括动力装置和多个传动齿轮组，其中，所述左前转向轮和所述右前转向轮分别通过左前转向杆和右前转向杆与所述车身基体转动连接，所述两个车轮转向控制系统分别内置于上述左前转向杆和右前转向杆，且分别靠近所述左前转向轮和所述右前转向轮的一侧；所述三个图像拍摄装置安装于车身基体前部、尾部和底部；所述雷达探测感应装置分别安装在所述车身基体底部、尾部和两侧位置；所述信号接收发射装置内置于上述车身基体内部的前半部，所述远程通讯控制系统内置于上述车身基体内部的后半部；其中，所述信号接收发射装置内部依次置有信号接收单元、信号采集归类聚集单元、信号过滤单元、信号发射单元；所述远程通讯控制系统依次包括信号采集模块、信号处理模块、信号转换模块、信号传输模块、信号主控模块、信号发射模块。

2.根据权利要求1所述的螺旋翼推进式飞行汽车，其特征在于：所述独立多级式螺旋推进装置包括螺旋轴、多个螺旋推进片、螺旋桨；其中，所述螺旋轴为均匀设有多个通气小孔的中空轴，所述多个螺旋推进片为多个椭圆形螺旋推进片，所述螺旋桨内外表面斜切出多个不平行的椭圆形固定槽，每两个不平行的椭圆形固定槽轴向夹角小于5度且大于3度，所述多个椭圆形螺旋推进片对应安装在上述椭圆形固定槽内，每个所述椭圆形螺旋推进片由多个分段材料构成，至少一个分段材料由玻璃纤维环氧树脂面板制备而成；每个所述图像拍摄装置内部从左至右依次包括左端摄像头元件、左端防振单元、图像信息接收单元、图像信息监测采集元件、图像信息转换单元、图像信息发射单元、右端防振单元、右端摄像头元件，其中，所述左端防振单元和所述右端防振单元都包括椭圆状环形弹性体、多个条形三角侧边摩擦支承体、角度定位薄膜，所述椭圆状环形弹性体上的表面均匀设有多个圆形凸起部，所述多个圆形凸起部置于所述条形三角侧边摩擦支承体内，所述角度定位薄膜固定在所述凸起部与所述条形三角侧边摩擦支承体之间。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋翼推进式飞行汽车，其特征在于：所述螺旋翼推进式飞行汽车还可包括左右两个机翼、前后两个垂直尾翼、整流罩；所述左右两个机翼对称安装在上述车身基体左右侧部，所述前后两个垂直尾翼对称安装在上述车身基体前后侧部，每个所述机翼外侧前端安装有滚转俯仰控制外弧形舵面和偏航控制内弧形舵面；每个所述垂直尾翼外侧前端安装有滚转俯仰控制内弧形舵面和偏航控制外弧形舵面。