CN106184692A - 一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇 - Google Patents

Abstract

一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇解决了：机翼与浮升体气动优化设计；稳定面与操纵面设计；吊舱、机翼与艇身的连接方式。通过数值分析确定整体气动布局，将固定翼、旋翼相结合。在吊舱和机翼连接方面，将艇身分三段制作留出碳杆空间，之后用碳杆将吊舱和机翼电机与艇身连接。控制方面采用无垂尾控制，通过两个电机的差动来控制方向，和倾转角度配合可实现俯仰的控制。本发明具有固定翼和旋翼类的优点又改进了飞艇的缺点，可以广泛应用军民领域。

Description

一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇

技术领域

本发明属于飞行器设计领域，涉及一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇。

背景技术

飞艇是由动力推进的轻于空气的航空器，也是浮空器的一种，是利用轻于空气的气体提供升力。由于飞艇与飞机相比飞行速度较低，起降场地简单，不需要长距离跑道，与直升机相比，载重量大，定点时燃油消耗率极小。所以飞艇可以作为高速和高耗能飞行器的补充，可用于远距离运输、极地探险、抗灾救险、实况转播等民用领域；也可用于搜救、海岸警卫等军用领域。

现代飞艇分为传统飞艇和组合式飞艇，组合式飞艇不是传统意义上的飞艇，它是将传统飞艇和飞机(速度快)、直升机(可以垂直起飞着陆)三者的优点组合起来，即将动力飞行器和静力飞行器的优点组合在一起，以求在几何尺寸增加不多的情况下，发挥出浮升体与气动体共同的优势，提供承载比常规飞艇数倍至十几倍的有效载荷的能力。

王晓慧等人在专利号为CN102717887A的中国专利中公开了一种采用充气式机翼和可倾转螺旋桨的临近空间飞艇。该飞艇的可倾转螺旋桨在艇体上部沿纵轴安装。飞艇垂直起飞、着陆和悬停时，可倾转螺旋桨的轴垂直于地面，提供向上的升力；飞艇水平飞行时。可倾转螺旋桨的轴向前或向后倾转90°角，呈水平状态，当做拉力螺旋桨使用，使飞艇加速或减速。该飞艇方案存在的不足在于螺旋桨安装在艇体上翼面，在垂直起飞、着陆和悬停时螺旋桨的轴垂直于地面，此时螺旋桨滑流直接流经艇体上翼面，不利于产生升力，并且带来很强的桨-身干扰，使得飞行稳定性降低。

虽然组合式飞艇有许多好处，但一直停留在理论及实验研究，没事实际的成品应用，要突破这种情况就要解决组合飞艇的难题-1、总体设计技术。该技术包括：浮力体与升力面结合的总体布局设计研究；浮力体、机翼、机身、尾翼、推进系统等一体化设计技术。2、低阻力、静升力综合气动布局设计。该技术包括：动升力与静升力匹配研究；机翼与浮升体气动优化设计；稳定面与操纵面设计；气动特性研究；适于浮升式飞行器的气动数值模拟及实验方法研究。3、结构设计技术。该技术包括：复杂结构系统的静、动力强度与刚度的设计研究；复杂载荷环境下结构整体及多种连接结构细节的高可靠性设计技术；4、吊舱、机翼与艇身的连接方式。

发明内容

本项目的技术解决问题：本项目从这些难题出发，设计了一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇。

解决方案：一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇，包括艇身、机翼、连接杆件、吊舱、可倾转动力装置和控制系统、起落架；飞艇的整体为可拆装式的，机翼在艇身两侧。

所述的机翼为梯形形状机翼，根梢比为4，翼型为一种S翼型，分别由翼梢小翼，前半圆机翼、后半圆机翼和内侧机翼组合而成。

所述的艇身分割成三个部分留出空隙使得刚性连接杆穿过艇身连接个部分，通过横向截面椭圆的长轴所组成的平面分割成两半，其中的一半在通过横向截面椭圆的短轴所组成的平面分割成两半；艇身纵向截面为对称翼型，其对称面处的翼型为自行设计的，厚度为50％，最高厚度位置为40％，横向截面为椭圆，椭圆方程为其中b为纵向对称面处的翼型的厚度的一半；艇身的尾部加有升降舵面。

所述的可倾转动力装置和控制系统由两个驱动螺旋桨的电机，大扭力舵机，连接刚性杆和飞控系统组成；两个电机在机翼圆形空隙圆心处，通过刚性杆相连，使用大扭力舵机通过连杆舵盘与刚性杆连接驱动实现倾转，电机下面为十字形布局舵面，用于垂直起降时控制稳定；舵面控制通过飞控控制，飞控安装在刚性杆中间位置，跟随倾转机构90度旋转。

本发明与现有技术相比的优点：

1、没有尾翼，大大降低了阻力；

2、水平飞行时采用电机差动，转弯半径小，机动性好；

3、垂直起降是，利用在滑流下的十字形布局舵面调整稳定，舵效高，而且相比目前倾转垂直装置机械简单；

4、艇身纵向对称面翼型是通过气动优化设计，使用Fluent软件计算得到的，气动性能优秀；

5、通过将艇身分割成三部分，这样将艇身装配原来形状时就给刚性杆留下空隙，使得两侧机翼可以通过碳杆连接，并且可以通过碳杆与下面吊舱连接，解决了复杂载荷环境下结构整体及多种连接结构细节的高可靠性设计技术，使得刚性的机翼，吊舱等不直接连接在柔性的艇身上；

6、机翼、倾转动力装置、能源和载荷吊舱直接通过碳杆连接，其大部分重量集中在刚性杆上。

附图说明

图1为可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇隔框；

图2为可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇的拆分图；

图3为留空处结构图；

图4为可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇俯视图；

图5为可倾转动力装置和控制系统的主视图；

图6为可倾转动力装置俯视图；

图7为可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇主视图；

图8为可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇侧视图。

具体实施方式

本实施包括艇身、机翼、连接杆件、吊舱、可倾转动力装置和控制系统。飞艇的重心在飞艇的40％位置，即连杆所安放的位置。

下面结合附图具体说明，附图仅供于理解

所述的艇身是通过前期利用NACA0020翼型为基础，设计厚度为50％的对称翼型，再通过Fluent分析出重新设计最优对称翼型。艇身制作通过三维设计软件分段建立其结构图，如图1分别为飞艇隔框，导入工程到使用CAD再使用激光雕刻机，使用轻木制作成骨架，由于骨架仅维持形状，所以尽量做到减重其厚度宽度可以适当减小。最后使用PVC艇膜扑在骨架密封。图2中1为艇身的上半段，2，3为艇身的下两半段。艇身留出碳杆穿插处在第三个隔框及在重心位置，留空处结构见图3。

所述机翼是分段的，如图4所示，4为前半圆机翼，5为后半圆机翼，6为翼梢半圆翼，7内侧机翼，使用航空木料和蒙皮制作。组合成一体的机翼根梢比为4，前缘后掠角为48度，后缘后掠角为46度。

如图5和图6分别为可倾转动力装置和控制系统的主视图和俯视图，8为十字形布局舵盘，9为控制倾转的舵机，10为飞控系统，11为连杆，12为动力系统采用无刷电机，13为吊舱用于放置载荷和电池。两个电机安放在机翼圆形空隙圆心处位置。

所述一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇，总装是通过T形碳杆穿过艇囊连接吊舱、可倾转动力装置和控制系统、机翼和艇囊。三段艇囊通过囊表面和机翼内侧面的尼龙搭扣连接，碳杆为空心的，可以将线路布置在里面。飞艇的拆分图如图2。

飞行原理：在垂直起降时，螺旋桨如图5所示状态，通过飞控系统的三轴陀螺仪、三轴加速度计传感器反馈到控制十字形布局舵面，使得飞艇稳定起飞。当平飞时，通用遥控控制大扭力舵机进行倾转，位置示意图如图6。在转弯是，两个电机可以进行差动控制，可以大幅度缩小转弯半径。当飞艇小幅度爬升时，如果需要快速爬升时使用两个电机倾转一定角度，如果需要缓慢爬升使用飞艇尾部的升降舵面。

Claims (2)

1.一种可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇，其特征在于，包括艇身、机翼、连接杆件、吊舱、可倾转动力装置和控制系统；飞艇的整体为可拆装式的，机翼在艇身两侧；机翼为梯形机翼，翼型为一种S翼型，分别由翼梢小翼，前半圆机翼、后半圆机翼和内侧机翼组合而成；艇身纵向截面为对称翼型，其对称面处的翼型为重新设计的，厚度为50％，最高厚度位置为40％，横向截面为椭圆，椭圆方程为其中b为纵向对称面处的翼型的厚度的一半。艇身分割成三个部分留出空隙使得刚性连接杆穿过艇身连接个部分，通过横向截面椭圆的长轴所组成的平面分割成两半，其中的一半在通过横向截面椭圆的短轴所组成的平面分割成两半。

2.根据权利要求1所述可拆装倾转动力的飞翼式复合升力飞艇，其特征在于：所述的可倾转动力装置和控制系统由两个驱动螺旋桨的电机，大扭力舵机，连接刚性杆和飞控系统组成；两个电机在机翼圆形空隙圆心处，通过刚性杆相连，使用大扭力舵机通过连杆舵盘与刚性杆连接驱动实现倾转，电机下面为十字形布局舵面，用于垂直起降时控制稳定；舵面控制通过飞控控制，飞控安装在刚性杆中间位置，跟随倾转机构90度旋转。