CN105730169A - 单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车 - Google Patents

单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车 Download PDF

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李小光
朱清华
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • B60F5/00—Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media
    • B60F5/02—Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media convertible into aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/46—Arrangements of, or constructional features peculiar to, multiple propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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Abstract

本发明提供了一种单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，包括车身，车身的前部安装有一个贯穿车身的主涵道升力风扇，车身底部安装有动力装置和驱动装置，车身后部安装有两个旋翼螺旋桨，两个旋翼螺旋桨高低错开，独立工作。本发明既可以在地面上像汽车一样安全行驶，也能够垂直起降进行飞行，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

单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车
技术领域
本发明涉及地空两栖交通工具领域，具体是一种单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车。
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MOLLERSKYCAR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、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，车身的前部安装有一个贯穿车身的主涵道升力风扇，车身底部安装有动力装置和驱动装置，车身后部安装有两个旋翼螺旋桨，两个旋翼螺旋桨高低错开，独立工作。
进一步改进，所述的两个旋翼螺旋桨最大工作外径小于等于车宽或略大于车宽，最宽不能超过交管部门规定的最大车宽。旋翼螺旋桨最大工作外径不超过车宽比较美观，对两侧行驶的车辆干扰比较小。旋翼螺旋桨工作直径越大，提供的升力就越大，汽车的有效载荷也就越大，两个旋翼螺旋桨最大工作外径略大于车宽时，既不影响汽车正常行驶，又能够产生最好的经济效益。另外在汽车进行垂直起降时，也不受周围车辆的影响，可以在任意路况下进行垂直起降。
进一步改进，所述的旋翼螺旋桨通过伸缩杆与车身后备箱内部连接，伸缩杆收缩时两个旋翼螺旋桨收缩在车身后备箱内部。汽车在路面行驶时，旋翼螺旋桨收藏在后备箱内，比较美观，不影响其它车辆。
进一步改进，旋翼螺旋桨与伸缩杆之间通过转动副连接，通过转动旋翼螺旋桨可以对汽车飞行姿态进行调节，不需要增加额外的姿态控制装置。
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涡轴发动机，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，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，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、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，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、通过旋翼螺旋桨的倾转对本发明的飞行姿态进行控制，不需要增加额外的姿态控制装置，飞行平稳安全。
3、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。
4、涵道升力风扇和两个旋翼螺旋桨共同提供升力，汽车的有效载荷较高。
附图说明
图1为本发明俯视图。
图2为本发明主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1和图2所示，包括车身，车身的前部安装有一个贯穿车身的主涵道升力风扇，车身底部安装有动力装置和驱动装置，车身后部安装有两个旋翼螺旋桨，两个旋翼螺旋桨高低错开，独立工作。
所述的两个旋翼螺旋桨最大工作外径小于等于车宽或略大于车宽，最宽不能超过交管部门规定的最大车宽。旋翼螺旋桨最大工作外径不超过车宽比较美观，对两侧行驶的车辆干扰比较小。旋翼螺旋桨工作直径越大，提供的升力就越大，汽车的有效载荷也就越大，两个旋翼螺旋桨最大工作外径略大于车宽时，既不影响汽车正常行驶，又能够产生最好的经济效益。另外在汽车进行垂直起降时，也不受周围车辆的影响，可以在任意路况下进行垂直起降。
所述的旋翼螺旋桨通过伸缩杆与车身后备箱内部连接，伸缩杆收缩时两个旋翼螺旋桨收缩在车身后备箱内部。汽车在路面行驶时，旋翼螺旋桨收藏在后备箱内，比较美观，不影响其它车辆。
旋翼螺旋桨与伸缩杆之间通过转动副连接，通过转动旋翼螺旋桨可以对汽车飞行姿态进行调节，不需要增加额外的姿态控制装置。
所述的驱动装置包括主离合器、传动主轴、副离合器和升力传动轴，其中，主离合器安装于车轮轴上，传动主轴中部穿过主离合器，传动主轴两端连接到动力装置和后垂直起降装置，动力装置通过主离合器和传动主轴控制后车轮或者后垂直起降装置运动；动力装置通过升力传动轴与前垂直起降装置连接，升力传动轴上设置有副离合器，动力装置通过升力传动轴和副离合器控制前垂直起降装置运动。
本发明使用的离合器可以在现有齿轮变速箱基础上进行改装，增加一个与垂直起降装置相连的齿轮，当驾驶员选择飞行档时，汽车驱动轮处于空档状态，驱动装置驱动垂直起降装置工作。
所述的动力装置包括涡轴发动机和油箱，轴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。由于涵道和旋翼螺旋桨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轴发动机，将发动机和油箱置于车身底部以节约空间。动力装置还可以是混合动力发动机、电力发动机、新能源发动机等。
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。
升力计算如下（不使用可折叠机翼的情况）：
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。
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 (9)

1.一种单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，包括车身，其特征在于：车身的前部安装有一个贯穿车身的主涵道升力风扇，车身底部安装有动力装置和驱动装置，车身后部安装有两个旋翼螺旋桨，两个旋翼螺旋桨高低错开，独立工作。
2.根据权利要求1所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的两个旋翼螺旋桨最大工作外径小于等于车宽。
3.根据权利要求1所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的两个旋翼螺旋桨最大工作外径略大于车宽。
4.根据权利要求1或2或3所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的旋翼螺旋桨通过伸缩杆与车身后备箱内部连接，伸缩杆收缩时两个旋翼螺旋桨收缩在车身后备箱内部。
5.根据权利要求4所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的旋翼螺旋桨与伸缩杆之间通过转动副连接。
6.根据权利要求5所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：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。
7.根据权利要求6所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的车身顶部固定有可折叠机翼。
8.根据权利要求1或2或3所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：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。
9.根据权利要求1或2或3所述的单涵道双旋翼垂直起降飞行汽车，其特征在于：所述的车身顶部固定有可折叠机翼。
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