CN104842728A - 飞行汽车及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞行汽车及其控制系统，其中，飞行汽车包括：主发动机(10)、陆地行驶机构(30)、能够从飞行汽车的车身向外伸出的飞行翼(40)以及用于改变飞行推力的推力变向装置(50)，主发动机(10)为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，主发动机(10)的尾喷管(18)和加力燃烧室(19)之间设置有能够打开或关闭的排气系统(60)，主发动机(10)设置有取力器(11)，陆地行驶机构(30)连接于取力器(11)。该飞行汽车具有良好的陆地行驶灵活性和驾驶性。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器和汽车领域，具体地，涉及一种飞行汽车及其控制系统。
背景技术
汽车的使用受到陆地状况的很大限制，例如无法在损毁、塌方、塞车的路段行驶，面对沼泽、河流、高山也无法使用。使汽车具备飞行功能将避免上述问题。现有的飞行汽车通常是将汽车飞机化，这种飞行汽车实际上是小型的飞机。并且，将汽车飞机化存在着很多技术难题，例如汽车形态会发生变化，导致体积、重量增大，限制了汽车的陆地行驶的灵活性和驾驶性。
因此，还需要更具陆地行驶灵活性和驾驶性的飞行汽车。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的陆地行驶灵活性和驾驶性的飞行汽车。
为了实现上述目的，本发明提供一种飞行汽车，其中，所述飞行汽车包括：主发动机、陆地行驶机构、能够从所述飞行汽车的车身向外伸出的飞行翼以及用于改变飞行推力的方向的推力变向装置，所述主发动机为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，所述主发动机的尾喷管和加力燃烧室之间设置有能够打开或关闭的排气系统，所述主发动机设置有取力器，所述陆地行驶机构连接于所述取力器。
优选地，所述主发动机沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机，所述辅助发动机为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机。
优选地，所述主发动机为小型涡扇发动机并包括依次布置的一级风扇、二级中压气机、二级高压气机、单级高压涡轮和双级低压涡轮，所述取力器设置在所述二级中气压机上，所述陆地行驶机构为车辆行驶机构并包括减速器，所述减速器连接于所述取力器，所述辅助发动机为小型涡喷发动机并包括依次设置的单级中压气机、单级高压气机、单级高压涡轮和单级低压涡轮。
优选地，所述推力变向装置包括反推装置，所述反推装置设置在所述飞行汽车的尾部两侧并用于改变所述辅助发动机的推力的方向。
优选地，所述主发动机和/或所述辅助发动机包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置包括所述方向能够调节的尾喷管。
优选地，所述飞行翼通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部。
优选地，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼的伸出所述车身侧部的长度。
优选地，所述飞行汽车包括用于冷却所述主发动机的燃烧室的水冷装置和/或用于对所述主发动机喷水加力的加力装置，其中，所述主发动机和辅助发动机的机油泵、润滑装置、所述飞行翼的伸缩装置以及所述水冷装置和/或所述加力装置通过所述主发动机的发动机附件机匣驱动。
优选地，所述主发动机包括设置在所述风扇的进口处的过滤防尘-消音装置。
优选地，所述排气系统包括连接于所述尾喷管两侧的排气管和设置在所述排气管中的控制阀。
优选地，所述飞行汽车的车身包括主体和覆盖所述主体的表面层，所述主体由超硬铝、钢或钛合金制成，所述表面层为高强度碳纤维复合材料；并且/或者，所述飞行翼包括骨架和包覆所述骨架的翼面，所述骨架由超硬铝、钢或钛合金制成，所述翼面为高强度碳纤维复合材料。
优选地，所述车身的尾部设置有用于改变飞行方向的翼板。
优选地，所述飞行汽车设置有降落伞装置。
优选地，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角。
本发明还提供一种用于本发明的飞行汽车的控制系统，其中，所述控制系统包括输入模块、处理模块和输出模块，所述输入模块包括用于切换陆地模式和飞行模式的模式切换开关，当所述模式切换开关从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块向所述输出模块发出关闭所述排气系统的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统关闭，以使所述飞行汽车通过所述主发动机的推力利用所述飞行翼飞行；当所述模式切换开关从飞行模式切换为陆地模式时，所述处理模块向所述输出模块发出打开所述排气系统、取力器和推力变向装置的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统、取力器和推力变向装置打开，以使所述飞行汽车通过所述推力变向装置降落并通过所述陆地行驶机构行驶。
优选地，所述主发动机沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机，所述辅助发动机为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，其中：当所述模式切换开关从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块还向所述输出模块发出开启所述辅助发动机的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述辅助发动机启动，以辅助所述主发动机提供飞行推力。
优选地，所述主发动机和/或所述辅助发动机包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置包括所述方向能够调节的尾喷管，当所述模式切换开关切换时，所述处理模块还向所述输出模块发出调节所述方向能够调节的尾喷管的方向的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号调节所述方向能够调节的尾喷管的方向。
优选地，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角，其中：当从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块还向所述输出模块发出控制所述车身上仰的信号，所述输出模块根据所述信号控制所述车身上仰，使得所述车身与地面呈所述飞行仰角。
优选地，所述飞行翼通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼的伸出所述车身侧部的长度，其中：所述输入模块还包括用于检测所述飞行汽车的飞行速度的速度检测单元和用于检测所述飞行汽车的飞行推力的推力检测单元并将所述速度检测单元的速度信号和所述推力检测单元的推力信号传送给所述处理模块，所述处理模块还用于根据所述速度信号和推力信号确定所述飞行翼所需伸出的长度并向所述输出模块发出以所述长度伸出所述飞行翼的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述伸缩装置以所述长度伸出所述飞行翼。
通过上述技术方案，在陆地模式下，主发动机的排气通过排气系统排出，并通过取力器驱动陆地行驶机构，能够像普通汽车一样灵活驾驶；在飞行模式下，主发动机的排气通过加力燃烧室排出，产生飞行推力，借助飞行翼实现空中行驶。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的飞行汽车的一种实施方式的立体图；
图2是图1的飞行汽车收回飞行翼的视图；
图3是图2的飞行汽车伸出飞行翼的视图；
图4是说明本发明的飞行汽车的一种实施方式的主发动机的结构及与其相关装置的示意图；
图5是说明本发明的飞行汽车的一种实施方式的辅助发动机的结构示意图；
图6是说明本发明的飞行汽车的一种实施方式的结构示意图；
图7是说明本发明的飞行汽车的车身上仰的示意图；
图8是说明图1的飞行汽车的水冷装置的布置结构的示意图；
图9是说明图1的飞行汽车的燃油系统和加力装置布置的结构示意图；
图10是说明图1的飞行汽车的仰视图。
附图标记说明
10主发动机 11取力器 12一级风扇 13二级中压气机
14二级高压气机 15单级高压涡轮 16双级低压涡轮
17燃烧室 18尾喷管 19加力燃烧室
20辅助发动机 21单级中压气机 22单级高压气机
23单级高压涡轮 24单级低压涡轮
30陆地行驶机构 31减速器 32变速箱 33差速器 34车轮
40飞行翼 41主体部 42折叠部
50推力变向装置 60排气系统 61排气管 62控制阀
63一级消音器 64二级消音器
70水冷装置 71水泵 72冷却水套 73水箱集成散热器
80加力装置 90第一油箱 100第二油箱
110过滤防尘-消音装置 111滤清器 112隔音垫
113谐振腔 114滤网
120俯仰装置 130油泵 140电池
W翼板 W1第一翼板 W2第二翼板 W3第三翼板
P喷气口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
根据本发明的一个方面，提供一种飞行汽车，其中，所述飞行汽车包括：主发动机10、陆地行驶机构30、能够从所述飞行汽车的车身向外伸出的飞行翼40以及用于改变飞行推力的方向的推力变向装置50，所述主发动机10为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，所述主发动机10的尾喷管18和加力燃烧室19之间设置有能够打开或关闭的排气系统60，所述主发动机10设置有取力器11，所述陆地行驶机构30连接于所述取力器11。
本发明的飞行汽车，由于采用小型涡扇发动机或小型涡喷发动机作为主发动机，因而可以将整车外形设置为与普通汽车大致相同，从而能够在实现飞行的同时确保陆地行驶的灵活性和驾驶性。
具体地，本发明的飞行汽车具有两种行驶模式，即陆地模式和飞行模式。在陆地模式下，主发动机10的排气通过排气系统60排出，并通过取力器11驱动陆地行驶机构30；在飞行模式下，排气系统60关闭，主发动机10的排气通过加力燃烧室19排出，产生飞行推力，并借助飞行40翼实现空中行驶。其中，陆地模式下，本发明的飞行汽车与普通汽车的行驶操作大致相同，在此不作重点说明。
其中，推力变向装置50主要用于从飞行模式切换到陆地模式的过程，即飞行汽车的降落过程，用于在降落过程中产生反推作用，以使飞行汽车降速，以便降落。另外，通过更优选的布置，推力变向装置50还可以用于飞行汽车的垂直起降。这在下文结合优选实施方式予以说明。
优选地，如图6所示，所述主发动机10沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还可以包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机20，所述辅助发动机20为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机。
通过设置辅助发动机20，一方面可以在飞行汽车起飞和飞行过程中增加推力，另一方面可以辅助飞行汽车的平稳降落。
具体地，在从陆地模式切换到飞行模式时，在通过关闭排气系统60的同时可以打开辅助发动机20，使得主发动机10和辅助发动机20一起产生飞行推力，并在飞行翼40的辅助下实现起飞。
在飞行过程中，可以选择性地使用主发动机10和/或辅助发动机20产生推力来维持飞行。
在从飞行模式切换到陆地模式时，首先打开推力变向装置50，使推力变向装置50利用主发动机10或辅助发动机20的推力产生反推作用，以使飞行汽车减速，以便平稳降落。优选地，所述推力变向装置50包括反推装置，所述反推装置设置在所述飞行汽车的尾部两侧并用于改变所述辅助发动机20的推力的方向，从而在降落时利用辅助发动机20的推力产生反推作用，从飞行汽车的两侧实施平稳的反推。
另外，优选地，所述主发动机10和/或所述辅助发动机20可以包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置50包括所述方向能够调节的尾喷管，以在不同工况下通过调节主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管的方向改变主发动机10和/或辅助发动机20的推力方向。其中，可以根据需要使用适当的结构实现尾喷管的方向调节，并且可以根据需要设置尾喷管的方向调节范围。例如，可以使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管能够在水平向后到竖直向下的范围内调节，为此，如图10所示，可以在车体底面上设置用于对准竖直向下的尾喷管的喷气口P。通过这种布置，当需要水平方向的推力时，可以使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管水平向后；当需要利用其他方向的推力时，可以使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管调节到其他角度(例如，在起飞和降落时，可以使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管调节为竖直向下，使得主发动机10和/或辅助发动机20产生竖直向下的推力，实现垂直升降)。
其中，主发动机10和辅助发动机20可以采用各种适当形式的小型涡扇发动机或小型涡喷发动机。其中，由于主发动机10提供主要的动力，因而可以使用动力更大的类型。优选地，如图4所示，所述主发动机10可以为小型涡扇发动机并包括依次布置的一级风扇12、二级中压气机13、二级高压气机14、单级高压涡轮15和双级低压涡轮16。其中，所述取力器11可以设置在所述二级中气压机13上，所述陆地行驶机构30为车辆行驶机构并包括减速器31，所述减速器31连接于所述取力器11，以通过取力器11驱动陆地行驶机构30。其中，陆地行驶机构30还可以包括变速箱32、差速器33和车轮34等实现车轮行驶所需的装置。此外，如图5所示，所述辅助发动机20可以为小型涡喷发动机并包括依次设置的单级中压气机21、单级高压气机22、单级高压涡轮23和单级低压涡轮24。
本发明中，可以根据需要(例如整车重量等)选择适当型号的涡扇发动机和涡喷发动机，以获得所需的动力。例如，在整车重量为1500-2000kg时，可以选用推力为800kg的涡扇发动机(例如FJ44-1型涡扇发动机)作为主发动机10，并可以选用推力为400kg的涡喷发动机(例如TR160-3型涡喷发动机)作为辅助发动机20。其中，可以为主发动机10和辅助发动机20分别提供能源、控制等。例如，如图9所示，可以通过第一油箱90为主发动机10和一个辅助发动机20提供燃料，并通过第二油箱100为主发动机10和另一个辅助发动机20提供燃料。
另外，优选地，所述飞行翼40通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部。由此，可以在陆地模式下将飞行翼40收回到车身内，以减少阻力。其中，可以通过各种适当的伸缩装置(例如伸缩油缸)来实现飞行翼40的伸缩。更优选地，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼40的伸出所述车身侧部的长度，从而可以根据需要(例如根据飞行速度、飞行推力等)使飞行翼40伸出所需的长度，以通过所需的升力面积获得所需的飞行升力。
另外，所述车身的尾部可以设置有用于改变飞行方向的翼板W，从而一方面能够在飞行过程中控制飞行方向，另一方面能够在高速飞行且飞行翼40收回时替代飞行翼40。例如，如图1和图2示，翼板W可以包括设置在车身尾部两侧的平行于车身长度方向的第一翼板W1、设置在尾部上方的平行于车身高度方向的第二翼板W2和设置在第二翼板W2上的平行于车身长度方向的第三翼板W3。其中，第一翼板W1、第二翼板W2和第三翼板W3设置为能够调节其板面方向，从而能够通过调节板面方向改变飞行方向。例如，通过使第一翼板W1和第三翼板W3的板面与水平面呈角度设置，可以用于飞行高度的控制；通过使第二翼板W2的板面与车身纵向对称面呈角度设置，可以用于在水平方向的控制(例如左右方向的控制)。
作为一种优选实施方式，如图3所示，所述飞行翼40可以包括主体部41和能够相对于所述主体部41折叠的折叠部42。其中，主体部41设置为能够通过伸缩装置完全缩回所述车身内，折叠部42能够相对于主体部41折叠或展开，以在飞行翼40的收回状态下随主体部41完全缩回车身内以减小占用的空间并根据不同飞行速度获得不同大小的升力面积。其中，折叠部42可以设置为能够部分地打开。具体地，当飞行汽车在低速下飞行(例如飞行速度小于0.5马赫)或起飞时，可以将主体部41伸出并全部展开折叠部42以通过最大升力面积获得起升力；当飞行汽车在高速下飞行时，可以根据情况使折叠部42部分或全部收回，并且可以调节主体部41伸出车身的长度，以减小阻力(例如，在飞行速度介于0.5马赫到2马赫之间时，可以调节折叠部42的收折状态和/或主体部41的伸出长度来减小阻力；在飞行速度超过2马赫时，可以将飞行翼40完全收回车身内，并通过上文说明的翼板W控制飞行状态)。
由于本发明的飞行汽车能够进行正常的陆地行驶，优选地，所述飞行汽车包括用于冷却所述主发动机的燃烧室17的水冷装置70。如图8所示，水冷装置70可以包括水泵71、冷却水套72和水箱集成散热器73。其中，水冷装置70可以仅在陆地模式下开启，以冷却主发动机10的燃烧室17。当飞行汽车在飞行模式下行驶时，由于飞行速度快，可以采用风冷冷却主发动机10和辅助发动机20。
另外，为增加飞行推力，所述飞行汽车还可以包括用于对所述主发动机10喷水加力的加力装置80。该加力装置80可以采用各种适当的形式，例如在主发动机10的进气管上设置的喷淋装置。
本发明的飞行汽车中，除陆地行驶机构30，还设置有许多需要驱动的装置，例如机油泵、润滑装置等。为此，所述主发动机10和辅助发动机20的机油泵、润滑装置(例如润滑附件等)、所述飞行翼40的伸缩装置(例如在发动机附件机匣上设置取力器来实现飞行翼取力)以及所述水冷装置70(例如冷却水泵)和/或所述加力装置80(例如喷淋装置的加力水泵)可以通过所述主发动机10的发动机附件机匣驱动。另外，还可以通过发动机附件机匣来驱动其他装置，例如压缩机以及下文说明的俯仰装置120(例如在发动机附件机匣上设置飞行仰角取力器来实现俯仰装置120的取力)等装置。此外，对于需要电力的装置，可以通过电池140供电。
另外，为减小陆地模式下主发动机10的噪声等级，所述主发动机10可以包括设置在所述风扇的进口处的过滤防尘-消音装置110。其中，过滤防尘-消音装置110可以采用各种适当的形式，只要能够对进口处的进气提供过滤和减振即可。例如，在4所示的实施方式中，过滤防尘-消音装置110可以包括依次设置的滤清器111、谐振腔113和滤网114，在滤清器111和谐振腔113之间还设置有隔音垫112。
本发明中，排气系统60用于在陆地模式下，将主发动机10的排气以普通车辆的排气方式排出，避免在陆地模式下使主发动机10的排气通过加力燃烧室17。为此，排气系统60可以包括连接于所述尾喷管两侧的排气管61和设置在所述排气管61中的控制阀62。其中，排气管62可以设置为适当的长度，以延长排气的路径，从而实现平缓排放。并且，控制阀62可以根据需要在排气管62中设置多个。通过打开或关闭控制阀62，可以实现排气系统60的打开和关闭。另外，可以在排气管61中设置消声器，例如可以在排气管61中依次设置一级消声器63和二级消声器64来降低排气的气流速度。
本发明的飞行汽车，可以采用各种轻质高强度的材料制成，以在减少车身自重的同时保持良好的整体强度。优选地，所述飞行汽车的车身可以包括主体和覆盖所述主体的表面层，所述主体可以由超硬铝、钢或钛合金制成，所述表面层可以为高强度碳纤维复合材料。另外，所述飞行翼40(以及翼板W)可以包括骨架和包覆所述骨架的翼面，所述骨架可以由超硬铝、钢或钛合金制成，所述翼面可以为高强度碳纤维复合材料。其中，可以根据整车设计需要采用适当型号的超硬铝、钢或钛合金和相应类型的高强度碳纤维复合材料，只要能够减少自重并满足设计所需强度即可。
本发明的飞行汽车还优选设置有降落伞装置，以便在飞行过程中发生意外时能够通过降落伞装置缓慢滑行降落。其中，降落伞装置可以收纳在车身内，并在需要使用时手动打开。
另外，优选地，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角α。其中，可以通过使用适当的俯仰装置120连接车架和前桥来实现上述操作。例如，俯仰装置120可以为类似于千斤顶的顶升装置，或者可以为图6所示的具有液压缸的连杆机构，只要能够在起飞时使车身与地面呈飞行仰角α即可。其中，飞行仰角α优选为6-16度左右，俯仰装置120可以设置有用于使车身上仰到16度后定位的定位件。由于俯仰装置120可以采用各种形式，在此不作具体限定。
根据本发明的另一方面，还提供一种用于本发明的飞行汽车的控制系统，其中，所述控制系统包括输入模块、处理模块和输出模块，所述输入模块包括用于切换陆地模式和飞行模式的模式切换开关，所述输入模块将所述模式切换开关的模式信号传送到所述处理模块，所述处理模块用于识别所述模式信号，当所述模式信号从陆地模式信号切换为飞行模式信号时，所述处理模块向所述输出模块发出关闭所述排气系统60的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统关闭，以使所述飞行汽车通过所述主发动机10的推力利用所述飞行翼40飞行；当所述模式信号从飞行模式信号切换为陆地模式信号时，所述处理模块向所述输出模块发出打开所述排气系统60、取力器11和推力变向装置50的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统60、取力器11和推力变向装置60打开，以使所述飞行汽车通过所述推力变向装置60降落并通过所述陆地行驶机构30行驶。
其中，模式切换开关可以为手动操作的开关，从而驾驶者可以根据需要手动选择所需的行驶模式。具体地，当驾驶者触发模式切换开关，使其从陆地模式切换为飞行模式时，输入模块向处理模块传送切换到飞行模式的信号，处理模块向输出模块发出关闭排气系统60并伸出飞行翼40的信号，输出模块根据该信号关闭排气系统60，以使主发动机10的排气作为起飞推力并借助飞行翼40起飞。当驾驶者触发模式切换开关，使其从飞行模式切换为陆地模式时，输入模块向处理模块传送切换到陆地模式的信号，处理模块向输出模块发出打开排气系统60、取力器11和推力变向装置60的信号，输出模块根据该信号打开推力变向装置50和排气系统60，以通过推力变向装置50降速后降落，并通过取力器11驱动陆地行驶机构30。
可以理解的，当飞行汽车起飞后，输入模块可以通过适当的检测装置(例如用于检测车轮和地面的接触压力的传感器)向处理模块传送完成起飞的信号，处理模块向输出模块发出停止取力器11的信号，输出模块将根据该信号停止取力器11和陆地行驶机构30。另外，在飞行汽车降落过程中，输入模块可以通过所述检测装置向处理模块传送正在降落的信号，处理模块向输出模块发出开启取力器11的信号，输出模块将根据该信号开启取力器11，使其能够驱动陆地行驶机构30在接触地面的同时开始陆地行驶。并且，在飞行汽车降落后，输入模块可以通过所述检测装置向处理模块传送完成降落的信号，处理模块向输出模块发出关闭推力变向装置50和收回飞行翼40的信号，输出模块将根据该信号关闭推力变向装置50并收回飞行翼40，以使飞行汽车通过陆地行驶机构30平稳行驶。飞行汽车在陆地模式下的行驶操控可以与普通汽车一致，例如可以通过TCU控制，在此不作详述。
优选地，所述主发动机10沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机20，所述辅助发动机20为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，其中：当所述模式信号从陆地模式信号切换为飞行模式信号时，所述处理模块还向所述输出模块发出开启所述辅助发动机20的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述辅助发动机启动20，以辅助所述主发动机10提供飞行推力。
如上所述，由于起飞所需的推力较大，可以开启辅助发动机20增加推力。当飞行汽车进入完全起飞后，可以根据需要仅使用主发动机10或同时使用主发动机10和辅助发动机20提供推力。另外，所述推力变向装置50可以包括反推装置，所述反推装置设置在所述飞行汽车的尾部两侧并用于改变所述辅助发动机20的推力的方向。在降落过程中，输入模块向处理模块传送正在降落的信号，处理模块可以向输出模块发出使辅助发动机20保持打开的信号，输出模块可以使辅助发动机20保持打开，并使反推装置利用辅助发动机20的推力实施反推。当飞行汽车完全降落时，处理模块可以根据输入模块传送的完全降落信号向输出模块发出关闭辅助发动机20的信号，输出模块将关闭辅助发动机20，从而仅通过主发动机10驱动陆地行驶机构30。
此外，优选地，所述主发动机10和/或所述辅助发动机20包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置50包括所述方向能够调节的尾喷管，当所述模式信号切换时，所述处理模块还向所述输出模块发出调节所述方向能够调节的尾喷管的方向的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号调节所述方向能够调节的尾喷管的方向。
由此，本发明的飞行汽车除能够通过上述普通滑行方式(即具有初始水平速度的)升降之外还能够实现垂直升降。具体地，当从陆地模式切换到飞行模式时，处理模块可以发出使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管竖直向下的信号，输出模块根据该信号将主发动机10和辅助发动机20的尾喷管调节为竖直向下，从而能够通过主发动机10和/或辅助发动机20产生竖直向下的推力，并通过逐渐增大该推力实现垂直起飞。同理，当从飞行模式切换到陆地模式时，处理模块可以发出使主发动机10和/或辅助发动机20的尾喷管竖直向下的信号，输出模块根据该信号将主发动机10和辅助发动机20的尾喷管调节为竖直向下，从而能够通过主发动机10和/或辅助发动机20产生竖直向下的推力，并通过逐渐减小该推力实现垂直降落。以图示的实施方式为例，主发动机10和辅助发动机20均设置有方向能够调节的尾喷管。由此，可以在垂直起降时，通过同时调节主发动机10和辅助发动机20的尾喷管来更平稳地实现垂直起降。
优选地，所述飞行翼40通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼40的伸出所述车身侧部的长度，其中：所述输入模块还包括用于检测所述飞行汽车的飞行速度的速度检测单元和用于检测所述飞行汽车的飞行推力的推力检测单元并将所述速度检测单元的速度信号和所述推力检测单元的推力信号传送给所述处理模块，所述处理模块还用于根据所述速度信号和推力信号确定所述飞行翼40所需伸出的长度并向所述输出模块发出以所述长度伸出所述飞行翼40的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述伸缩装置以所述长度伸出所述飞行翼40。
具体地，可以通过模拟飞行汽车的飞行来获取一系列关于飞行速度、飞行推力和飞行翼40的伸出长度的数据并将这些数据储存在处理模块中。飞行过程中，处理模块可以通过比对当前的飞行速度和飞行推力来获取相应的飞行翼40的伸出长度的值并向输出模块发出将飞行翼40伸出该长度值的信号。其中，在使用具有主体部41和折叠部42的实施方式中，飞行翼40的伸出长度为伸出的主体部41的长度与展开的折叠部42之和。
例如，本发明中，由于起飞时速度不会太高，因此，在起飞时，处理模块可以向输出模块发出将飞行翼40全部伸出的信号，输出模块根据该信号将飞行翼40全部伸出，以通过最大的升力面积增加起飞升力。另外，所述车身的尾部可以设置有用于改变飞行方向的翼板W，所述输入模块还可以包括用于向输送方向信号的转向装置(例如可以通过陆地行驶机构30的方向盘触发方向信号)，输入模块可以将方向信号传送到处理模块，处理模块相应向输出模块发出改变翼板W方向的信号，输出模块将根据该信号使翼板W的方向改变，以适应所需的转向。
优选地，处理模块还可以根据发动机的工况和行驶状态计算飞行所需的推力(其中，计算飞行所需推力可以参照飞机的推力计算，在此不作限定)并计量该推力所需的燃油供给，然后向输出模块发出以供给所述计量的燃油来获得所需的推力并相应控制其他装置的配合操作(例如转速控制、压比控制和反推力控制、过渡工况控制等)。为此，所述输入模块还包括用于检测发动机工况和行驶状态的各种检测单元，例如：用于检测加速度的传感器、用于检测环境温度的传感器、用于检测环境压力的传感器、用于检测发动机进气压力/温度的传感器、用于检测风速的传感器、用于检测冷却液温度的传感器、用于检测环境湿度的湿度传感器和用于检测所述飞行汽车的自身位置的三轴式陀螺仪传感器等。由此，输入模块能够检测飞行汽车的各项参数并将这些传感器检测的信号传送给所述处理模块。特别地，在陆地行驶模式，可以仅启动主发动机10并将主发动机10的转速控制到驱动压气机工作的最低经济转速区(远离阻塞、喘振边界)，不会产生多余的推力，降低油耗。
优选地，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角，其中：当从陆地模式切换为飞行模式(即起飞)时，所述处理模块还向所述输出模块发出控制所述车身上仰的信号，所述输出模块根据所述信号控制所述车身上仰，使得所述车身与地面呈所述飞行仰角。
其中，可以通过使用适当的俯仰装置120连接车架和前桥来实现上述操作。因此，当起飞时，可以首先伸出飞行翼40，然后处理模块向输出模块发出控制俯仰装置120使车身上仰的信号，输出模块根据该信号控制俯仰装置120的操作，使得车架相对于前桥上仰，从而使车身随之上仰到与地面呈飞行仰角。
其中，处理模块可以包括各种适当的控制器，例如包括主控制单元，主控制单元可以用于控制主发动机10和辅助发动机20的发动机控制单元(ECU)、飞行翼40的伸出和翼板W的方向。本发明的控制系统还可以根据需要通过各种功能模块实现相应的功能，并均通过主控制单元控制。例如，主控制单元可以通过雷达/通讯模块来实现通讯功能，通过GPS导航模块和4G模块来实现定位和导航的功能等。另外，主控制单元可以用于控制燃油泵、油门开度、点火激励器、起动机、燃油计量活门等装置的操作，并能够用于进行压比控制，还能够利用推力、扭矩、反推力、排温计算模型进行计算，以及利用诊断系统limp-home实现安全模式。
另外，所述主控制单元还可以用于控制飞行汽车在陆地模式下的行驶的TCU(自动变速箱控制单元)。
两个辅助发动机20可以分别配备各自的ECU，但该ECU优选通过主发动机10的ECU控制。可选择地，也可以直接通过主发动机10的ECU来控制两个辅助发动机20。
下面具体说明本发明的飞行汽车的不同工作模式。
在陆地模式下，飞行模式关闭。可以使主发动机10进入怠速模式，由二级中压气机13驱动汽车行驶。其中，可以维持二级中压气机13在最低工作转速，通过计算让工作推力尽量低，尽量减少多余推力损失。为此，处理模块可以通过发动机性能曲线计算经济区，控制喷油和点火，保证燃油经济性。车速由变速箱自动调节。排气系统60经过消声减速，降低整车噪音。
在陆地行驶状态下起飞时，通过俯仰装置120使车身前部上仰，同时伸出飞行翼40，打开辅助发动机20，并使主发动机10进入高速高负荷加速模式。同时，主控制单元可以根据GPS和4G信号预先计算飞行路线，预测车速和推力，计算好油耗量。起飞后，由三轴式陀螺仪传感器、风速传感器等信息传递给主控制单元，主控制单元根据各项信息计算所需推力和燃油供给并通过伸出所需长度的飞行翼40和翼板W的方向来控制飞行的平稳性。其中，为了保持飞行的经济性，可以关闭主发动机10，仅通过辅助发动机20维持飞行的最小推力。主发动机10可以仅在加速或者减速降落时打开。
另外，本发明的飞行汽车还具备如上所述的垂直起飞的性能，优选在静止情况下进行垂直起飞。
此外，本发明的主发动机10和辅助发动机20可以使用各种适当的能源，优选使用以各种脂类化合物与甲醇作为材料，在催化剂作用下通过脂交换反应获得的新型碳氢燃料。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (19)
1.一种飞行汽车，其特征在于，所述飞行汽车包括：主发动机(10)、陆地行驶机构(30)、能够从所述飞行汽车的车身向外伸出的飞行翼(40)以及用于改变飞行推力的方向的推力变向装置(50)，所述主发动机(10)为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，所述主发动机(10)的尾喷管(18)和加力燃烧室(19)之间设置有能够打开或关闭的排气系统(60)，所述主发动机(10)设置有取力器(11)，所述陆地行驶机构(30)连接于所述取力器(11)。
2.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述主发动机(10)沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机(20)，所述辅助发动机(20)为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机。
3.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述主发动机(10)为小型涡扇发动机并包括依次布置的一级风扇(12)、二级中压气机(13)、二级高压气机(14)、单级高压涡轮(15)和双级低压涡轮(16)，所述取力器(11)设置在所述二级中气压机(13)上，所述陆地行驶机构(30)为车辆行驶机构并包括减速器(31)，所述减速器(31)连接于所述取力器(11)，所述辅助发动机(20)为小型涡喷发动机并包括依次设置的单级中压气机(21)、单级高压气机(22)、单级高压涡轮(23)和单级低压涡轮(24)。
4.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述推力变向装置(50)包括反推装置，所述反推装置设置在所述飞行汽车的尾部两侧并用于改变所述辅助发动机(20)的推力的方向。
5.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述主发动机(10)和/或所述辅助发动机(20)包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置(50)包括所述方向能够调节的尾喷管。
6.根据权利要求2所述的飞行汽车，其特征在于，所述飞行翼(40)通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部。
7.根据权利要求6所述的飞行汽车，其特征在于，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼(40)的伸出所述车身侧部的长度。
8.根据权利要求6所述的飞行汽车，其特征在于，所述飞行汽车包括用于冷却所述主发动机的燃烧室(17)的水冷装置(70)和/或用于对所述主发动机(10)喷水加力的加力装置(80)，
其中，所述主发动机(10)和辅助发动机(20)的机油泵、润滑装置、所述飞行翼(40)的伸缩装置以及所述水冷装置(70)和/或所述加力装置(80)通过所述主发动机(10)的发动机附件机匣驱动。
9.根据权利要求6所述的飞行汽车，其特征在于，所述主发动机(10)包括设置在所述风扇的进口处的过滤防尘-消音装置(110)。
10.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述排气系统(60)包括连接于所述尾喷管两侧的排气管(61)和设置在所述排气管(61)中的控制阀(62)。
11.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，
所述飞行汽车的车身包括主体和覆盖所述主体的表面层，所述主体由超硬铝、钢或钛合金制成，所述表面层为高强度碳纤维复合材料；并且/或者，
所述飞行翼(40)包括骨架和包覆所述骨架的翼面，所述骨架由超硬铝、钢或钛合金制成，所述翼面为高强度碳纤维复合材料。
12.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述车身的尾部设置有用于改变飞行方向的翼板(W)。
13.根据权利要求1所述的飞行汽车，其特征在于，所述飞行汽车设置有降落伞装置。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的飞行汽车，其特征在于，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角。
15.一种用于权利要求1所述的飞行汽车的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括输入模块、处理模块和输出模块，所述输入模块包括用于切换陆地模式和飞行模式的模式切换开关，当所述模式切换开关从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块向所述输出模块发出关闭所述排气系统(60)的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统关闭，以使所述飞行汽车通过所述主发动机(10)的推力利用所述飞行翼(40)飞行；当所述模式切换开关从飞行模式切换为陆地模式时，所述处理模块向所述输出模块发出打开所述排气系统(60)、取力器(11)和推力变向装置(50)的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述排气系统(60)、取力器(11)和推力变向装置(50)打开，以使所述飞行汽车通过所述推力变向装置(60)降落并通过所述陆地行驶机构(30)行驶。
16.根据权利要求15所述的飞行汽车的控制系统，其特征在于，所述主发动机(10)沿所述飞行汽车的长度方向对中设置，所述飞行汽车还包括对称设置在所述飞行汽车的尾部的两个辅助发动机(20)，所述辅助发动机(20)为小型涡扇发动机或小型涡喷发动机，其中：
当所述模式切换开关从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块还向所述输出模块发出开启所述辅助发动机(20)的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述辅助发动机启动(20)，以辅助所述主发动机(10)提供飞行推力。
17.根据权利要求16所述的飞行汽车的控制系统，其特征在于，所述主发动机(10)和/或所述辅助发动机(20)包括方向能够调节的尾喷管，所述推力变向装置(50)包括所述方向能够调节的尾喷管，当所述模式信号切换时，所述处理模块还向所述输出模块发出调节所述方向能够调节的尾喷管的方向的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号调节所述方向能够调节的尾喷管的方向。
18.根据权利要求15所述的飞行汽车的控制系统，其特征在于，所述飞行汽车包括车身、前桥和后桥，所述车身能够相对于所述前桥俯仰，从而在起飞时能够使所述车身与地面呈飞行仰角，其中：
当从陆地模式切换为飞行模式时，所述处理模块还向所述输出模块发出控制所述车身上仰的信号，所述输出模块根据所述信号控制所述车身上仰，使得所述车身与地面呈所述飞行仰角。
19.根据权利要求15-18中任意一项所述的飞行汽车的控制系统，其特征在于，所述飞行翼(40)通过伸缩装置可伸缩地设置在所述车身侧部，所述伸缩装置设置为能够调节所述飞行翼(40)的伸出所述车身侧部的长度，其中：
所述输入模块还包括用于检测所述飞行汽车的飞行速度的速度检测单元和用于检测所述飞行汽车的飞行推力的推力检测单元并将所述速度检测单元的速度信号和所述推力检测单元的推力信号传送给所述处理模块，所述处理模块还用于根据所述速度信号和推力信号确定所述飞行翼(40)所需伸出的长度并向所述输出模块发出以所述长度伸出所述飞行翼(40)的信号，所述输出模块根据所述处理模块的信号控制所述伸缩装置以所述长度伸出所述飞行翼(40)。
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