CN105217023A - 一种四轴滑翔飞行器 - Google Patents

Abstract

一种四轴滑翔飞行器，属飞行器技术领域，包括机身、左复合翼、右复合翼、尾翼和起落架。左复合翼和右复合翼结构相同，对称安装于机身的左右两侧。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。左复合翼包括支架、小机身、内电动螺旋桨、外电动螺旋桨、内活动翼片和外活动翼片。外电动螺旋桨和内电动螺旋桨的结构相同，转向相反，对称安装在小机身的左右两边，它们的螺旋桨的旋转平面处于水平位置。外活动翼片和内活动翼片结构相同，对称安装在小机身的左右两侧，在操控系统的操作下它们能绕小机身转摆。外电动螺旋桨和内电动螺旋桨分别处于外活动翼片和内活动翼片的正下方。所述飞行器方便采用锯齿形和波浪形飞行模式，能垂直起降和悬停，安全高效且稳定。

Description

一种四轴滑翔飞行器

技术领域

一种四轴滑翔飞行器，属飞行器技术领域，尤其涉及一种四轴滑翔飞行器。

背景技术

传统的飞机起飞和降落需要跑道，不能垂直起降，也不方便超低速或悬停飞行，较短距离起降也很困难。传统的直升机能耗大，效率低，安全性和稳定性不高。发动机尤其是采用电动机时长期运行容易发热，使用寿命短，用电池时对电池的最大持续放电电流要求高，电池的使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是克服上述传统技术的不足，发明一种能垂直起降的高效的安全稳定的四轴滑翔飞行器。

一种四轴滑翔飞行器，包括机身、左复合翼、右复合翼、尾翼和起落架。机身内配有操控系统和机载设备。左复合翼和右复合翼结构相同，它们对称安装于机身的左右两侧。尾翼位于机身的尾部，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼包括前固定部分和后活动部分，水平尾翼起水平安定面和俯仰控制作用；垂直尾翼包括前固定部分和后活动部分，垂直尾翼起竖向安定面和方向舵的作用。起落架采用轮式结构或轮式与滑橇组合式结构。

左复合翼的具体结构是：左复合翼包括支架、小机身、内电动螺旋桨、外电动螺旋桨、内活动翼片和外活动翼片。支架的右端与机身相连。小机身固定在支架的中部。外电动螺旋桨和内电动螺旋桨的结构相同，转向相反，它们由锂电池供电。外电动螺旋桨和内电动螺旋桨对称安装在小机身的左右两边安装于支架的下方，外电动螺旋桨和内电动螺旋桨的螺旋桨的旋转平面处于水平位置。外活动翼片和内活动翼片结构相同，它们对称安装在小机身的左右两侧，内活动翼片靠近机身而外活动翼片远离机身，外活动翼片和内活动翼片的翼根与小机身相连，在操控系统的操作下外活动翼片和内活动翼片能绕小机身转摆，转摆角度小于90°，即能从水平位置向上偏转到接近竖直位置，外活动翼片和内活动翼片转摆的动作采用联动或单独控制动作两种方式，外活动翼片和内活动翼片能锁定在转摆范围内任意位置，它们的上反角范围为0~90°之间。外活动翼片和内活动翼片处于横向状态即它们的前缘横向水平时，它们的前缘高于它们的后缘，它们的攻角小于20°，外电动螺旋桨和内电动螺旋桨分别处于外活动翼片和内活动翼片的正下方，外电动螺旋桨和内电动螺旋桨分别与外活动翼片和内活动翼片的最小间隙不小于外电动螺旋桨直径的八分之一。外活动翼片和内活动翼片的弦长分别大于外电动螺旋桨和内电动螺旋桨的直径；外活动翼片和内活动翼片的展长分别大于外电动螺旋桨和内电动螺旋桨的直径。

该发明一种四轴滑翔飞行器包含但不限于以下有益效果：如将左复合翼和右复合翼的所有活动翼片都置于横向状态，起动所有的电动螺旋桨，所述飞行器可实现短距离前行起飞；如将左复合翼和右复合翼的所有活动翼片都置于接近竖直状态，起动所有的电动螺旋桨，加足马力，所述飞行器可实现垂直起停或悬停。调整左复合翼和右复合翼的活动翼片的上反角度可改变所述飞行器产生的空气动力的方向和大小，通过调整各电动螺旋桨的转速也可改变所述飞行器的空气动力的大小和方向。通过尾翼来控制所述飞行器的俯仰和航向。跟传统的飞机比较，本发明四轴滑翔飞行器起降场地不大，且能垂直升降。与传统的直升机比较，本发明四轴滑翔飞行器由于左复合翼和右复合翼的存在，所述飞行器产生的升力较大，如果失去动力也能滑翔较长的距离，可以争取更多的时间来维修设备或寻找安全着陆点，这样比较安全；由于四个电动螺旋桨独立控制，且与四个活动翼片配合，所述飞行器灵活机动；巡航时由于所有电动螺旋桨都安装在活动翼片的下方，螺旋桨转动时会改善活动翼片上下表面的流场，增大下洗气流，延缓活动翼片的上表面的气流分离，提高效率，使升力系数大大增加。本发明一种四轴滑翔飞行器方便采用以下两种飞行模式，有利于节能、长距离飞行和延长飞行器尤其是电机和电池的使用寿命。模式一、锯齿形飞行模式：将所有的活动翼片上偏到最高位置，起动所有电动螺旋桨，使飞行器垂直起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片上偏至最上位置，加足马力，飞行器很快上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似锯齿。模式二、波浪形飞行模式：将所有的活动翼片置于横向状态，起动所有电动螺旋桨，使飞行器前行滑行起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时将活动翼片调至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片调至横向状态，加足马力，使飞行器上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时调整活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似波浪。除采单独采用以上模式之一飞行外，还可以采用两种模式相结合的方式飞行。以上两种模式可采用尾翼进行飞行姿态调整。为了得到较好的滑翔效果，在失去动力滑翔的过程中，如将螺旋桨解除电机的锁定，让螺旋桨自由旋转，能使飞行器下降得慢一些；滑翔时将左复合翼和右复合翼的内活动翼片都置于横向状态，同时将左复合翼和右复合翼的外活动翼片都向上偏转使它们的上反角控制在3°~12°范围内。

附图说明

图1是本发明一种四轴滑翔飞行器的俯视示意图，图2是图1的左视示意图，图3是本发明一种四轴滑翔飞行器的后视示意图，在图1、图2和图3中，左复合翼和右复合翼的所有活动翼片都处于横向状态；图4是本发明一种四轴滑翔飞行器左复合翼和右复合翼的所有活动翼片都处于接近竖向状态的后视示意图；图5是锯齿形飞行模式的飞行线路示意图；图6是波浪形飞行模式的飞行线路示意图。

图中，1-机身，2-左复合翼，3-右复合翼，4-尾翼，5-起落架。属于左复合翼2的构件：21-支架，22-小机身，23-内电动螺旋桨，24-外电动螺旋桨，25-内活动翼片，251-内活动翼片的偏转方向示意，26-外活动翼片，261-外活动翼片的偏转方向示意。

具体实施方式

现结合附图对本发明加以具体说明：一种四轴滑翔飞行器，包括机身1、左复合翼2、右复合翼3、尾翼4和起落架5。机身1内配有操控系统和机载设备。左复合翼2和右复合翼3结构相同，它们对称安装于机身1的左右两侧。尾翼4位于机身1的尾部，尾翼4包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼包括前固定部分和后活动部分，水平尾翼起水平安定面和俯仰控制作用；垂直尾翼包括前固定部分和后活动部分，垂直尾翼起竖向安定面和方向舵的作用。起落架5采用轮式结构或轮式。左复合翼2的具体结构是：左复合翼2包括支架21、小机身22、内电动螺旋桨23、外电动螺旋桨24、内活动翼片25和外活动翼片26。支架21的右端与机身1相连。小机身22固定在支架21的中部。外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23的结构相同，转向相反，它们由锂电池供电。外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23对称安装在小机身22的左右两边安装于支架21的下方，外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23的螺旋桨的旋转平面处于水平位置。外活动翼片26和内活动翼片25结构相同，它们对称安装在小机身22的左右两侧，内活动翼片25靠近机身1而外活动翼片26远离机身1，外活动翼片26和内活动翼片25的翼根与小机身22相连，在操控系统的操作下外活动翼片26和内活动翼片25能绕小机身22转摆，转摆角度小于90°，即能从水平位置向上偏转到接近竖直位置，外活动翼片26和内活动翼片25转摆的动作采用联动或单独控制动作两种方式，外活动翼片26和内活动翼片25能锁定在转摆范围内任意位置，它们的上反角范围为0°~90°之间。外活动翼片26和内活动翼片25处于横向状态即它们的前缘横向水平时，它们的前缘高于它们的后缘，它们的攻角小于20°，外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23分别处于外活动翼片26和内活动翼片25的正下方，外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23分别与外活动翼片26和内活动翼片25的最小间隙为外电动螺旋桨24直径的六分之一。外活动翼片26和内活动翼片25的弦长分别大于外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23的直径；外活动翼片26和内活动翼片25的展长分别大于外电动螺旋桨24和内电动螺旋桨23的直径。

本发明四轴滑翔飞行器是这样产生有益效果的：如将左复合翼2和右复合翼3的所有活动翼片都置于横向状态，起动所有的电动螺旋桨，所述飞行器可实现短距离前行起飞；如将左复合翼2和右复合翼3的所有活动翼片都置于接近竖直状态，起动所有的电动螺旋桨，加足马力，所述飞行器可实现垂直起停或悬停。调整左复合翼2和右复合翼3的活动翼片的上反角度可改变所述飞行器产生的空气动力的方向和大小，通过调整各电动螺旋桨的转速也可改变所述飞行器的空气动力的大小和方向。通过尾翼4来控制所述飞行器的俯仰和航向。跟传统的飞机比较，本发明四轴滑翔飞行器起降场地不大，且能垂直升降。与传统的直升机比较，本发明四轴滑翔飞行器由于左复合翼2和右复合翼3的存在，所述飞行器产生的升力较大，如果失去动力也能滑翔较长的距离，可以争取更多的时间来维修设备或寻找安全着陆点，这样比较安全；由于四个电动螺旋桨独立控制，且与四个活动翼片配合，所述飞行器灵活机动；巡航时由于所有电动螺旋桨都安装在活动翼片的下方，螺旋桨转动时会改善活动翼片上下表面的流场，增大下洗气流，延缓活动翼片的上表面的气流分离，提高效率，使升力系数大大增加。本发明一种四轴滑翔飞行器方便采用以下两种飞行模式，有利于节能、长距离飞行和延长飞行器尤其是电机和电池的使用寿命。模式一、锯齿形飞行模式：将所有的活动翼片上偏到最高位置，起动所有电动螺旋桨，使飞行器垂直起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片上偏至最上位置，加足马力，飞行器很快上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似锯齿。模式二、波浪形飞行模式：将所有的活动翼片置于横向状态，起动所有电动螺旋桨，使飞行器前行滑行起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时将活动翼片调至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片调至横向状态，加足马力，使飞行器上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时调整活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似波浪。除采单独采用以上模式之一飞行外，还可以采用两种模式相结合的方式飞行。以上两种模式可采用尾翼进行飞行姿态调整。为了得到较好的滑翔效果，在失去动力滑翔的过程中，如将螺旋桨解除相应电机的锁定，让螺旋桨自由旋转，能使飞行器下降得慢一些；滑翔时将左复合翼2和右复合翼3的内活动翼片都置于横向状态，同时将左复合翼2和右复合翼3的外活动翼片都向上偏转使它们的上反角为8°左右。

Claims (5)

1.一种四轴滑翔飞行器，其特征在于：包括机身（1）、左复合翼（2）、右复合翼（3）、尾翼（4）和起落架（5）；机身（1）内配有操控系统和机载设备；左复合翼（2）和右复合翼（3）结构相同，它们对称安装于机身（1）的左右两侧；尾翼（4）位于机身（1）的尾部，尾翼（4）包括水平尾翼和垂直尾翼；起落架（5）采用轮式结构或轮式与滑橇组合式结构；左复合翼（2）的具体结构是：左复合翼（2）包括支架（21）、小机身（22）、内电动螺旋桨（23）、外电动螺旋桨（24）、内活动翼片（25）和外活动翼片（26）；支架（21）的右端与机身（1）相连；小机身（22）固定在支架（21）的中部；外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）的结构相同，转向相反；外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）对称安装在小机身（22）的左右两边安装于支架（21）的下方，外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）的螺旋桨的旋转平面处于水平位置；外活动翼片（26）和内活动翼片（25）结构相同，它们对称安装在小机身（22）的左右两侧，外活动翼片（26）和内活动翼片（25）的翼根与小机身（22）相连，活动翼片（26）和内活动翼片（25）能绕小机身（22）转摆，外活动翼片（26）和内活动翼片（25）能锁定在转摆范围内任意位置，它们的上反角范围为0°~90°之间；外活动翼片（26）和内活动翼片（25）处于横向状态即它们的前缘横向水平时，它们的前缘高于它们的后缘；外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）分别处于外活动翼片（26）和内活动翼片（25）的正下方，外活动翼片（26）和内活动翼片（25）的弦长分别大于外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）的直径；外活动翼片（26）和内活动翼片（25）的展长分别大于外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）的直径。

2.根据权利要求1所述的一种四轴滑翔飞行器，其特征在于：外活动翼片（26）和内活动翼片（25）处于横向状态即它们的前缘横向水平时，它们的攻角小于20°。

3.根据权利要求1所述的一种四轴滑翔飞行器，其特征在于：外电动螺旋桨（24）和内电动螺旋桨（23）分别与外活动翼片（26）和内活动翼片（25）的最小间隙不小于外电动螺旋桨（24）直径的八分之一。

4.一种如权利要求1~3任一项所述的四轴滑翔飞行器的飞行方式，其特征在于：所述飞行器包括锯齿形飞行模式、波浪形飞行模式和复合飞行模式；锯齿形飞行模式为：将所有的活动翼片上偏到最高位置，起动所有电动螺旋桨，使飞行器垂直起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片上偏至最上位置，加足马力，飞行器很快上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时下偏活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似锯齿；波浪形飞行模式为：将所有的活动翼片置于横向状态，起动所有电动螺旋桨，使飞行器前行滑行起飞，飞到一定高位后关掉电动螺旋桨的电源，同时将活动翼片调至适当位置，进入滑翔阶段，滑翔到一定低位时，重新起动电动螺旋桨，然后将所有活动翼片调至横向状态，加足马力，使飞行器上升，飞到一定高位后又关掉电动螺旋桨的电源，同时调整活动翼片至适当位置，进入下一个滑翔阶段，此飞行模式的飞行轨迹似波浪；复合飞机模式为：将锯齿形飞行模式和波浪形飞行模式相结合进行飞行。

5.根据权利要求4所述的四轴滑翔飞行器的飞行方式，其特征在于：在失去动力滑翔的过程中，将所有螺旋桨解除相应电机的锁定，让螺旋桨自由旋转，使所述飞行器下降慢一些；滑翔时将左复合翼（2）和右复合翼（3）的内活动翼片都置于横向状态，同时将左复合翼（2）和右复合翼（3）的外活动翼片都向上偏转使它们的上反角控制在3°~12°范围内。