CN104176243A - 可连续变倾角的飞行器升力产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连续变倾角的飞行器升力产生装置，用于解决现有增升装置增升效率低的技术问题。技术方案是包括平直翼、支架、主驱动轮、主导轨、伺服电机、同步带驱动轮、同步带、固定梁、主固定梁、上主滑道、下主滑道、调节杆和伺服电机齿轮。主驱动轮、同步带驱动轮固定在支架的两端并且相互啮合，上、下主滑道连接在主导轨的可活动部分上，主导轨通过固定梁固定在支架上，调节杆一端固定在平直翼上，另一端在上、下主滑道内滑动，伺服电机固定在主固定梁上，伺服电机齿轮分别与上、下主滑道的齿条啮合，提高了飞机在不同环境下的增升效率。

Description

可连续变倾角的飞行器升力产生装置

技术领域

本发明涉及一种飞行器升力产生装置，特别是涉及一种可连续变倾角的飞行器升力产生装置。

背景技术

飞机类飞行器主要使用固定翼或者螺旋桨提供升力。为了满足飞机起飞阶段或垂直起降等情况需要增加额外升力的要求，较多采用螺旋桨(升力风扇)提供升力。螺旋桨通过扇叶围绕中间的轴进行旋转，产生上下表面的压差，进而提供升力。

参照图11。文献“申请公布号为CN103448910A的中国专利”公开了一种可垂直起降的高速飞行器。该高速飞行器上的升力风扇利用扇叶的旋转产生升力。升力风扇包括风扇、盖板和导流叶栅，其中导流叶栅不能移动，只起到导流的作用。

螺旋桨相对固定翼而言效率低，而固定翼固定在飞机机身上，相对于飞机机身不动，固定翼相对气流速度等同于飞机机身相对气流速度，无法提供高于飞机机身的相对气流速度，故普通飞机机翼而言无法提供更大升力，尤其在低速阶段。而垂直起降时飞机与气流相对速度基本为零，即固定翼几乎无法提供升力。

螺旋桨类装置作为垂直起降装置，固定的螺旋桨等产生升力效率比较不如固定翼高，其尺寸和转速收到转轴和桨叶端点速度的限制，可提供的升力受到限制较大，且提供升力同时可以提供前进的动力较小。螺旋桨类装置作为增升装置其本身质量较大，不利于飞机减重。

发明内容

为了克服现有增升装置增升效率低的不足，本发明提供一种可连续变倾角的飞行器升力产生装置。该装置包括平直翼、支架、主驱动轮、主导轨、伺服电机、同步带驱动轮、同步带、固定梁、主固定梁、上主滑道、下主滑道、调节杆和伺服电机齿轮。主驱动轮、同步带驱动轮固定在支架的两端并且相互啮合，上、下主滑道连接在主导轨的可活动部分上，主导轨通过固定梁固定在支架上，调节杆一端固定在平直翼上，另一端在上、下主滑道内滑动，伺服电机固定在主固定梁上，伺服电机齿轮分别与上、下主滑道的齿条啮合，提高了飞机在不同环境下的增升效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可连续变倾角的飞行器升力产生装置，其特点是包括平直翼、支架、主驱动轮、主导轨、伺服电机、同步带驱动轮、同步带、固定梁、主固定梁、上主滑道、下主滑道、调节杆和伺服电机齿轮。整个装置通过支架直接安装在飞机上，主驱动轮和同步带驱动轮通过轴固定在支架上，主驱动轮有一对，与左侧两个同步带驱动轮啮合一起，用于驱动左侧两个同步带驱动轮转动，进而驱动同步带，主驱动轮通过外部设备进行驱动，同步带驱动轮有两组共十二个，一根同步带环绕在一组同步带驱动轮上。

每个平直翼由左右两个支撑杆固定在同步带上，每一个平直翼固定有一调节杆，调节杆由垂直杆和水平杆组成，其中调节杆上的竖直杆固定在平直翼中，调节杆的水平杆在主滑道中滑动。

固定梁一端通过螺栓安装在支架上，主导轨通过螺栓安装在固定梁另一端上。

主固定梁两端通过螺栓安装在支架上，处于支架正中间，主固定梁中间加工有四个直线轴承孔，用于使主滑道的主导轨之能沿着直线轴承孔上下平移，一个伺服电机安装在主固定梁上方，伺服电机轴上固定一个伺服电机齿轮，与上主滑道的齿条形成啮合关系，一个伺服电机安装在主固定梁的下方，伺服电机轴上固定一个伺服电机齿轮，与下主滑道的齿条形成啮合关系。即位于上方的伺服电机控制上主滑道的上下移动，位于下方的伺服电机控制下主滑道的上下移动。

上主滑道和下主滑道之间形成嵌套关系。上主滑道、下主滑道与主导轨之间形成直线滑动关系，当位于主固定梁上的两个伺服电机工作时，驱动伺服电机齿轮转动，进而使伺服齿轮驱动上主滑道或下主滑道齿条上下运动，带动主滑道上下移动。

同步带中打有等间距的小孔，平直翼的两圆柱形控制轴一端固定在同步带的孔上。平直翼随着同步带的移动而移动，调节杆上的垂直杆固定在平直翼中，调节杆的水平杆两端卡在主滑道内，能沿着主滑道运动。伺服电机工作，带动伺服电机齿轮转动，伺服电机齿轮沿着竖直方向的齿条上下移动，此时主滑道上齿条与伺服电机齿轮的相对位置关系发生变化，与齿条固定连接的主滑道就会上下移动，通过控制主滑道上下移动来时调节杆上水平杆上下移动来控制调节杆上水平杆的位置，进而控制平直翼中安装调节杆的那一点的位置，然后平直翼绕着控制轴转动，从而改变其倾斜角度。

当装置作为增升装置，运动到下侧的平直翼直接取代部分飞机机翼的下表面直接接触来流，而其他的平直翼在飞机机翼的内部。

当运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼均保持水平状态，用于飞机停飞和巡航状态，并且保证机翼下表面正好完全封闭，此时运动到下侧的平直翼作为机翼的下表面。当运动到下侧的平直翼处于正偏转角状态，运动到上侧的平直翼呈现某一转角维持整个装置中气流稳定；主驱动轮转动，通过啮合关系驱动同步带驱动轮转动，使同步带保证一定的运动速度；同步带的转动带动平直翼平移，保证其平移方向与空气来流方向相反，此时运动到下侧的平直翼偏角产生较原翼面部分更大的攻角；利用运动到下侧的平直翼的平移使平直翼相对来流有着更大的攻角，且相对来流有着更大的速度，继而获到更大的升力。

当装置作为垂直起降装置，运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼直接接触来流，而运动到左侧和右侧的平直翼在飞机机翼的内部。

本发明的有益效果是：该装置用平移式平直翼代替传统的升力风扇，作为增升装置时，平直翼可以提供较原翼更大的攻角，相对来流更大的相对速度，即产生更大的动压，故能够提供更大的升力，伺服电机驱动上主滑道、下主滑道上下移动，改变运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼的倾斜角度，提供不同大小的升力，便于维持稳定的气流，使平直翼始终处于高效状态。此外，平直翼与螺旋桨叶相比产生升力的效率高，并且平直翼在更高的运动速度下仍然可以产生升力，而螺旋桨叶受速度限制产生的升力有限，因此该装置提高了飞机在不同环境下的增升效率。

作为垂直起降装置时，装置中平直翼随着同步带转动而转动，可以不借助飞机的运动，其本身可产生相对于空气的速度和攻角，即可产生升力，伺服电机驱动上主滑道、下主滑道上下移动，可以改变运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼的倾斜角度，可以使运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼同时处于高效状态，且产生正升力。直机翼的效率高于螺旋桨，改传统的升力风扇为平移式平直翼，通过平直翼循环的平移增大效率，故可使用本装置作为高效的垂直起降装置，提高了飞机在不同环境下的增升效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明可连续变倾角的飞行器升力产生装置的轴测图。

图2是本发明可连续变倾角的飞行器升力产生装置的正视图。

图3是本发明可连续变倾角的飞行器升力产生装置的俯视图。

图4是可连续变倾角的飞行器升力产生装置上主滑道和下主滑道的放大图。

图5是可连续变倾角的飞行器升力产生装置上主滑道的轴测放大图。

图6是可连续变倾角的飞行器升力产生装置上主滑道与下主滑道接触部分放大示意图。

图7是运动到上侧的平直翼相对支架倾角为-20度，以及运动到下侧的平直翼相对支架倾角为-9度时去除支架后装置的正视图。

图8是运动到上侧的平直翼相对支架倾角为0度，以及运动到下侧的平直翼相对支架倾角为0度时去除支架后装置的正视图。

图9是运动到上侧的平直翼相对支架倾角为0度，以及运动到下侧的平直翼相对支架倾角为20度时去除支架后装置的正视图。

图10是运动到上侧的平直翼且相对支架倾角为9度，以及运动到下侧的平直翼且相对支架倾角为20度时去除支架后装置的正视图。

图11是背景技术中可垂直起降的高速飞行器的示意图。

图中，1-栅格翼，2-支架，3-主驱动轮，4-主导轨，5-伺服电机，6同步带驱动轮，7-同步带，8-固定梁，9-主固定梁，10-上主滑道，11-下主滑道，12-调节杆，13-伺服电机齿轮，14-机身，15-升力风扇，16-盖板，17-叶栅，18-主机翼，19-水平尾翼，20-边矩螺旋桨，21-垂直尾翼。

具体实施方式

以下实施例参照图1～10。

本发明可连续变倾角的飞行器升力产生装置包括平直翼1、支架2、主驱动轮3、主导轨4、伺服电机5、同步带驱动轮6、同步带7、固定梁8、主固定梁9、上主滑道10、下主滑道11、调节杆12和伺服电机齿轮13，上主滑道和下主滑道均属于主滑道。

整个装置通过支架2直接安装在飞机上，主驱动轮3和同步带驱动轮6通过轴固定在支架2上，主驱动轮3有一对，与左侧两个同步带驱动轮6啮合一起，用于驱动左侧两个同步带驱动轮6转动，进而驱动同步带7，主驱动轮3通过外部设备进行驱动，同步带驱动轮6有两组共十二个，同步带7有两根，每根环绕在每组同步带驱动轮6上，同步带7的运动方向应满足下平直翼的平移方向与来流方向相反。

平直翼1上两个圆柱形控制轴固定在同步带7中，每一片平直翼1固定有一调节杆12，调节杆12由垂直杆和水平杆组成，其中调节杆12上的竖直杆固定在平直翼1中，调节杆12的水平杆在上主滑道中滑动。

固定梁8一端通过螺栓安装在支架2上，主导轨4通过螺栓安装在固定梁8另一端上。

主固定梁9两端通过螺栓安装在支架2上，处于支架2正中间，主固定梁9中间加工有四个直线轴承孔，用于使主滑道的主导轨4之能沿着直线轴承孔上下平移，一个伺服电机5安装在主固定梁9上方，伺服电机5轴上固定一个伺服电机齿轮13，与上主滑道10的齿条形成啮合关系，一个伺服电机5安装在主固定梁9的下方，伺服电机5轴上固定一个伺服电机齿轮13，与下主滑道11的齿条形成啮合关系。即位于上方的伺服电机5控制上主滑道10的上下移动，位于下方的伺服电机5控制下主滑道11的上下移动。

上主滑道10和下主滑道11之间形成嵌套关系。上主滑道10、下主滑道11与主导轨4之间形成直线滑动关系，当位于主固定梁9上的两个伺服电机5工作时，驱动伺服电机齿轮13转动，进而使伺服齿轮驱动上主滑道10或下主滑道11的齿条上下运动，带动主滑道上下移动。

机构的原理如下：同步带7中打有等间距的小孔，平直翼1的两圆柱形控制轴一端固定在同步带7的孔上。平直翼1随着同步带7的移动而移动，调节杆12上的垂直杆固定在平直翼1中，调节杆12的水平杆两端卡在主滑道内，可沿着主滑道运动。伺服电机5工作，带动伺服电机齿轮13转动，伺服电机齿轮13沿着竖直方向的齿条上下移动，此时主滑道上齿条与伺服电机齿轮16的相对位置关系发生变化，与齿条固定连接的主滑道就会上下移动，通过控制主滑道上下移动来时调节杆12上水平杆上下移动来控制调节杆12上水平杆的位置，进而控制平直翼1中安装调节杆12的那一点的位置，然后平直翼1绕着控制轴转动，从而改变其倾斜角度。

当装置作为增升装置，运动到下方的平直翼1直接取代飞部分机机翼的下表面直接接触来流，而其他的平直翼1在飞机机翼的内部。

当运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1均保持水平状态，可以用于飞机停飞和巡航等状态，并且可以保证机翼下表面正好完全封闭，此时运动到下侧的平直翼1作为机翼的下表面。当运动到下侧的平直翼1处于正偏转角状态，运动到上侧的平直翼1可以呈现一定的转角可维持整个装置中气流稳定；主驱动轮3转动，通过啮合关系驱动同步带驱动轮6转动，使同步带7保证一定的运动速度；同步带7的转动带动平直翼1平移，保证其平移方向与空气来流方向相反，此时运动到下侧的平直翼1的偏角产生较原翼面部分更大的攻角；利用运动到下侧的平直翼1的平移使栅格翼1相对来流有着更大的攻角，且相对来流有着更大的速度，继而可以获到更大的升力。

当装置作为垂直起降装置，运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1直接接触来流，而运动到左侧的平直翼1和运动到右侧的平直翼1在飞机机翼的内部。

当运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1均保持水平状态，可以用于飞机停飞状态。当运动到下侧的平直翼1处于正偏转角状态，运动到上侧的平直翼1亦呈现一定的正偏转角，主驱动轮3转动，通过啮合关系驱动同步带驱动轮6转动，使同步带7保证一定的运动速度；同步带7的转动带动平直翼1平移，此时运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1较空气可以产生一定的正攻角；而且运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1的平移使运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1相对空气有一定正速度，故运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1可以产生升力。当运动到下侧的平直翼1处于负偏转角状态，运动到上侧的平直翼1亦呈现一定的负偏转角，主驱动轮3转动，通过啮合关系驱动同步带驱动轮6转动，使同步带7保证一定的运动速度；同步带7的转动带动平直翼1平移，此时运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1较空气可以产生一定的负攻角；而且运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1的平移使运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1相对空气有一定正速度，故运动到上侧的平直翼1和运动到下侧的平直翼1可以产生下降力。这样即可实现升力和下降力的产生，可以作为飞机的垂直起降装置。

可连续变倾角的飞行器升力产生装置中，运动到上侧的平直翼1可偏倾角为-20°到+9°之间任意值，运动到下侧的平直翼1可偏倾角为-9°到+20°之间任意值，同步带7的运动方向应满足下平直翼的平移方向与来流方向相反。

Claims (4)

1.一种可连续变倾角的飞行器升力产生装置，其特征在于：包括平直翼、支架、主驱动轮、主导轨、伺服电机、同步带驱动轮、同步带、固定梁、主固定梁、上主滑道、下主滑道、调节杆和伺服电机齿轮；整个装置通过支架直接安装在飞机上，主驱动轮和同步带驱动轮通过轴固定在支架上，主驱动轮有一对，与左侧两个同步带驱动轮啮合一起，用于驱动左侧两个同步带驱动轮转动，进而驱动同步带，主驱动轮通过外部设备进行驱动，同步带驱动轮有两组共十二个，一根同步带环绕在一组同步带驱动轮上； 

每个平直翼由左右两个支撑杆固定在同步带上，每一个平直翼固定有一调节杆，调节杆由垂直杆和水平杆组成，其中调节杆上的竖直杆固定在平直翼中，调节杆的水平杆在主滑道中滑动； 

固定梁一端通过螺栓安装在支架上，主导轨通过螺栓安装在固定梁另一端上； 

主固定梁两端通过螺栓安装在支架上，处于支架正中间，主固定梁中间加工有四个直线轴承孔，用于使主滑道的主导轨之能沿着直线轴承孔上下平移，一个伺服电机安装在主固定梁上方，伺服电机轴上固定一个伺服电机齿轮，与上主滑道的齿条形成啮合关系，一个伺服电机安装在主固定梁的下方，伺服电机轴上固定一个伺服电机齿轮，与下主滑道的齿条形成啮合关系；即位于上方的伺服电机控制上主滑道的上下移动，位于下方的伺服电机控制下主滑道的上下移动； 

上主滑道和下主滑道之间形成嵌套关系；上主滑道、下主滑道与主导轨之间形成直线滑动关系，当位于主固定梁上的两个伺服电机工作时，驱动伺服电机齿轮转动，进而使伺服齿轮驱动上主滑道或下主滑道齿条上下运动，带动主滑道上下移动； 

同步带中打有等间距的小孔，平直翼的两圆柱形控制轴一端固定在同步带的孔上；平直翼随着同步带的移动而移动，调节杆上的垂直杆固定在平直翼中，调节杆的水平杆两端卡在主滑道内，能沿着主滑道运动；伺服电机工作，带动伺服电机齿轮转动，伺服电机齿轮沿着竖直方向的齿条上下移动，此时主滑道上齿条与伺服电机齿轮的相对位置关系发生变化，与齿条固定连接的主滑道就会上下移动，通过控制主滑道上下移动来时调节杆上水平杆上下移动来控制调节杆上水平杆的位置，进而控制平直翼中安装调节杆的那一点的位置，然后平直翼绕着控制轴转动，从而改变其倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的可连续变倾角的飞行器升力产生装置，其特征在于：当装置作为增升装置，运动到下侧的平直翼直接取代部分飞机机翼的下表面直接接触来流，而其他的平直翼在飞机机翼的内部。 

3.根据权利要求1所述的可连续变倾角的飞行器升力产生装置，其特征在于：当运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼均保持水平状态，用于飞机停飞和巡航状态，并且保证机翼下表面正好完全封闭，此时运动到下侧的平直翼作为机翼的下表面；当运动到下侧的平直翼处于正偏转角状态，运动到上侧的平直翼呈现某一转角维持整个装置中气流稳定；主驱动轮转动，通过啮合关系驱动同步带驱动轮转动，使同步带保证一定的运动速度；同步带的转动带动平直翼平移，保证其平移方向与空气来流方向相反，此时运动到下侧的平直翼偏角产生较原翼面部分更大的攻角；利用运动到下侧的平直翼的平移使平直翼相对来流有着更大的攻角，且相对来流有着更大的速度，继而获到更大的升力。 

4.根据权利要求1所述的可连续变倾角的飞行器升力产生装置，其特征在于：当装置作为垂直起降装置，运动到上侧的平直翼和运动到下侧的平直翼直接接触来流，而运动到左侧和右侧的平直翼在飞机机翼的内部。