CN104875875A - 一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其技术要点是：升降系统包括机翼、升降涵道及螺旋桨，控制室设在机体的前部，机体中部靠近左右两侧设有升降涵道，螺旋桨处于升降涵道内，机体两侧对称开设有喷气窗口，升降涵道的下部与喷气窗口连通，机体的两侧处于喷气窗口外对称设有羽翼型的机翼，机翼的截面为向外鼓起的弧面，螺旋桨的传动轴与控制室内的动力传动系统相连；推进系统包括推进涵道，推进喷管及风扇，推进涵道靠近机体的后半部对称设在机体的两侧，其后部连接推进喷管，风扇设在推进涵道内。本发明的升降涵道可形成定向气流，并由机翼将气流聚拢形成气体机翼迅速托起机体，其起飞与降落不受周围环境的影响，使用更灵活方便。

Description

一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器

技术领域：

本发明涉及一种飞行器，具体涉及一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器。

背景技术：

飞行器顾名思义就是飞离坚实陆地，翱翔在广阔的天空来去自如，要飞行最重要的是平稳起飞、安全着陆。从看着鸟儿飞行蓝天之上到现在能坐着飞机飞行，有无数的研究航空飞行事业的先驱者，自从福特提出飞行汽车理念近100年的时间里，许多发明人认为将来的个人交通工具一定会沿着飞行汽车的方向发展，虽然以现在的科学技术要想汽车飞上天已经不是难事了，但要在拥挤的公路上四面都有车的情况下升空则很难做到，更难的是在城市的街道上四面有车、有建筑物的环境下让汽车不受环境影响而平稳起飞。

现有能飞上天空的飞行器五花八门、种类繁多，主要可分为固定翼飞行器和扑翼飞行器。固定翼飞行器的技术较成熟，但需跑道才能起落，其应用成本高；扑翼飞行器的飞行原理是模仿自然界的鸟类或昆虫的飞行方式，其动力来源是空气对飞行器的反作用力，无需跑道，使用更灵活。而无论是哪种飞行器，其上升原因是空气对其竖直向上的推力大于其自身的重力，要获得前进方向的运动必须还得有一个水平的推进力，这样飞行器才能完成基本的飞行。所以能在大气层内进行可控飞行的各种飞行器都必须产生一个大于自身重力的向上的力，才能升入空中。因此，扑翼飞行器必须能同时获得空气对其在水平和竖直方向上的足够的反作用力，即升力和推进力，才能完成简单飞行。

由于扑翼飞行器是根据鸟类飞行时一双翅膀拍打空气产生上升力和变换翅膀拍打角度产生推进力的原理进行飞行的，所以扑翼飞行器也需要一对翅膀才能安全的航行，但拍动翅膀制作的传动系统又过于复杂，且翅膀还需要有足够大的面积，而翅膀面积大就会使飞行和起落都受到周围环境的制约，其使用具有一定的局限性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其设置的升降涵道可形成定向气流，并由机翼将气流聚拢，气流喷出时受机翼形状的约束就如同放大的气体机翼以便迅速托起机体，其起飞与降落不受周围环境的影响，使用更灵活方便。

本发明的气羽翼式气流定向载重运输飞行器，包括机体、控制室、升降系统和推进系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：所述升降系统包括机翼、升降涵道及螺旋桨，所述控制室设在机体的前部，所述机体中部靠近左右两侧设有升降涵道，所述螺旋桨处于升降涵道内，所述机体两侧的侧壁上对称开设有喷气窗口，升降涵道的下部与喷气窗口连通，机体的两侧处于喷气窗口外对称设有羽翼型的机翼，所述机翼的截面为向外鼓起的弧面，所述螺旋桨的传动轴与控制室内的动力传动系统相连；所述推进系统包括推进涵道，推进喷管及风扇，所述推进涵道靠近机体的后半部对称设置在机体的两侧，其后部连接推进喷管，所述风扇设在推进涵道内。

作为本发明的进一步改进，所述升降涵道、喷气窗口及机翼的数量分别4为个，机体两侧的侧壁上处于每个升降涵道旁均设有一个喷气窗口，机体两侧处于每个喷气窗口外均设有一个机翼，升降涵道的上半部分为竖直状，下半部分为向喷气窗口处弯曲的弧状。将升降涵道的数量限定为4个，在保证机体可正常起飞的前提下减轻整机的重量，气流沿着各升降涵道流向各机翼的内侧，使气流形成定向流动，让气流按需要的方向推动空气产生反作用力，以机翼来聚拢气流，由此产生强大升力将整个机体托起。

作为本发明的进一步改进，所述升降涵道内处于螺旋桨的下方设有2个同心的且弯曲方向与其相同的隔气仓板，通过隔气仓板将升降涵道分割成两个腔室，从而增加对气流的挤压力度，进而增加对机体的升力。进一步地，所述隔气仓板的横截面为朝向机体侧面的弧形。此形状可便于气流的导出。

作为本发明的进一步改进，所述机体左右两侧的侧壁上处于喷气窗口的上方设有弧形的滑道，所述滑道上设有传动齿，所述机翼的内侧设有滑行电机，所述滑行电机由控制室内的中央控制系统进行控制，其输出轴上设有齿轮，齿轮处于滑道内并与滑道上的传动齿相啮合。当机翼沿滑道以喷气窗口为中心进行前后滑动时，机翼内侧面与气流的接触面会发生角度变换，相当于调节气流的推出方向，以便控制飞行器的垂直升降和飞行时的平衡。

作为本发明的进一步改进，所述机翼通过转动轴与升降涵道的侧壁转动连接，其转动轴与控制室内的动力传动系统相连。这样使机翼的前后两端可沿着机体在一定角度范围内进行上下转动，也可实现调节气流推出的方向的目的。

作为本发明的进一步改进，所述推进喷管为柔性管体，所述机体靠近后部处于两个推进喷管之间设有带双输出轴的转动电机，其两个输出轴分别与伸入两个推进喷管内的转杆连接，转动电机的电机座处于转动滑道内，电机座与设于转动电机旁的液压缸的活塞连接，所述转杆至少为依次顺接的两根转杆，相邻转杆之间通过活接相连。使推进喷管能够水平左右弯曲、垂直上下弯曲，从而调节所喷气流的角度，为机体运行助力。进一步地，所述转动电机的两个输出轴上与推进喷管的接触处分别设有密封轴承，在保证输出轴正常转动的前提下确保推进喷管的密封性。

作为本发明的进一步改进，所述控制室的两侧对称设有上升调节板，所述上升调节板通过转动轴与控制室的侧壁转动连接，其转动轴与控制室内的动力传动系统相连。上升调节板可根据飞行器上升的速度调节自身角度，为飞行器上升助力。

作为本发明的进一步改进，所述机翼内侧面与喷气窗口相对的部分设有两两相对呈八字形的隔气板。弧形机翼的上弧有利于在飞行时气流从其表面迅速流过，从而减小气流对机翼表面的压力；多个隔气板之间形成的导流槽可使弧形机翼内侧面的气流分布更均匀，以便于按机翼的形状均匀引导气流向外流出。

作为本发明的进一步改进，所述机翼与机体之间的夹角为45～75°，使流经机翼内侧面的气流沿机翼内侧面与机体成45～75°角的方向向下流出，该角度范围可最大程度的提高气流对机翼的上升推力。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋桨为同轴反转螺旋桨，可增大进风量，更增加排风的压力与风速，进而增加对飞行器的升力。

作为本发明的进一步改进，所述风扇为同轴反转风扇，可增大进风量，更增加排风的压力与风速，进而增加对飞行器的推进力。

作为本发明的进一步改进，所述升降涵道为圆形，可均匀分布并压缩气流。

作为本发明的进一步改进，所述机体的上表面靠近后侧设有平衡板，平衡板与机体之间形成气流通道。平衡板的两端可向机体的两侧延长以便增加平衡效果，气流流经此气流通道时可进一步被压缩，以便增大对机体的推进力。

本发明的有益效果是：本发明的气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其升降系统中的机翼的形状根据鸟儿飞翔时扑打空气、下压空气过程中翅膀的弯曲形状而设计的，其工作原理是根据翅膀下压空气产生的反作用力来托起机体，进而实现飞行器的飞行的。羽翼型的机翼配合升降涵道内的螺旋桨所产生的定向气流，使飞行器的飞行效果就如同鸟儿在天上翱翔，当遇到上升的气流时，鸟儿伸展翅膀利用上升气流的向上浮力在天空中滑行。升降系统中的升降涵道内的螺旋桨采用同轴反转螺旋桨，能够产生强大的气流，气流通过升降涵道后由喷气窗口流向机翼的内侧面，从而形成定向气流，通过定向气流来弥补机翼面积的不足，使气流按需要的方向推动空气产生反作用力，由此产生强大的升力将整个机体托起。其中可通过调节机翼在滑道上所处的位置来调节机翼的角度和形态，从而约束气流的形态和流动的方向，就如同鸟儿飞行时变换不同形态的翅膀来扑打空气所产生的效果，使飞行器能升高，能降落，不受环境的影响垂直起降。推进系统通过涵道风扇产生的气流由推进喷管喷出，从而形成空气的反作用力来作为机体前行的推进力。本发明可同时将举升、悬停、推进等功能集中在一个羽翼系统中，其能量利用率更高，即可推进飞行，也可滑翔飞行，无需滑道，使用更灵活。本发明开创了飞行器飞天技术的革新，能够实现垂直起降、空中悬停，其如同鸟儿飞行一般能够自由前进、后退，可原地360°自由转弯，能够迅速改变飞行角度，起飞与降落不受周围环境影响，整体抗风能力强，能穿行狭窄物体之间，飞行噪音低，且飞行载重负荷量大。

附图说明：

图1是本发明的俯视图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的后视图；

图4是图1沿A-A的剖视图；

图5是图1沿B-B的剖视图；

图6是转动电机与转杆连接示意图；

图7是图3中C部的放大图；

图8是本发明中机翼内侧设置的滑行电机结构示意图；

图9是本发明中机翼的内侧示意图。

具体实施方式：

参照图1至图5，该气羽翼式气流定向载重运输飞行器，包括机体1、控制室5、升降系统和推进系统，所述升降系统包括4个机翼2、4个升降涵道6及4个螺旋桨3，所述控制室5设在机体1的前部，其内设有中央控制系统、动力传动系统、各种监测仪表及卫星定位系统等，所述机体1中部靠近左右两侧各设置2个升降涵道6，每个升降涵道6内设有1个螺旋桨3，所述螺旋桨3为同轴反转螺旋桨，其传动轴与控制室5内的活塞发动机或涡轮发动机相连，所述机体1两侧的侧壁处于每个升降涵道6旁均开设有一个喷气窗口13，升降涵道6的上半部分为竖直状，下半部分为向喷气窗口13处弯曲的弧状并与喷气窗口13连通，机体1的两侧处于喷气窗口13外对称设有羽翼型的机翼2，所述机翼2的截面为向外鼓起的弧面，所述推进系统包括推进涵道18，推进喷管4及风扇8，所述推进涵道18靠近机体1的后半部对称设置在机体1的两侧，其后部连接推进喷管4，所述风扇8设在推进涵道18内，所述风扇8为同轴反转风扇。

工作时，通过控制室5内中央控制系统及动力传动系统来分别控制4个同轴反转螺旋桨3的转速，以转速来调节风量和风速，每个同轴反转螺旋桨3产生的气流通过各升降涵道6流向各喷气窗口13，再由各喷气窗口13喷向各机翼2的内侧面，使气流形成气体机翼，由于各机翼2的截面为向外鼓起的弧面，其形状如同鸟儿飞行时扑打空气下压气流的翅膀的弯曲形状，流向各机翼2内侧面的气流受各机翼2的形状约束，再沿各机翼2内侧面向下流动，最终从各机翼2的下端喷出，从而使各机翼2形同鸟儿扇动翅膀时产生向上的反作用力，当流经各机翼2内侧面的空气足够多时，形成的空气反作用力对整个机体1向上的推力大于机体1的自身重力，由此产生强大的升力将整个机体1托起；两个同轴反转风扇8产生的气流分别流入两个推进涵道18内，再由两个推进喷管4喷出，从而形成空气的反作用力来作为机体1前行的推进力。

此过程中，各同轴反转螺旋桨3产生的气流通过各升降涵道6喷向各喷气窗口13，再由各喷气窗口13喷向各机翼2的内侧面，使气流形成定向流动，气流定向和机翼2互为辅助，以气流来辅助机翼2面积的不足，以升降涵道6来约束气流的流向，使气流按需要的方向推动空气产生对机翼2的反作用力，进而将整个机体1托起。

所述升降涵道6左右两侧的侧壁上处于喷气窗口13的上方设有弧形的滑道14，所述滑道14上设有传动齿15，所述机翼2的内侧设有滑行电机16，所述滑行电机16由控制室5内的中央控制系统进行控制，其输出轴上设有齿轮17，齿轮17处于滑道14内并与滑道14上的传动齿15相啮合。通过此结构将机翼2滑动设于升降涵道6左右两侧的侧壁上，当机翼2沿滑道14以喷气窗口13为中心进行前后滑动时，机翼2内侧面与气流的接触面会发生角度变换，相当于调节气流的推出方向，以便控制飞行器的垂直升降和飞行时的平衡。

参照图3和图6，所述推进喷管4为柔性管体或活节状管体，所述机体1靠近后部处于两个推进喷管4之间设有带双输出轴的转动电机19，其两个输出轴23分别与伸入两个推进喷管4内的转杆25连接，转动电机19的电机座20处于转动滑道21内，电机座20与设于转动电机19旁的液压缸22的活塞连接，所述转杆25至少为依次顺接的两根转杆，相邻转杆25之间通过活接相连，所述转动电机19的两个输出轴23上与推进喷管4的接触处分别设有密封轴承24，转动电机19和液压缸22均由控制室5内的中央控制系统进行控制。通过液压缸22的活塞来带动电机座20进行左右移动，进而使转杆25左右移动，由转杆25带动推进喷管4进行左右移动；通过转动电机19的正反转转动来使转杆25进行上下转动，进而带动推进喷管4进行上下转动，转动电机19的旋转角度控制在90°范围内。工作时，推进喷管4由控制室5内的中央控制系统进行不同方向的角度调节，其能进行水平左右弯曲、垂直上下弯曲，各方向的弯曲角度为90°。当机体1水平飞行时，推进喷管4平行喷出的气流与空气形成反作用力，可推动机体1平稳飞行，此过程中，如果机体1的载重有偏差时，推进喷管4能通过控制室5内的中央控制系统自动调节推进喷管4的角度，进而调节其所喷气流的角度；当机体1垂直升起时，推进喷管4向下弯曲90°，其喷出的气流为机体1的上升助力，也能使机体1进行斜坡式爬升起飞；推进喷管4喷出的气流与机翼2流出的气流的相互配合，使机体1能空中悬停或迅速升降。

参照图5，所述各升降涵道6内处于螺旋桨3的下方设有2个同心的且弯曲方向与其相同的隔气仓板7，其将升降涵道6分割成两个腔室，从而增加对气流的挤压力度，进而增加对机体的升力。所述隔气仓板7的横截面为朝向机体1侧面的弧形，此形状可便于气流的导出。

参照图1至图3，所述控制室5的两侧对称设有上升调节板9，所述上升调节板9通过转动轴与控制室5的侧壁转动连接，其转动轴与控制室5内的动力传动系统相连。上升调节板9的前端可逆时针向上抬起，再落回原位，如此往复为机体1上升助力。

参照图9，所述机翼2内侧面与喷气窗口13相对的部分设有两两相对呈八字形的隔气板12形成导流槽，使机翼2内的气流分布更均匀，同时也便于气流的导出。

参照图1至图4，所述机体1的上表面靠近后侧设有平衡板11，平衡板11与机体1之间形成气流通道，平衡板11的两端可向机体1的两侧延长以便增加平衡效果，气流流经平衡板11与机体1之间形成的气流通道时可进一步被压缩，以便增加对机体1的推进力。

所述推进系统也可在机体1后部安装两台涡轮喷气机为推进喷管4提供气流，那样飞行的速度会大大提高，但民用个人使用还是以节省能耗为设计理念。

Claims (10)

1.一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，包括机体(1)、控制室(5)、升降系统和推进系统，其特征在于：所述升降系统包括机翼(2)、升降涵道(6)及螺旋桨(3)，所述控制室(5)设在机体(1)的前部，所述机体(1)中部靠近左右两侧设有升降涵道(6)，所述螺旋桨(3)处于升降涵道(6)内，所述机体(1)两侧的侧壁上对称开设有喷气窗口(13)，升降涵道(6)的下部与喷气窗口(13)连通，机体(1)的两侧处于喷气窗口(13)外对称设有羽翼型的机翼(2)，所述机翼(2)的截面为向外鼓起的弧面，所述螺旋桨(3)的传动轴与控制室(5)内的动力传动系统相连；所述推进系统包括推进涵道(18)，推进喷管(4)及风扇(8)，所述推进涵道(18)靠近机体(1)的后半部对称设置在机体(1)的两侧，其后部连接推进喷管(4)，所述风扇(8)设在推进涵道(18)内。

2.如权利要求1所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述升降涵道(6)、喷气窗口(13)及机翼(2)的数量分别为4个，机体(1)两侧的侧壁上处于每个升降涵道(6)旁均设有一个喷气窗口(13)，机体(1)两侧处于每个喷气窗口(13)外均设有一个机翼(2)，升降涵道(6)的上半部分为竖直状，下半部分为向喷气窗口(13)处弯曲的弧状。

3.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述升降涵道(6)内处于螺旋桨(3)的下方设有2个同心的且弯曲方向与其相同的隔气仓板(7)，所述隔气仓板(7)的横截面为朝向机体(1)侧面的弧形。

4.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述机体(1)左右两侧的侧壁上处于喷气窗口(13)的上方设有弧形的滑道(14)，所述滑道(14)上设有传动齿(15)，所述机翼(2)的内侧设有电机(16)，所述电机(16)由控制室(5)内的中央控制系统进行控制，其输出轴上设有齿轮(17)，齿轮(17)处于滑道(14)内并与滑道(14)上的传动齿(15)相啮合。

5.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述推进喷管(4)为活节状管体或柔性管体，所述机体(1)靠近后部处于两个推进喷管(4)之间设有带双输出轴的转动电机(19)，其两个输出轴(23)分别与伸入两个推进喷管(4)内的转杆(25)连接，转动电机(19)的电机座(20)处于转动滑道(21)内，电机座(20)与设于转动电机(19)旁的液压缸(22)的活塞连接，所述转杆(25)至少为依次顺接的两根转杆，相邻转杆(25)之间通过活接相连，转动电机(19)和液压缸(22)均由控制室(5)内的中央控制系统进行控制。

6.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述控制室(5)的两侧对称设有上升调节板(9)，所述上升调节板(9)通过转动轴与控制室(5)的侧壁转动连接，其转动轴与控制室(5)内的动力传动系统相连。

7.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述机翼(2)内侧面与喷气窗口(13)相对的部分设有两两相对呈八字形的隔气板(12)。

8.如权利要求6所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述机翼(2)与机体(1)之间的夹角为45～75°。

9.如权利要求2所述的一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述螺旋桨(3)为同轴反转螺旋桨，所述风扇(8)为同轴反转风扇。

10.如权利要求5所述的气羽翼式气流定向载重运输飞行器，其特征在于：所述转动电机(19)的两个输出轴(23)上与推进喷管(4)的接触处分别设有密封轴承(24)。