CN106542085A - 多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器 - Google Patents

Abstract

一种多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器，属航空器材领域。本发明的机翼由多段相互嵌套的机翼段构成，升降和停放时，机翼和机身尾部可收缩，升空后，机翼和机身尾部展开，多个可倾转的涵道螺旋桨对称分布在机翼前后及机体左右两侧。采用上述布局，该机即可垂直起降，又可快速平飞，垂直起降和停放时减小了占地面积，平飞时多个涵道螺旋桨可倾转90度，增加了飞行速度和留空时间。起降过程安全可靠，飞行姿态平稳。即可制成有人驾驶飞行器，也可制成无人机。

Description

多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器

技术领域

本发明涉及一种带机翼，水平尾翼，垂直尾翼和多个涵道螺旋桨构成的电动飞行器，属航空器材领域。

背景技术

目前，公知的直升飞机或多旋翼无人机都是靠旋转翼完成垂直起飞，悬停和水平飞行的，由于旋翼的存在，在狭小空间起降时，无论对周围的行人还是自身都具有一定的危险性.中国专利文献申请号：200420063679.0，名称：纵列双涵道四喷口单人飞行器和申请号：200920053565.0，名称：双涵道可垂直起降飞行汽车等也提供了一些涵道飞行器的方案，但前者为固定翼，垂直起飞和停放时占地面积大；后者无机翼，消耗功率大，留空时间短，且水平飞行时速度慢，再者采用两个涵道螺旋桨产生垂直升力，安全性也较差，尤其是无机翼者，在空中，一旦有一个涵道螺旋桨发生故障，后果不堪设想。

发明内容

为了克服现有技术占地面积大，耗能，及安全性差的不足，本发明提供了一种具有多个倾转式涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器方案，使得飞行器垂直起降时占地面积小，水平飞行时节能，留空时间长，高速飞行时阻力小，飞行姿态稳定，且起降安全可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种由机身(8)、机翼、水平尾翼(6)、垂直尾翼(7)、倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)构成的多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器，其机翼由多段依次嵌套的机翼段(3)、(4)、(5)组成，机翼为扁平薄壁管状，每段机翼的内壁都与一个带内螺纹孔的固定件(13)相连、丝杠(15)旋入固定件(13)的螺纹孔中，丝杠(15)的另一端与减速电机(14)的输出轴相连，该减速电机(14)又固定在前一段机翼的固定连接件(13)上，靠近机身的最后一段机翼固定在机身(8)上，当减速电机(14)带动丝杠(15)转动时，套在丝杠上的固定件(13)就会直线运动，带动机翼伸缩；固定件(13)装有一个PCB板(18)，PCB板(18)上装有检测 前一级固定件(13)零位的传感器(16)和检测丝杠(15)旋转圈数的传感器(17)；同理，机身尾管(9)连接丝杠(10)的一端设有与丝杠(10)配套的内螺纹，丝杠(10)的另一端于减速电机(11)相连，当减速电机(11)转动时，将带动机身尾管(9)前后运动，固定减速电机(11)的固定件上装有检测机身尾管(9)收缩时的零位传感器(34)和检测丝杆(10)旋转圈数的传感器(35)。

本发明的有益效果是：机翼和机身尾部收缩后飞机可在狭小的空间垂直起降和停放，升空后，机翼和机身尾部展开，涵道螺旋桨倾转90度，产生水平拉力或推力；水平飞行时可利用机翼产生升力，节约电能，延长了留空时间。由于动力系统由电机和电池构成，无污染，噪音也小，便于自动控制和无线电控制及日常维护，起降时安全可靠，飞行姿态稳定，即便有个别涵道螺旋桨出现故障，靠其余涵道螺旋桨和机翼飞行器也可安全垂直着陆或滑翔着陆。

本发明即可制成载人飞行器，作为民用交通工具；也可制成无人机.以实现航拍、侦查、农业植保、物流速递等各类民用和军事方面的用途。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明采用6个倾转式涵道螺旋桨的机型，倾转其中两个倾转式涵道螺旋桨进行水平飞行的轴侧图。

图中1.位于机翼前或水平尾翼前的倾转式涵道螺旋桨，2.位于机身两侧的倾转式涵道螺旋桨，3.机翼末段，4.机翼中段，5.机翼根段，6.水平尾翼，7.垂直尾翼，8.机体，9.机身尾管，10.丝杠，11.减速电机。

图2是本发明采用6个倾转式涵道螺旋桨的机型垂直起降或停放时的轴侧图。

图中1.位于机翼前或水平尾翼前的倾转式涵道螺旋桨，2.位于机身两侧的倾转式涵道螺旋桨，3.机翼末段，4.机翼中段，5.机翼根段，6.水平尾翼，7.垂直尾翼，8.机体，9.机身尾管。

图3是本发明采用4个倾转式涵道螺旋桨的机型，倾转其中两个倾转式 涵道螺旋桨进行水平飞行的轴侧图。

图中1.位于机翼前或水平尾翼前的倾转式涵道螺旋桨，2.位于机身两侧的倾转式涵道螺旋桨，3.机翼末段，4.机翼中段，5.机翼根段，6.水平尾翼，7.垂直尾翼，8.机体，9.机身尾管，10.丝杠，11.减速电机，12.倾转式涵道螺旋桨倾转轴。

图4是本发明采用4个倾转式涵道螺旋桨的机型垂直起降或停放时的轴侧图。

图中1.位于机翼前或水平尾翼前的倾转式涵道螺旋桨，2.位于机身两侧的倾转式涵道螺旋桨，3.机翼末段，4.机翼中段，5.机翼根段，6.水平尾翼，7.垂直尾翼，8.机体，9.机身尾管，12.倾转式涵道螺旋桨倾转轴。

图5是本发明一侧机翼收缩时内部伸缩机构的结构图。

图中13.固定连接件，14.减速电机，15.丝杠，16.检测零位的传感器，17.检测丝杠旋转圈数的传感器，18.PCB板。

图6是本发明一侧机翼收缩时内部伸缩机构和机翼末段连接的结构图。

图中3.机翼末段，13.固定连接件，14.减速电机，15.丝杠，18.PCB板。

图7是本发明一侧机翼展开时内部伸缩机构的结构图。

图中13.固定连接件，14.减速电机，15.丝杠，16.检测零位的传感器，17.检测丝杠旋转圈数的传感器，18.PCB板，19.遮光片。

图8是本发明倾转式涵道螺旋桨及控制舵机的结构图。

图中1.倾转式涵道螺旋桨，12.倾转式涵道螺旋桨倾转轴，30.连杆，31.摇臂，32.舵机。

图9是本发明尾部伸缩机构的示意图。

图中8.机身，9.机身尾管，10.丝杠，11.减速电机，13.固定连接件，19.遮光片，34.检测零位的传感器，35.检测丝杠旋转圈数的传感器。

图10是本发明飞行控制器及相关控制单元的电路连接框图。

图中11.机身伸缩减速电机，14.机翼伸缩减速电机，16.机翼伸缩零位传感器 ，17.机翼伸缩丝杆圈数传感器，20.飞行控制器，21.无线电遥控指令接收机，22.人工驾驶操纵机构，23.升降舵机，24.方向舵机，25.副翼舵机，26.电调，27.涵道螺旋桨驱动电机，32.倾转涵道螺旋桨舵机，33.动力锂电池组，34.机身伸缩零位传感器，35.机身伸缩丝杠圈数传感器。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4是由机身(8)、机翼、水平尾翼(6)、垂直尾翼(7)、倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)构成的多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器，机翼由机翼末段(3)、机翼中段(4)、机翼根段(5)依次嵌套而成，机翼为扁平薄壁管状，截面可根据升力的需要参考现有翼型，在保证机翼伸缩顺畅的前提下，每个相互嵌套的机翼段的接触面的间隙要尽可能的小，本发明的机翼可采用碳钎维复合材料或高强高模聚乙烯纤维复合材料加工成型。机翼不限于三段，根据需要也可以是四段或五段。如图6、图7每个机翼段的内壁都于一个带内螺纹孔的固定件(13)固定连接，根据机翼材料不同可粘接、铆接或焊接，而机翼中段(4)的另一端套在机翼末段(3)的外面，机翼根段(5)的另一端套在机翼中段(4)的外面，最后机翼根段(5)的外面固定在机身(8)上。机翼内部伸缩机构的丝杠(15)一端旋入固定件(13)的内螺纹孔中，另一端与减速电机(14)的输出轴相连；该减速电机(14)又固定在前一段机翼的固定连接件(13)上，即固定在机翼中段(4)上的固定件(13)既有和丝杠(15)配套的内螺纹孔，又有固定减速电机(14)的孔；而与机翼末段(3)连接的固定件(13)上不安装减速电机(14)；与机翼根段(5)连接的固定件(13)上也没有丝杠(15)旋入；靠近机身的最后一段机翼，即机翼根段(5)固定在机身(8)上，当减速电机(14)带动丝杠(15)转动时，套在丝杠上的固定件(13)就会直线运动，带动机翼伸缩；固定件(13)上还装有一个PCB板(18)，PCB板(18)上装有检测前一级固定件(13)零位的传感器(16)和检测丝杠(15)旋转圈数的传感器(17)，本发明采用光电传感器检测零位和进行计数，见图5、图6和图7，检测零位的传感器(16)和检测丝杠旋转圈数的传感器(17)均采用槽型光耦，在固定件(13)的背面和减速电机(14)的联轴器上分别设有遮光片(19)。机翼收缩时，当固定件(13)背面的遮光片(19)插入检测零位的传感器(16)的槽中，传感器(16)输出零位信号到飞 行控制器(20)，停止减速电机(14)转动；机翼展开时，减速电机(14)每转一周，其联轴器上的遮光片(19)遮挡检测旋转圈数的传感器(17)的光路一次，检测旋转圈数计数的传感器(17)输出信号到飞行控制器(20)，如果旋转计数到预定圈数，就停止减速电机(14)转动，机翼展开到预定尺寸。同理，机身尾管(9)连接丝杠(10)的一端设有与丝杠(10)配套的内螺纹，丝杠(10)的另一端于机身伸缩减速电机(11)相连，当机身伸缩减速电机(11)转动时，将带动机身尾管(9)前后运动，减速电机(11)的固定件(13)上装有检测机身尾管(9)收缩时的零位的传感器(34)及检测丝杆(10)旋转圈数的传感器(35)，本例的传感器(34)、(35)采用光耦，在减速电机(11)的联轴器上和机身尾管(9)的顶端各设有遮光片(19)，参见图9。飞行控制器(20)通过判断所连接的检测零位的传感器(34)及检测丝杠旋转圈数的传感器(35)的输出信号，控制机身尾管(9)的收缩及展开到预定位置。

不论是采用6个还是4个倾转式涵道螺旋桨构成的机型，每个倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)都连接一台舵机(32)，参见图8和图10；舵机(32)固定在机身(8)上，通过摇臂(31)和连杆(30)与倾转轴(12)相连，舵机(32)的控制信号电路连接到飞行控制器(20)的I/O端口，可分别控制每个倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)倾转；倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)的倾转轴(12)固定在机身(8)上，参见图1。每个倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)都单独连接一台驱动电机(27)，它们单独连接到各自的电调(26)上；电调(26)与动力锂电池组(33)的输出端和飞行控制器(20)的I/O控制端相连，可分别独立控制每个驱动电机(27)的转速；飞行控制器(20)采用开源代码的市售成品，其接口分别连接多个电调(26)和被控单元。人工驾驶操纵台(22)用于有人驾驶(无人机型不需要)，安放在驾驶室。人工驾驶操纵台(22)可直接用无线电遥控器改装，将其天线经电阻衰减后连接至无线电接收机(21)的天线端，并将两机的信号地线直接相连。飞行控制器(20)的I/O端口还与无线电遥控指令接收机(21)的输出电路相连，无线电遥控指令接收机(21)、无线电遥控指令发射机可采用市售9通道以上航模遥控收发设备，分别控制倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)的倾转、机翼末段(3)、机翼中段(4)、机翼根段(5)的伸缩、机身尾管(9)的伸缩、倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)的转速及升降舵机(23)、方向舵机(24)、副翼舵机(25)的摆动。垂直起降时，飞行控制器(20)调节 4个或6个倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)的转速，保持飞行器飞行姿态的稳定；水平飞行时，飞行控制器(20)将倾转式涵道螺旋桨(1)或(2)倾转90度，并根据需要调节升降舵机(23)、方向舵机(24)、副翼舵机(25)的角度，保持飞行器水平飞行、爬升、下降及航向。

Claims (1)

1.一种由机身(8)、机翼、水平尾翼(6)、垂直尾翼(7)、倾转式涵道螺旋桨(1)、(2)构成的多涵道螺旋桨可伸缩机翼和机身的电动飞行器，其特征在于：机翼由多段依次嵌套的机翼段(3)、(4)、(5)组成，机翼为扁平薄壁管状，每段机翼的内壁都与一个带内螺纹孔的固定件(13)相连、丝杠(15)旋入固定件(13)的螺纹孔中，丝杠(15)的另一端与减速电机(14)的输出轴相连，该减速电机(14)又固定在前一段机翼的固定连接件(13)上，靠近机身的最后一段机翼固定在机身(8)上，当减速电机(14)带动丝杠(15)转动时，套在丝杠上的固定件(13)就会直线运动，带动机翼伸缩；固定件(13)装有一个PCB板(18)，PCB板(18)上装有检测前一级固定件(13)零位的传感器(16)和检测丝杠(15)旋转圈数的传感器(17)；同理，机身尾管(9)连接丝杠(10)的一端设有与丝杠(10)配套的内螺纹，丝杠(10)的另一端于减速电机(11)相连，当减速电机(11)转动时，将带动机身尾管(9)前后运动，固定减速电机(11)的固定件上装有检测机身尾管(9)收缩时的零位传感器(34)及检测丝杆(10)旋转圈数的传感器(35)。