CN104477374A - 一种高升力翼飞机 - Google Patents

Abstract

一种高升力翼飞机，属航空技术领域，包括机身、尾翼、左机翼、右机翼、左转叶器、右转叶器、左电机、右电机、拉力装置和起落架。左机翼和右机翼结构相同对称布置于机身的左右两侧。左转叶器安装在左凹槽内。左转叶器的主轴与左电机相连。右转叶器与左转叶器结构和工作原理相同，两者对称布置。左电机和右电机相同，它们对称安装。左转叶器包括主轴、中心半齿齿轮和三个或四个结构相同的转叶。中心半齿齿轮与叶齿轮的传动比为1∶1。臂轴处于主轴正上方竖直位置时该转叶的叶片与该臂轴在同一横向铅垂面内。左转叶器和右转叶器能使左机翼和右机翼上表面的气流加速，有利于产生升力。该飞机能短距起降及空中超低速飞行，机动性高且安全性好。

Description

一种高升力翼飞机

技术领域

一种高升力翼飞机，属航空技术领域，尤其涉及一种高升力翼飞机。

背景技术

传统的机翼的表面是光滑的，翼型有对称型和非对称型，对称型基本上是上凸下凸型，非对称型有上凸下平型或上凸下凹型，在有效迎角范围内它们都能产生升力，但产生的升力有限，且有效迎角范围不大，迎角增大到一定程度时其上表面的气流会产生分离，即产生失速现象，阻力骤然上升，升力骤然下降。传统的飞机要靠襟翼增升来起降，起降时需要的跑道也较长，且速度较低时很难起飞；还要靠副翼的偏转实现侧滚。

发明内容

本发明的目的是克服现有飞机的上述不足，发明一种低速的升力大的起降跑道短的高升力翼飞机。

一种高升力翼飞机，包括机身、尾翼、左机翼、右机翼、安装于左机翼上的左转叶器、安装于右机翼上的右转叶器、驱动左转叶器的左电机、驱动右转叶器的右电机、拉力装置和起落架。机身内配有操纵系统、能源供给系统、机载设备和各种飞行仪器仪表。拉力装置的拉力大小，左电机和右电机的转速，方向舵和升降舵的偏转，都是通过操纵系统控制的。拉力装置由发动机和螺旋桨组合而成。左电机和右电机采用锂电池供电。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼由前段的固定部分即水平安定面和后段活动部分即升降舵组成，垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。左机翼和右机翼结构相同对称布置于机身的左右两侧；左机翼和右机翼的翼型均采用厚翼型，它们的前缘较浑圆，后缘较尖细。左机翼上表面有一个截面似扇形的左凹槽，左凹槽内壁由左端平面壁、右端平面壁和中部的圆弧形曲面内壁组成。左转叶器安装在左凹槽内置于左凹槽的左端平面壁和右端平面壁之间。左凹槽的圆弧形曲面的半径刚好使左转叶器的叶片的前后两个母线边都贴住左凹槽的内壁滑动。左转叶器的下半部分全部被左凹槽包围，左转叶器的上半部分的大部分外露于左机翼上方。左转叶器的主轴右端伸入机身内部与左电机相连。右转叶器与左转叶器结构相同，两者对称布置。右转叶器安装于右机翼上表面的右凹槽内。右转叶器的主轴左端伸入机身内部与右电机相连。左电机和右电机结构和参数都相同，它们对称安装于机身内部的左右两边。起落架采用轮式起落架。

左转叶器的具体结构是：左转叶器包括主轴、中心半齿齿轮和均匀分布在中心半齿齿轮周围的三个或四个仅叶片的安装角度不同的结构相同的转叶。中心半齿齿轮的齿没有布满整个圆周，只布置了半个圆周，另半个圆周是无齿的光滑面，该光滑面低于齿谷，以免与中心半齿齿轮啮合的近心齿轮的齿在主轴下方时碰触该光滑面；带齿半周与无齿半周的连接处的过渡齿的齿高比其他齿矮些，以便与中心半齿齿轮啮合的近心齿轮顺利过渡。从左机翼的后缘往前缘看，主轴横向水平布置与左凹槽的左端平面壁和右端平面壁垂直，主轴的左端通过轴承与左端平面壁相连。中心半齿齿轮固定安装在右端平面壁左侧，中心半齿齿轮的带齿半周朝上，中心半齿齿轮的无齿半周朝下。主轴的靠右端部分通过轴承与中心半齿齿轮相连于中心半齿齿轮的中心孔内，主轴在中心半齿齿轮的中心孔内能灵活转动。主轴的右端通过机身左壁的孔伸入机身内部与左电机相连。每个转叶都包括臂轴、右叶轴、近心齿轮、臂轴套管、远心齿轮、叶齿轮、叶片、左叶轴和转臂。叶片为矩形刚性平板叶片。同一转叶的各构件之间的结构关系是：左叶轴横向水平布置，左叶轴的右端通过轴承与叶片相连于叶片的左边正中位置，左叶轴与叶片处于同一平面内，左叶轴的左端与转臂的一端垂直固连。右叶轴与臂轴垂直固连于右叶轴的右端，右叶轴与左叶轴同轴地横向水平布置。左叶轴、转臂、右叶轴和臂轴处于同一平面内。右叶轴的左端通过轴承与叶齿轮相连，叶齿轮能绕右叶轴灵活转动。叶齿轮与叶片固连于叶片的右边的正中位置。右叶轴与叶片在同一平面内。臂轴套管通过轴承套装在臂轴周围，臂轴能在臂轴套管内灵活转动。近心齿轮和远心齿轮分别固连于臂轴套管的两端。远心齿轮与叶齿轮啮合，远心齿轮与叶齿轮的传动比为2∶1。主轴的靠近左端的部分与所有转叶的转臂垂直固连。所有转臂都处于同一纵向铅垂面内。主轴的右段靠近中心半齿齿轮的部分与所有转叶的臂轴垂直固连。所有臂轴都处于同一纵向铅垂面内。所有转叶的近心齿轮在主轴上方时都与中心半齿齿轮的上半周带齿部分啮合，中心半齿齿轮与近心齿轮啮合的传动比为1∶2。中心半齿齿轮、近心齿轮、远心齿轮和叶齿轮均采用锥齿轮。组装左转叶器时，确保其任一转叶的臂轴处于主轴正上方竖直位置时该转叶的叶片与该臂轴在同一横向铅垂面内，这样，由于中心半齿齿轮固定不动，且中心半齿齿轮与叶齿轮的传动比为1∶1，该转叶转至臂轴处于主轴上方任何位置时该转叶的叶片都处于竖直状态。由于中心半齿齿轮的下半周无齿，且因左凹槽的限制，转叶转至臂轴处于主轴下方任何位置时该转叶的叶片都处于与该转叶的臂轴垂直状态。所有叶片的与左凹槽内壁接触的前后两个母线边安装有用以减小叶片紧贴左凹槽内壁滑动摩擦的减摩滚筒。

该发明一种高升力翼飞机的左机翼在左转叶器和左电机的配合下是这样产生升力的：从该飞机的左侧往右看，左电机驱动左转叶器顺时针方向转动，转叶的叶片在主轴的下方前行时始终保持与相应的臂轴垂直，阻力较小；叶片在主轴的上方后行时始终处于竖直状态，最大限度地加速左机翼上表面的气流向后流动。当该飞机在拉力装置的推动下前行，左机翼以有效迎角范围内的一定迎角向前运动时，前方来流在接近前缘处分两股流动，第一股气流为左机翼的下方气流，该气流流速基本不变，与前方来流速度相当；第二股气流为左机翼的上方气流，该气流在靠近左机翼前缘处转弯向上流至左转叶器处在左转叶器的扇动下加速向后下方流动。根据流体的连续性方程和伯努利方程得知，左机翼的上方压强小于下方压强，从而产生较大的升力。左机翼上表面的左转叶器能使空气加速且较紧贴上表面流向后方，不易与左机翼上表面的中后部发生分离，能推迟尾迹的产生。

右机翼在右转叶器和右电机的配合下产生升力的工作原理与左机翼相同。

升降舵在操纵系统的操控下能上下偏转，向上偏转会使该飞机抬头，实现上仰；升降舵向下偏转会使该飞机低头，实现下俯。方向舵在操纵系统的操控下左右偏转，能使该飞机向左或向右偏航。控制左转叶器和右转叶器的转速，使它们的转速不同，能使该飞机左右横向滚转；通过同时加快左转叶器和右转叶器的转速来提高升力，有利于该飞机的短距离起降及空中超低速飞行。在拉力装置不工作或出力不够时，左转叶器和右转叶器能用作辅助推进动力，使该飞机能滑行得更远，大大地提高了安全性。

由于该左转叶器和右转叶器单独驱动，故该飞机的机动性高。

附图说明

图1是本发明一种高升力翼飞机的后视示意图；图2是图1的俯视示意图；图3是图1的左视示意图；图4是放大了的安装着带四个转叶的左转叶器的左机翼的左视示意简图；图5是放大了的左转叶器的左视示意图；图6是放大了的左转叶器的与主轴相连的与中心半齿齿轮啮合的一个转叶的后视示意图，图中臂轴处于主轴的正上方竖直位置；图7是放大了的中心半齿齿轮的示意图。

图中左转叶器和右转叶器的转叶数量均为四个。

图中，1-机身，2-尾翼，21-水平尾翼，22-垂直尾翼；3-左机翼，31-左机翼前缘，32-左机翼后缘，33-左凹槽，331-左凹槽的左端平面壁，332-左凹槽的右端平面壁；4-右机翼；5-左转叶器，51-主轴，52-中心半齿齿轮，521-带齿半周，522-无齿半周，523-中心半齿齿轮的中心孔，53-转叶，531-臂轴，532-右叶轴，533-近心齿轮，534-臂轴套管，535-远心齿轮，536-叶齿轮，537-叶片，538-左叶轴，539-转臂；53a、53b、53c和53d表示处于不同位置的转叶；54-左转叶器5的转动方向；6-右转叶器；7-左电机；8-右电机；9-拉力装置；10-起落架。

具体实施方式

以下结合附图1~7对本发明加以具体说明。

一种高升力翼飞机，包括机身1、尾翼2、左机翼3、右机翼4、安装于左机翼3上的左转叶器5、安装于右机翼4上的右转叶器6、驱动左转叶器5的左电机7、驱动右转叶器6的右电机8、拉力装置9和起落架10。机身1内配有操纵系统、能源供给系统、机载设备和各种飞行仪器仪表。拉力装置10的拉力大小，左电机7和右电机8的转速，方向舵和升降舵的偏转，都是通过操纵系统控制的。拉力装置9由发动机和螺旋桨组合而成。左电机7和右电机8采用锂电池供电。尾翼2包括水平尾翼21和垂直尾翼22，水平尾翼21由前段的固定部分即水平安定面和后段活动部分即升降舵组成，垂直尾翼22由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。左机翼3和右机翼4结构相同对称布置于机身1的左右两侧；左机翼3和右机翼4的翼型均采用厚翼型，它们的前缘较浑圆，后缘较尖细。左机翼3上表面有一个截面似扇形的左凹槽33，左凹槽33内壁由左端平面壁331、右端平面壁332和中部的弧形曲面内壁组成。左转叶器5安装在左凹槽33内置于左凹槽33的左端平面壁331和右端平面壁332之间。左凹槽33的圆弧形曲面的半径刚好使左转叶器5的叶片的前后两个母线边都贴住左凹槽33的内壁滑动。左转叶器5的下半部分全部被左凹槽33包围，左转叶器5的上半部分的大部分外露于左机翼3上方。左转叶器5的主轴51右端伸入机身1内部与左电机7相连。右转叶器6与左转叶器5结构相同，两者对称布置。右转叶器6安装于右机翼4上表面的右凹槽内。右转叶器6的主轴左端伸入机身1内部与右电机8相连。左电机7和右电机8结构和参数都相同，它们对称安装于机身1内部的左右两边。起落架10采用轮式起落架。

左转叶器5的具体结构是：左转叶器5包括主轴51、中心半齿齿轮52和均匀分布在中心半齿齿轮52周围的四个仅叶片537的安装角度不同的结构相同的转叶53。中心半齿齿轮52的齿没有布满整个圆周，只布置了半个圆周，另半个圆周是无齿的光滑面，该光滑面低于齿谷，以免与中心半齿齿轮52啮合的近心齿轮533的齿在主轴51下方时碰触该光滑面；带齿半周521与无齿半周522的连接处的过渡齿的齿高比其他齿矮些，以便与中心半齿齿轮52啮合的近心齿轮533顺利过渡。从左机翼3的后缘往前缘看，主轴51横向水平布置与左凹槽33的左端平面壁331和右端平面壁332垂直，主轴51的左端通过轴承与左端平面壁331相连。中心半齿齿轮52固定安装在右端平面壁332左侧，中心半齿齿轮52的带齿半周521朝上，中心半齿齿轮52的无齿半周522朝下。主轴51的靠右端部分通过轴承与中心半齿齿轮52相连于中心半齿齿轮的中心孔523内，主轴51在中心半齿齿轮的中心孔523内能灵活转动。主轴51的右端通过机身1左壁的孔伸入机身1内部与左电机7相连。每个转叶53都包括臂轴531、右叶轴532、近心齿轮533、臂轴套管534、远心齿轮535、叶齿轮536、叶片537、左叶轴538和转臂539。叶片537为矩形刚性平板叶片。同一转叶53的各构件之间的结构关系是：左叶轴538横向水平布置，左叶轴538的右端通过轴承与叶片537相连于叶片537的左边正中位置，左叶轴538与叶片537处于同一平面内，左叶轴538的左端与转臂539的一端垂直固连。右叶轴532与臂轴531垂直固连于右叶轴532的右端，右叶轴532与左叶轴538同轴地横向水平布置。左叶轴538、转臂539、右叶轴532和臂轴531处于同一平面内。右叶轴532的左端通过轴承与叶齿轮536相连，叶齿轮536能绕右叶轴532灵活转动。叶齿轮536与叶片537固连于叶片537的右边的正中位置。右叶轴532与叶片537在同一平面内。臂轴套管534通过轴承套装在臂轴531周围，臂轴531能在臂轴套管534内灵活转动。近心齿轮533和远心齿轮535分别固连于臂轴套管534的两端。远心齿轮535与叶齿轮536啮合，远心齿轮535与叶齿轮536的传动比为2∶1。主轴51的靠近左端的部分与所有转叶53a、53b、53c和53d的转臂垂直固连。所有转臂都处于同一纵向铅垂面内。主轴51的右段靠近中心半齿齿轮52的部分与所有转叶53a、53b、53c和53d的臂轴垂直固连。所有臂轴都处于同一纵向铅垂面内。所有转叶53a、53b、53c和53d的近心齿轮在主轴51上方时都与中心半齿齿轮的上半周带齿部分52啮合，中心半齿齿轮52与近心齿轮533啮合的传动比为1∶2。中心半齿齿轮52、近心齿轮533、远心齿轮535和叶齿轮536均采用锥齿轮。组装左转叶器5时，确保其任一转叶的臂轴处于主轴正上方竖直位置时该转叶的叶片与该臂轴在同一横向铅垂面内，这样，由于中心半齿齿轮52固定不动，且中心半齿齿轮52与叶齿轮536的传动比为1∶1，该转叶转至臂轴处于主轴51上方任何位置时该转叶的叶片都处于竖直状态。由于中心半齿齿轮52的下半周无齿，且因左凹槽33的限制，转叶转至臂轴处于主轴51下方任何位置时该转叶的叶片都处于与该转叶的臂轴垂直状态。所有叶片的与左凹槽33内壁接触的前后两个母线边安装有用以减小叶片紧贴左凹槽33内壁滑动摩擦的减摩滚筒。

该发明一种高升力翼飞机的左机翼3在左转叶器5和左电机7的配合下是这样产生升力的：从该飞机的左侧往右看，左电机7驱动左转叶器5顺时针方向转动，转叶的叶片在主轴51的下方前行时始终保持与相应的臂轴垂直，阻力较小；叶片在主轴51的上方后行时始终处于竖直状态，最大限度地加速左机翼3上表面的气流向后流动。当该飞机在拉力装置9的推动下前行，左机翼3以有效迎角范围内的一定迎角向前运动时，前方来流在接近左机翼前缘31处分两股流动，第一股气流为左机翼3的下方气流，该气流流速基本不变，与前方来流速度相当；第二股气流为左机翼3的上方气流，该气流在靠近左机翼前缘31处转弯向上流至左转叶器5处在左转叶器5的扇动下加速向后下方流动。根据流体的连续性方程和伯努利方程得知，左机翼3的上方压强小于下方压强，从而产生较大的升力。左机翼3上表面的左转叶器5能使空气加速且较紧贴上表面流向后方，不易与左机翼上3表面的中后部发生分离，能推迟尾迹的产生。

右机翼4在右转叶器6和右电机8的配合下产生升力的工作原理与左机翼3相同。

升降舵在操纵系统的操控下能上下偏转，向上偏转会使该飞机抬头，实现上仰；升降舵向下偏转会使该飞机低头，实现下俯。方向舵在操纵系统的操控下左右偏转，能使该飞机向左或向右偏航。控制左转叶器5和右转叶器6的转速，使它们的转速不同，能使该飞机左右横向滚转；通过同时加快左转叶器5和右转叶器6的转速来提高升力，有利于该飞机的短距离起降及空中超低速飞行。在拉力装置9不工作或出力不够时，左转叶器5和右转叶器6能用作辅助推进动力，使该飞机能滑行得更远，大大地提高了安全性。

由于该左转叶器5和右转叶器6单独驱动，故该飞机的机动性高。

Claims (6)

1.一种高升力翼飞机，其特征在于：包括机身（1）、尾翼（2）、左机翼（3）、右机翼（4）、安装于左机翼（3）上的左转叶器（5）、安装于右机翼（4）上的右转叶器（6）、驱动左转叶器（5）的左电机（7）、驱动右转叶器（6）的右电机（8）、拉力装置（9）和起落架10；机身（1）内配有操纵系统、能源供给系统、机载设备和飞行仪器仪表；尾翼（2）包括水平尾翼（21）和垂直尾翼（22），水平尾翼（21）由前段的固定部分即水平安定面和后段活动部分即升降舵组成，垂直尾翼（22）由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成；左机翼（3）和右机翼（4）结构相同对称布置于机身（1）的左右两侧；左机翼（3）和右机翼（4）的翼型均采用厚翼型，它们的前缘较浑圆，后缘较尖细；左机翼（3）上表面有一个截面似扇形的左凹槽（33），左凹槽（33）内壁由左端平面壁（331）、右端平面壁（332）和中部的弧形曲面内壁组成；左转叶器（5）安装在左凹槽（33）内置于左凹槽（33）的左端平面壁（331）和右端平面壁（332）之间；左凹槽（33）的圆弧形曲面的半径刚好使左转叶器（5）的叶片的前后两个母线边都贴住左凹槽（33）的内壁滑动；左转叶器（5）的下半部分全部被左凹槽（33）包围，左转叶器（5）的上半部分的大部分外露于左机翼（3）上方；左转叶器（5）的主轴（51）右端伸入机身（1）内部与左电机（7）相连；右转叶器（6）与左转叶器（5）结构和工作原理都相同，两者对称布置；右转叶器（6）安装于右机翼（4）上表面的右凹槽内；右转叶器（6）的主轴左端伸入机身（1）内部与右电机（8）相连；左电机（7）和右电机（8）结构和参数都相同，它们对称安装于机身（1）内部的左右两边；起落架（10）采用轮式起落架；

    左转叶器（5）的具体结构是：左转叶器（5）包括主轴（51）、中心半齿齿轮（52）和均匀分布在中心半齿齿轮（52）周围的三个或四个仅叶片（537）的安装角度不同的结构相同的转叶（53）；中心半齿齿轮（52）的齿没有布满整个圆周，只布置了半个圆周，另半个圆周是无齿的光滑面，该光滑面低于齿谷；带齿半周（521）与无齿半周（522）的连接处的过渡齿的齿高比其他齿矮些；从左机翼（3）的后缘往前缘看，主轴（51）横向水平布置与左凹槽（33）的左端平面壁（331）和右端平面壁（332）垂直，主轴（51）的左端通过轴承与左端平面壁（331）相连；中心半齿齿轮（52）固定安装在右端平面壁（332）左侧，中心半齿齿轮（52）的带齿半周（521）朝上，中心半齿齿轮（52）的无齿半周（522）朝下；主轴（51）的靠右端部分通过轴承与中心半齿齿轮（52）相连于中心半齿齿轮的中心孔（523）内，主轴（51）在中心半齿齿轮的中心孔（523）内能灵活转动；主轴（51）的右端通过机身（1）左壁的孔伸入机身（1）内部与左电机（7）相连；每个转叶（53）都包括臂轴（531）、右叶轴（532）、近心齿轮（533）、臂轴套管（534）、远心齿轮（535）、叶齿轮（536）、叶片（537）、左叶轴（538）和转臂（539）；叶片（537）为矩形刚性平板叶片；同一转叶（53）的各构件之间的结构关系是：左叶轴（538）横向水平布置，左叶轴（538）的右端通过轴承与叶片（537）相连于叶片（537）的左边正中位置，左叶轴（538）与叶片（537）处于同一平面内，左叶轴（538）的左端与转臂（539）的一端垂直固连；右叶轴（532）与臂轴（531）垂直固连于右叶轴（532）的右端，右叶轴（532）与左叶轴（538）同轴地横向水平布置；左叶轴（538）、转臂（539）、右叶轴（532）和臂轴（531）处于同一平面内；右叶轴（532）的左端通过轴承与叶齿轮（536）相连，叶齿轮（536）能绕右叶轴（532）灵活转动；叶齿轮（536）与叶片（537）固连于叶片（537）的右边的正中位置；右叶轴（532）与叶片（537）在同一平面内；臂轴套管（534）通过轴承套装在臂轴（531）周围，臂轴（531）能在臂轴套管（534）内灵活转动；近心齿轮（533）和远心齿轮（535）分别固连于臂轴套管（534）的两端；远心齿轮（535）与叶齿轮（536）啮合；主轴（51）的靠近左端的部分与所有转叶的转臂垂直固连；所有转臂都处于同一纵向铅垂面内；主轴（51）的右段靠近中心半齿齿轮（52）的部分与所有转叶的臂轴垂直固连；所有臂轴都处于同一纵向铅垂面内；所有转叶的近心齿轮在主轴51上方时都与中心半齿齿轮（52）啮合；中心半齿齿轮（52）与叶齿轮（536）的传动比为1∶1；转叶的臂轴处于主轴正上方竖直位置时该转叶的叶片与该臂轴在同一横向铅垂面内；

从机身（1）左侧往右看，左转叶器（5）在左电机（7）的驱动下顺时针方向转动；右转叶器（6）在右电机（8）的驱动下顺时针方向转动；左转叶器（5）和右转叶器（6）单独驱动。

2. 根据权利要求1所述的一种高升力翼飞机，其特征在于：拉力装置（9）由发动机和螺旋桨组合而成。

3. 根据权利要求1所述的一种高升力翼飞机，其特征在于：左电机（7）和右电机（8）采用锂电池供电。

4. 根据权利要求1所述的一种高升力翼飞机，其特征在于：远心齿轮（535）与叶齿轮（536）啮合的传动比为2∶1；中心半齿齿轮（52）与近心齿轮（533）啮合的传动比为1∶2。

5. 根据权利要求1或4所述的一种高升力翼飞机，其特征在于：中心半齿齿轮（52）、近心齿轮（533）、远心齿轮（535）和叶齿轮（536）均采用锥齿轮。

6. 根据权利要求1所述的一种高升力翼飞机，其特征在于：左转叶器5的所有叶片的与左凹槽33内壁接触的前后两个母线边安装有用以减小叶片紧贴左凹槽33内壁滑动摩擦的减摩滚筒；右转叶器6的所有叶片的与右凹槽内壁接触的前后两个母线边安装有用以减小叶片紧贴右凹槽内壁滑动摩擦的减摩滚筒。