CN105644283B - 垂直起降飞行汽车 - Google Patents

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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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Abstract

本发明提供了一种垂直起降飞行汽车，包括车身，车身底部设置有动力装置和驱动装置，车身的前部和后部分别设置有垂直起降装置，所述的动力装置通过驱动装置连接到前后垂直起降装置和车轮。本发明既可以在地面上像汽车一样安全行驶，也能够在任意路况下垂直起降进行飞行，不对周围的车辆产生影响，经济、安全、实用，同时满足航空适航和道路交通相关法规规定。

Description

垂直起降飞行汽车
技术领域
本发明涉及地空两栖交通工具领域，具体是一种垂直起降飞行汽车。
背景技术
国外已经开发了很多年的飞行汽车，大部分产品需要有机场跑道用于起飞降落，实用性比较差(如美国马萨诸塞州的TERRAFUGIA 公司设计的第一代飞行汽车产品TRANSITION和欧洲的AEROMOBILE)。国际上对垂直起降的飞行汽车也试制了很多年，如美国加利福尼亚州的MOLLER国际公司的MOLLER SKYCAR具有较好的垂直起降功能和飞行性能，但陆地性能很差，只能在路面状况很好的路面上行驶，只能算是一种特殊的通用航空器，但不能称之为真正的飞行汽车。由于国外现有的飞行汽车结构设计复杂、成本高、有效载荷和飞行性能都很低,作为飞行器,无法与通航飞机相比;作为汽车,又结构设计不实用,容易损坏，满足不了汽车产品的法规。可以垂直起降的地空两栖飞行汽车实际上还刚刚起步，还在概念阶段,如美国马萨诸塞州的TERRAFUGIA 公司第二代产品TF-X。
目前具备垂直起降功能的飞行汽车，分为两大类：
1、在汽车上增加如同直升机一样的旋翼，比如申请号为200910128680.4的中国专利，利用共轴反转的上旋翼和下旋翼为汽车提供升力。其缺点一是旋翼体积较大，超出车宽很多，无法在公路上行驶，并且汽车起飞时需要保持周围空旷，二是和直升机相比缺少尾翼的控制，飞行姿态不容易调整，稳定性差。
2、在车身左右两侧，使用吊挂在可以折叠的固定翼两侧的旋翼或是涵道风扇作为起飞和飞行的动力，比如申请号为201310345157.3的中国专利，但固定翼折叠时需要把涵道或者风扇一起折叠到车身上，折叠结构过于复杂，并且起飞前需要将固定翼完全展开，对垂直起飞降落的场地周边环境和面积有较大的要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种既可以在地面上像汽车一样安全行驶,也能够在天空中飞行的地空两栖交通工具-飞行汽车,具有垂直起降、混合动力、经济、安全、实用等优点，同时满足航空适航和道路交通相关法规规定。
本发明包括车身，车身的前部和后部分别设置有垂直起降装置。
车身底部设置有动力装置和驱动装置，动力装置通过驱动装置连接到前后垂直起降装置和车轮。
进一步改进，所述的驱动装置包括传动轴、驱动轴和离合器，其中，离合器安装于车底盘上，传动轴连接离合器和动力装置，驱动轴分升力装置驱动和车轮驱动两部分，升力装置驱动轴部分两端分别与前后垂直起降装置连接，车轮驱动轴部分连接车轮，动力装置通过离合器控制车轮或者前后垂直起降装置工作。
进一步改进，所述的驱动装置包括离合器箱、传动主轴、升力装置驱动轴和车轮驱动轴，其中，离合器箱安装于汽车底盘上，传动主轴两端分别连接到动力装置和离合器箱，动力装置通过离合器箱和升力装置驱动轴及车轮驱动轴控制车轮或者垂直起降装置运动。此处改进使得动力装置可以分别对前后垂直起降装置进行控制，方便对速度和姿态进行调整。
进一步改进，所述的动力装置包括发动机和供能装置，其中发动机固定在车身后排乘员座位下，供能装置固定于车身底部。由于垂直起降装置占用了汽车原本发动机的位置，故本发明将发动机和供能装置置于车身底部以节约空间。发动机采用航空用的燃气涡轮发动机，还可以是混合动力发动机、电力发动机、新能源发动机等，供能装置使用与发动机配套使用的的油箱、电池、新能源等。
进一步改进，所述的垂直起降装置为可以倾转的涵道升力风扇，涵道升力风扇竖直方向上贯穿车身。在不起飞时，本发明提供的飞行汽车要求能在地面当成普通的汽车行驶，故垂直起降装置的工作范围不能超出汽车本身的宽度，不能超出道路限定的汽车高度，否则无法正常使用。本发明使用竖直方向上贯穿车身的涵道升力风扇来提供汽车垂直起降所需的升力，方便汽车在任何路况条件下进行垂直起降。
进一步改进，所述的车身上设有与动力装置连接的姿态调节装置，所述的姿态调节装置为分布在车身左右两侧的喷气管道。飞行时，喷气管道根据需要向汽车左右两侧喷出发动机中的气体，来辅助汽车飞行时对姿态进行控制。
进一步改进，车身顶部固定有可折叠机翼，在路面行驶时机翼折叠在车顶，不对车辆正常行驶产生干扰。等汽车垂直飞行到空中后，折叠机翼展开，为汽车增加升力，减少飞行状态的能耗，并且能进一步加强汽车飞行状态的姿态控制，提高安全稳定性。
本发明有益效果在于：
1、本发明既可以在地面上像汽车一样安全行驶，也能够在任意路况下垂直起降进行飞行，不对周围的车辆产生影响，经济、安全、实用。
2、以汽车本身为基础，各部件均集成在车身内，不飞行时可以当成普通汽车使用，飞行时可以在任何路况下进行垂直起降，不会受到周围车辆的干扰。
3、通过涵道升力风扇的升力大小对本发明的飞行姿态进行控制，同时通过喷气管道进行辅助姿态控制，飞行平稳安全。通过涵道升力风扇的倾转提供本发明前飞动力，可加大飞行速度。
4、车顶增加可折叠机翼，在路面行驶时机翼折叠在车顶，不对车辆正常行驶产生干扰。等汽车垂直飞行到空中后，折叠机翼展开，为汽车增加升力，减少飞行状态的能耗，并且能进一步加强汽车飞行状态的姿态控制，提高安全稳定性。
附图说明
图1为本发明双涵道结构示意图。
图2为本发明三涵道结构示意图。
图3为本发明单涵道双旋翼结构示意图。
图4为本发明四涵道结构示意图。
图5为本发明四旋翼结构示意图。
图6为本发明顶部可折叠机翼示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明包括车身，车身的前部和后部分别设置有一个可以倾转的涵道升力风扇，涵道升力风扇竖直方向上贯穿车身。车身底部设置有动力装置8和驱动装置，其中，动力装置8固定在车身后排乘员座位下，供能装置7固定在汽车底部。动力装置8通过驱动装置连接到前后垂直起降装置和车轮。
驱动装置包括传动轴和离合器，其中，离合器安装于车轮轴上，传动轴中部分别穿过离合器和动力装置8，传动轴两端分别与前后垂直起降装置连接，动力装置8通过离合器控制车轮或者前后垂直起降装置工作。
所述的动力装置包括发动机和油箱，发动机固定在车身后排乘员座位下，油箱固定在汽车底部，分布在发动机两侧。由于垂直起降装置占用了汽车原本发动机的位置，故本发明中的动力装置采用航空用的涡轮发动机，将发动机和油箱置于车身底部以节约空间。
所述的车身上设有与动力装置8连接的姿态调节装置，该姿态调节装置为分布在车身左右两侧的喷气管道3。
实施例2
本发明结构如图1所示，包括车身，车身的前部和后部分别设置有可以倾转的涵道升力风扇，涵道升力风扇竖直方向上贯穿车身。车身底部设置有动力装置8和驱动装置，其中，动力装置8固定在车身后排乘员座位下，同样供能装置7也固定在车身底部。动力装置8通过驱动装置连接到前后垂直起降装置和车轮。
所述的驱动装置包括离合器箱1、传动主轴2、升力装置驱动轴4和车轮驱动轴10，其中，离合器箱1安装于汽车底盘上，传动主轴2两端分别连接到动力装置8和离合器箱1，动力装置8通过离合器箱1和升力装置驱动轴4及车轮驱动轴10控制后车轮9或者前垂直起降装置5和后垂直起降装置11运动。前车6轮为从动轮。
所述的动力装置为混合动力发动机，发动机固定在车身后排乘员座位下，混合能源固定在汽车底部，分布在发动机两侧。由于垂直起降装置占用了汽车原本发动机的位置，故本发明中的动力装置置于车身底部以节约空间。
所述的车身上设有与动力装置8连接的姿态调节装置，该姿态调节装置为分布在车身左右两侧的喷气管道3。
升力计算如下：
1）飞行汽车标配乘员4人，整车飞行重量1000kg。
2）按2.5m车宽限制，每个涵道直径可做到2.3m（半径R=1.15m），每个涵道面积（可等同桨盘面积）为4.15m2。
3）按目前航空技术水平，通常转速下涵道升力系统每平米可产生125kg升力，每千克力需要提供0.4kW功率。则每个涵道系统基本可提供518kg升力。
4）本飞行汽车设计两个涵道共承担1000kg升力，选用稍大于1000*0.4=400kW的燃气涡轮发动机（涡扇或涡桨发动机，也可以是混合新型发动机），发动机除了直接输出轴扭矩外，还利用尾喷口提供部分推力用于飞行汽车姿态调节。（目前涡桨发动机除了输出轴扭矩外，尾喷口也可提供10%功率）。
实施例3
该实施例内部动力装置8和驱动装置与实施例2相同，垂直起降装置如图2所示，使用三涵道升力风扇提供升力，其中汽车前部使用贯穿车身的涵道升力风扇，车后使用两个可折叠的涵道升力风扇，飞行时两个可折叠涵道升力风扇展开到车身两侧，通过三个涵道升力风扇的气动力及力矩来调节汽车飞行姿态。
升力计算如下：
1）飞行汽车标配乘员4人，整车飞行重量1000kg。大涵道系统承担400kg，两个小涵道升力系统各需承担300kg。
2）按2.5m车宽限制，大涵道直径可做到2.3m（半径R=1.15m），涵道面积（可等同桨盘面积）为4.15m2；小涵道系统直径为2m，涵道面积为3.14m2。
3）按目前航空技术水平，通常转速下涵道升力系统每平米可产生125kg升力，每千克力需要提供0.4kW功率。三个涵道系统基本可提供1300kg升力，本处只需1000kg。
4）涵道升力系统每平米只需产生约100kg升力，每千克力需要提供0.33kW功率，故本飞行汽车需要1000*0.33=330kW的发动机。
该实施例的优点为：
1、三涵道升力风扇共同提供升力，汽车的有效载荷提高，相同载荷的情况下发动机的功率负荷较小。
2、通过车身后部的两个涵道升力风扇来调节汽车飞行姿态，可以取消汽车两侧的喷管设计，降低成本，并且调整更加方便稳定。
该实施例的缺点为：车身后部的两个涵道升力风扇展开占用空间较大，要求汽车起飞时两侧比较空旷。
实施例4
该实施例内部动力装置8和驱动装置与实施例2相同，垂直起降装置如图3所示，使用单涵道双旋翼提供升力，车身前部的涵道升力风扇与实施例3相同，车身后部使用两个旋翼，旋翼可收缩折叠放入机身尾部。两个旋翼交叉错开，独立工作，工作范围略超出车宽但是小于交管部门规定的汽车最大宽度。
升力计算如下：
1）飞行汽车标配乘员4人，整车飞行重量1000kg。涵道系统承担400kg，两个旋翼系统各需承担300kg。
2）按2.5m车宽限制，大涵道直径可做到2.3m（半径R=1.15m），涵道面积（可等同桨盘面积）为4.15m2；交叉式构型旋翼系统单个直径为2.2m，桨盘面积各为3.8m2。
3）按目前航空技术水平，通常转速下涵道升力系统每平米可产生125kg升力，每千克力需要提供0.4kW功率；可提供518kg升力。旋翼系统每平米可产生85kg升力，每千克力需要提供0.22kW功率；两个旋翼系统基本可提供646kg升力（除去相互干扰影响，约提供600kg升力）。
4）涵道升力系统每平米只需产生约100kg升力，每千克力需要提供0.33kW功率，提供400kg升力需要0.33*400=132kW；旋翼系统提供600kg升力，需要646*0.22=142kW；故本飞行汽车需要132+142=274kW的发动机。
该实施例和实施例3相比的优点为：
1、汽车的有效载荷提高，相同载荷的情况下发动机的功率负荷较小。
2、旋翼不影响汽车正常行驶，汽车可以在任意路况下进行起降。
3、不使用贯穿车身的涵道升力风扇，节约出了后备箱的空间。
实施例5
该实施例如图4所示，与实施例3类似，区别在于使用四涵道升力风扇提供升力，将车身前部的单涵道升力风扇替换成和车身后部相同的结构。
升力计算如下：
1）飞行汽车标配乘员4人，整车飞行重量1000kg。四个涵道系统每个承担250kg。
2）按2.5m车宽限制，小涵道直径可做到2.0m（半径R=1.0m），涵道面积（可等同桨盘面积）为3.14m2。
3）按目前航空技术水平，通常转速下涵道升力系统每平米可产生125kg升力，每千克力需要提供0.4kW功率。四个涵道系统基本可提供1500kg升力，本处只需1000kg。
4）涵道升力系统每平米只需产生约80kg升力，每千克力需要提供0.25kW功率，故本飞行汽车需要1000*0.25=250kW的发动机。
该实施例与实施例3相比的优点为：汽车的有效载荷提高，相同载荷的情况下发动机的功率负荷较小；而且操纵控制最易实现。
该实施例与实施例3相比的缺点为：生产成本略有增加。
该实施例与实施例4相比的缺点为：要求汽车起飞时两侧比较空旷。
实施例6
该实施例如图5所示，与实施例4类似，区别在于使用四旋翼螺旋桨提供升力，将车身前部的单涵道升力风扇替换成和车身后部相同的旋翼结构。其中车身前部的旋翼为可升降结构，汽车在地面行驶时旋翼螺旋桨降到车身内部，不阻碍飞行员视线。
升力计算如下：
1）飞行汽车标配乘员4人，整车飞行重量1000kg。四个旋翼系统各需承担250kg。
2）按2.5m车宽限制，交叉式构型旋翼系统直径为2.2m，桨盘面积各为3.8m2。
3）按目前航空技术水平，通常转速下旋翼系统每平米可产生85kg升力，每千克力需要提供0.22kW功率；四个旋翼系统基本可提供1292kg升力（除去相互干扰影响，约提供1200kg升力），本处只需1000kg升力。
4）旋翼系统只需提供1000kg升力，旋翼系统每平米只需产生70kg升力（考虑干扰影响），每千克力需要提供0.2kW功率；故本飞行汽车需要70*3.8*4*0.2=213kW的发动机。
该实施例与实施例4相比的优点为：汽车的有效载荷提高，相同载荷的情况下发动机的功率负荷较小。
该实施例与实施例4相比的缺点为：飞行时车身前部的旋翼对驾驶员视线有一定的干扰。
实施例7
该实施例如图6所示，其结构与实施例2相似，其区别在于车顶还固定有可折叠机翼。本发明在地面行驶时，机翼折叠收起，不影响周围其它车辆。本发明在天空飞行时，折叠翼可以提高升力，并且对汽车进行辅助姿态控制。
实施例8
该实施例垂直起降装置和驱动装置与实施例2相同，其区别在于动力装置使用混合动力，包括混合动力发动机、油箱和蓄电池。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种垂直起降飞行汽车，包括车身，车身的前部和后部分别设置有垂直起降装置，车身底部设置有动力装置（8）和驱动装置，所述的动力装置（8）通过驱动装置连接到前后垂直起降装置和车轮；所述的驱动装置包括离合器箱（1）、传动主轴（2）、升力装置驱动轴（4）和车轮驱动轴（10），其中，所述的离合器箱（1）安装于汽车底盘上，所述的传动主轴（2）两端分别连接到所述的动力装置（8）和所述的离合器箱（1），所述的动力装置（8）通过离合器箱（1）和升力装置驱动轴（4）及车轮驱动轴（10）控制车轮或者垂直起降装置运动，所述的垂直起降装置为可倾转的涵道升力风扇，其中，所述的涵道升力风扇在竖直方向上贯穿车身，所述的车身上设有与所述的动力装置连接的姿态调节装置，所述的姿态调节装置为分布在车身左右两侧的喷气管道，飞行时，所述的喷气管道根据需要向汽车左右两侧喷出发动机中的气体，来辅助汽车飞行时对姿态进行控制；其中，所述的动力装置还分别对前后垂直起降装置进行控制，方便对速度和姿态进行调整；所述的动力装置为混合动力发动机，发动机固定在车身后排乘员座位下，混合能源固定在汽车底部，分布在发动机两侧。
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