CN105035319A - 一种新型垂直起降飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型垂直起降飞行器及其控制方法，所述飞行器包含飞行器本体，所述飞行器本体上包含机身、至少一对机翼和尾翼，在所述飞行器的机翼上，对称设有两个或两个以上可倾转螺旋翼，在飞行器的机身从前往后的水平轴线上，在机翼之后、靠近飞行器尾翼的中央，垂直于机身设置有一个小型的涵道风扇系统，所述飞行器的重心设置于可倾转螺旋翼与涵道风扇系统几个动力系统之间并位于机身水平轴线之上，所述可倾转螺旋翼的螺旋桨驱动结构采用固定翼的螺旋桨驱动结构。本发明设计巧妙，因为涵道风扇系统的设置和重心的重新设置，使得主旋翼结构可以进行简化，降低了结构复杂性、重量和成本，同时提高了产品飞行的稳定性，动力稳定，安全可靠。

Description

一种新型垂直起降飞行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及航空模型领域，尤其是涉及一种新型垂直起降飞行器及其控制方法。

背景技术

现有的垂直起降并具备水平固定翼飞行模式的飞机的结构，如美国的鱼鹰运输机，其在垂直起飞模式下的俯仰控制是采用两个主旋翼上的变螺距结构实现的，其基本原理和现有的直升机是完全一样的，并没有任何的技术上的创新，这种结构虽然能有效控制俯仰，但是有以下明显的缺点：

1结构过于复杂，加工精度要求高，不便于维护；

2结构重量大，由于结构联接件多，为了保证结构强度必然将部件做得很粗大，从而降低了减重的可能性。

发明内容

本发明为解决以上问题，为此提供了一种采用全新结构的能大大简化主旋翼的结构、降低重量、降低成本、节能、可延长续航能力的新型垂直起降飞行器及其控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种新型垂直起降飞行器，其特征在于，包含飞行器本体，所述飞行器本体上包含机身、至少一对机翼和尾翼，在所述飞行器的机翼上，对称设有两个或两个以上可倾转螺旋翼，在飞行器的机身从前往后的水平轴线上，在机翼之后、靠近飞行器尾翼的中央，垂直于机身设置有一个小型的涵道风扇系统，所述飞行器的重心设置于可倾转螺旋翼与涵道风扇系统几个动力系统之间并位于机身水平轴线之上，所述可倾转螺旋翼的螺旋桨驱动结构采用固定翼的螺旋桨驱动结构。

作为优选，所述飞行器包含一对对称设置在机身上的机翼和两个可倾转螺旋翼，所述两个可倾转螺旋翼分别设置在两个机翼的翼尖，所述飞行器的重心设置于两个可倾转螺旋翼的连线与机身水平轴线的交点与涵道风扇系统在机身水平轴线上的点这两点之间。

作为优选，所述涵道风扇系统隐藏在机体结构内，在平飞时不会产生过多的空气阻力。

作为优选，所述涵道风扇系统连接飞行器的主电力系统和控制系统，由主控制系统控制其开关和转速调节。

本发明还提供了上述新型垂直起降飞行器的控制方法，技术方案如下：

上述新型垂直起降飞行器的控制方法，由设置在飞行器本体内部的操作系统控制：

当飞行器垂直起飞时，控制可倾转螺旋翼与地面垂直固定朝上，开启，以产生升力，涵道风扇系统开启以产生向上的力；

当飞行器从垂直起飞向平飞切换时，可倾转螺旋翼由与地面垂直向上转向水平向前，在此切换过程中，涵道风扇系统的风扇转速提高，使得飞行器的重心得以平衡，实现飞行器的俯仰控制，所述涵道风扇系统风扇转速的调节标准以可倾转螺旋翼产生的升力同涵道风扇系统所产生的升力与飞行器重力之间相平衡为标准；即，在这个过程中，只需要操纵系统改变旋翼上升力的大小和涵道风扇的升力，而不需要改变旋翼升力倾斜的方向，即省去了在主旋翼上设置变螺距结构的设计，使得主旋翼只采用固定翼的螺旋桨驱动结构即可，简化了现有技术中的结构，利于维护，重量轻，节约能源；

当飞行器平飞时，可倾转螺旋翼固定水平朝前以产生向前的推力，涵道风扇系统关闭，使飞行器像固定翼螺旋桨飞机一样依靠机翼产生升力飞行；

当飞行器在平飞过程中出现横侧即左右方向不稳时，要实现飞行器的横侧稳定控制时，通过调整可倾转螺旋翼的转速实现；

当飞行器从平飞需要提高或降低高度向垂直起降切换时，可倾转螺旋翼由水平向前转向垂直向上，在此切换过程中，涵道风扇系统开始启动，并通过控制系统，调节转速来保持机身俯仰姿态的稳定，当需要降落时，通过同时合理的减小可倾转螺旋翼螺旋桨和涵道风扇系统的推力来实现；

当飞行器悬停时，可倾转螺旋翼方向固定朝上以产生升力，涵道风扇系统开启以产生向上的力。

本发明的有益效果是：本发明设计巧妙，在机身尾部增加一个小型的涵道风扇系统，并将飞行器重心移至可倾转机翼即主旋翼与尾部的涵道风扇系统几个动力系统中间，正因为涵道风扇系统的设置和重心的重新设置（现有技术中飞机的重心与飞机主旋翼在一条直线上或靠得很近），飞行器的动力提供和稳定的方式可发生改变，使得在保证优良的平衡性的同时，主旋翼结构可以较以前的复杂的变螺距结构简化，由此巧妙的实现主旋翼结构的简化，即可采用常规的最简单的固定翼的螺旋桨驱动结构；飞行时，只需要调整主旋翼的转速来实现模型横侧的稳定控制，而俯仰控制通过尾涵道风扇的转速来实现，这样做的好处大大简化了主旋翼的结构复杂性和重量，降低了成本，也节约能源，延长了续航时间，同时提高了产品飞行的稳定性，并且易于维护，安全性好；涵道风扇系统还可以巧妙的隐藏在机体结构内，在平飞时不会产生过多的空气阻力；在切换成水平飞行后，尾部的涵道风扇系统可以通过控制系统关闭，这样并不消耗额外的能量。

本发明的控制方法，特殊巧妙地配合了本发明的设计，充分应用涵道风扇系统的设置和重心的重新设置，基于最简单普通结构的主旋翼完美利用力学平衡原理实现了飞行器的高稳定性飞行和最合理使用能量的问题，实用性极强，值得推广。

此发明方案不局限鱼鹰仿真遥控模型，也同样适用于相同的含有两个主螺旋桨加一个涵道风扇系统的动力的控制方案，在当今垂直起降飞行器设计中，居有领先的结构性能优势，并具有广阔的实际应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明实施例的飞行器平飞状态下的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的飞行器垂直起飞状态下的前视结构示意图；

图中：1、飞行器本体；2、机身；3、机翼；4、尾翼；5、可倾转螺旋翼；6、涵道风扇系统。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示的一种新型垂直起降飞行器，其特征在于，包含飞行器本体1，所述飞行器本体1上包含机身2、一对机翼3和尾翼4，在所述飞行器的机翼3的翼尖上，对称设有两个可倾转螺旋翼5，在飞行器的机身2从前往后的水平轴线上，在机翼3之后、靠近飞行器尾翼4的中央，垂直于机身设置有一个小型的涵道风扇系统6，所述飞行器的重心设置于两个可倾转螺旋翼5的连线与机身水平轴线的交点与涵道风扇系统6在机身水平轴线上的点这两点之间并位于机身2水平轴线之上，所述可倾转螺旋翼5的螺旋桨驱动结构采用固定翼的螺旋桨驱动结构。

所述涵道风扇系统6隐藏在机体结构内，在平飞时不会产生过多的空气阻力。

所述涵道风扇系统6连接飞行器的主电力系统和控制系统，由主控制系统控制其开关和转速调节。

上述新型垂直起降飞行器的控制方法，由设置在飞行器本体内部的操作系统控制：

当飞行器垂直起飞时，控制可倾转螺旋翼5与地面垂直固定朝上，开启，以产生升力，涵道风扇系统6开启以产生向上的力，即像直升机一样垂直起飞，所述飞行器垂直起飞状态下的前视图如图2所示；

当飞行器从垂直起飞向平飞切换时，可倾转螺旋翼5由与地面垂直向上转向水平向前，在此切换过程中，涵道风扇系统6的风扇转速提高，使得飞行器的重心得以平衡，实现飞行器的俯仰控制，所述涵道风扇系统风扇6转速的调节标准以可倾转螺旋翼5产生的升力同涵道风扇系统6所产生的升力与飞行器重力之间相平衡为标准；即，在这个过程中，只需要操纵系统改变可倾转螺旋翼上升力的大小和涵道风扇的升力，而不需要改变可倾转螺旋翼升力倾斜的方向，即省去了现有技术中的需要在主旋翼上设置变螺距结构的设计，使得主旋翼只采用常规的固定翼的螺旋桨驱动结构即可，简化了现有技术中的结构，利于维护，重量轻，节约能源；

当飞行器平飞时，可倾转螺旋翼5固定水平朝前以产生向前的推力，涵道风扇系统6关闭，使飞行器像固定翼螺旋桨飞机一样依靠机翼产生升力飞行；

当飞行器在平飞过程中出现横侧即左右方向不稳时，要实现飞行器的横侧稳定控制时，通过调整可倾转螺旋翼5的转速实现；

当飞行器从平飞需要提高或降低高度向垂直起降切换时，可倾转螺旋翼5由水平向前转向垂直向上，在此切换过程中，涵道风扇系统6开始启动，并通过控制系统，调节转速来保持机身俯仰姿态的稳定，当需要降落时，通过同时合理的减小可倾转螺旋翼5螺旋桨和涵道风扇系统的推力来实现；

当飞行器悬停时，可倾转螺旋翼5方向固定朝上以产生升力，涵道风扇系统开启以产生向上的力。

本发明设计巧妙，在机身尾部增加一个小型的涵道风扇系统，并将飞行器重心移至可倾转机翼5即主旋翼与尾风扇三个动力系统中间，正因为涵道风扇系统的设置和重心的重新设置（现有技术中飞机的重心与飞机主旋翼在一条直线上或靠得很近），飞行器的动力提供和稳定的方式可发生改变，使得在保证优良的平衡性的同时，主旋翼结构可以较以前的复杂的变螺距结构简化，由此巧妙的实现主旋翼结构的简化，即可采用常规的最简单的固定翼的螺旋桨驱动结构，飞行时，只需要调整主旋翼的转速来实现模型横侧的稳定控制，而俯仰控制通过尾涵道风扇的转速来实现，这样做的好处大大简化了主旋翼的结构复杂性和重量，降低了成本，也节约能源，延长了续航时间，同时提高了产品飞行的稳定性，并且易于维护，安全性好，可靠性高；涵道风扇系统还可以巧妙的隐藏在机体结构内，在平飞时不会产生过多的空气阻力；在切换成水平飞行后，尾部的涵道风扇系统可以通过控制系统关闭，这样并不消耗额外的能量。

这个方案经过实用化的仿真模型实际试飞，已经完全达到同样的飞行效果，证明了该发明的可行性。

此发明方案不局限鱼鹰仿真遥控模型，也同样适用于相同的含有两个主螺旋桨加一个涵道风扇系统的动力的控制方案，在当今垂直起降飞行器设计中，居有领先的结构性能优势，并具有广阔的实际应用前景。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种新型垂直起降飞行器，其特征在于，包含飞行器本体（1），所述飞行器本体（1）上包含机身（2）、至少一对机翼（3）和尾翼（4），在所述飞行器的机翼（3）上，对称设有两个或两个以上可倾转螺旋翼（5），在飞行器的机身（2）从前往后的水平轴线上，在机翼（3）之后、靠近飞行器尾翼（4）的中央，垂直于机身设置有一个小型的涵道风扇系统（6），所述飞行器的重心设置于可倾转螺旋翼（5）与涵道风扇系统（6）几个动力系统之间并位于机身（2）水平轴线之上，所述可倾转螺旋翼（5）的螺旋桨驱动结构采用固定翼的螺旋桨驱动结构。

2.根据权利要求1所述的新型垂直起降飞行器，其特征在于，所述飞行器包含一对对称设置在机身上的机翼（3）和两个可倾转螺旋翼（5），所述两个可倾转螺旋翼（5）分别设置在两个机翼（3）的翼尖，所述飞行器的重心设置于两个可倾转螺旋翼（5）的连线与机身水平轴线的交点与涵道风扇系统（6）在机身水平轴线上的点这两点之间。

3.根据权利要求1所述的新型垂直起降飞行器，其特征在于，所述涵道风扇系统（6）隐藏在机体结构内。

4.根据权利要求1所述的新型垂直起降飞行器，其特征在于，所述涵道风扇系统（6）连接飞行器的主电力系统和控制系统，由主控制系统控制其开关和转速调节。

5.根据要求要求1~4任意一项所述的新型垂直起降飞行器的控制方法，其特征在于：由设置在飞行器本体内部的操作系统控制：

当飞行器垂直起飞时，控制可倾转螺旋翼（5）与地面垂直固定朝上，开启，以产生升力，涵道风扇系统（6）开启以产生向上的力；

当飞行器从垂直起飞向平飞切换时，可倾转螺旋翼（5）由与地面垂直向上转向水平向前，在此切换过程中，涵道风扇系统（6）的风扇转速提高，使得飞行器的重心得以平衡，实现飞行器的俯仰控制，所述涵道风扇系统风扇（6）转速的调节标准以可倾转螺旋翼（5）产生的升力同涵道风扇系统（6）所产生的升力与飞行器重力之间相平衡为标准；

当飞行器平飞时，可倾转螺旋翼（5）固定水平朝前以产生向前的推力，涵道风扇系统（6）关闭，使飞行器像固定翼螺旋桨飞机一样依靠机翼产生升力飞行；

当飞行器在平飞过程中出现横侧即左右方向不稳时，要实现飞行器的横侧稳定控制时，通过调整可倾转螺旋翼（5）的转速实现；

当飞行器从平飞需要提高或降低高度向垂直起降切换时，可倾转螺旋翼（5）由水平向前转向垂直向上，在此切换过程中，涵道风扇系统（6）开始启动，并通过控制系统，调节转速来保持机身俯仰姿态的稳定，当需要降落时，通过同时合理的减小可倾转螺旋翼（5）螺旋桨和涵道风扇系统的推力来实现；

当飞行器悬停时，可倾转螺旋翼（5）方向固定朝上以产生升力，涵道风扇系统开启以产生向上的力。