CN107140182A - 一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器，属于航空技术领域。包括片状机身航空器和鳍翼，鳍翼安装在所述片状机身航空器的片状机身的背部、成对设置和使用，成对设置的鳍翼可同方向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反方向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。鳍翼由鳍翼板和鳍翼轴构成，鳍翼轴沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板可以鳍翼轴为轴心转动。本发明能为片状机身航空器的悬停平移、航行稳定平衡等功能提供辅助或直接动力，有效调整飞行器航行姿态，且较为符合片状机身航空器的飞行机理，可一定程度上代替拥有相同上述功能但不符合片状机身航空器飞行的传统航空器结构。

Description

一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器

技术领域

本发明涉及一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器，属于航空技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就目前已经达到的技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

新型垂直起降航空器采用片状机身以后可以解决垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾，将成为垂直起降航空器新的发展方向。但是，片状机身的特殊结构又给航空器的姿态控制带来一些新的问题，主要表现为：（1）片状特性。片状机身的特殊结构要求控制机构同样具备片状的特性。（2）控制力矩大。相对于现有的航空器，片状机身的特殊结构提高了片状机航空器在纵横两个方向的稳定性，因此需要的俯仰力矩和偏航力矩更大。（3）兼容性。姿态控制机构需要同样能够兼容垂直起降和水平飞行两种飞行工况的要求。（4）协调性。片状机航空器具有内在飞行机理协调的优点，姿态控制机构只能彰显这些优点，不能破坏协调性。（5）扭矩平衡。片状机航空器采用旋翼垂直起降，需要在悬停阶段具备扭矩平衡能力，而水平飞行则无此要求。因此需要设计出一个有效可靠的临时性扭矩平衡控制机构。（6）可靠性。片状机航空器解耦了相互制约的飞行要求，具有简单可靠的优点，姿态控制机构只能彰显这些优点，不能破坏。（7）直观性。片状机航空器要求姿态控制机构简便易行、控制效果直观易得。（8）准确性。片状机航空器要求姿态控制机构的指向明确，能够精准控制。因此片状机身航空器需要某些特殊的结构来完善或弥补片状机身航空器本身特有的技术缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为平衡旋翼扭矩、克服片状航空器飞行速度较低带来的飞行姿态控制中低流速空气动力不足的问题和片状机身给航空器的姿态控制带来控制力矩增大等问题，提出一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器，在不破坏片状机身空气动力特性的前提下有效控制航空器飞行状态，弥补片状机身航空器的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器，包括片状机身航空器和鳍翼，鳍翼安装在所述片状机身航空器的片状机身的背部（即机身顶部）、成对设置和使用（即设置有两个鳍翼）；成对设置的鳍翼可同方向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反方向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。航空器处于悬停工作状态时，旋翼产生下洗气流，鳍翼同方向偏转可产生平移推力，实现机身横向平移。

所述鳍翼由鳍翼板和鳍翼轴构成，鳍翼轴沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板可通过常规动力机构控制，以鳍翼轴为轴心转动，让鳍翼避免遮挡迎面气流、下洗气流和上升气流，完全满足片状机身航空器对于鳍翼必须兼容道路行驶、垂直起降和水平飞行三种工况的要求。

所述鳍翼为大面积片状结构，可以利用其翼面在悬停飞行中产生足够空气动力控制航空器的航行姿态，鳍翼与所述航空器的片状机身位于同一平面，鳍翼的鳍翼板可绕鳍翼轴转动收平与片状机身形成一体。

所述鳍翼垂直安装于片状机身的背部，两个鳍翼以航空器旋翼轴为界对称垂直安装于片状机身的背部，前后两个鳍翼可以同方向转动或反方向转动。鳍翼在片状机身背部前、后成对使用同方向转动时，可产生平移推力，实现机身横向平移。鳍翼在片状机身背部前、后成对使用反方向转动时可产生扭矩，实现机身转动或平衡旋翼反扭矩，通过加大鳍翼板的翼面和鳍翼相互间距离，可以增大控制航空器航行姿态的力矩。

所述片状机身的高宽比和长宽比均≥2，片状机身的高宽比和长宽比一般为3-10。

所述鳍翼板为大面积刚性结构，以增加稳定性并加大力矩。鳍翼板可采用大面积钢性薄壁结构，鳍翼板的轮廓线为流线型。鳍翼板表面一般为连续平面，或采用飞机翼型的气动曲面，保证气流的连续、平滑运动。

航空器处于悬停状态下，旋翼产生下洗气流，前后鳍翼均左倾时，片状机身航空器向左横移；前后鳍翼均右倾时，片状机身航空器向右横移；前鳍翼左倾、后鳍翼右倾时，片状机身航空器逆时针转体；前鳍翼右倾、后鳍翼左倾时，片状机身航空器顺时针转动；鳍翼还可以利用旋翼产生下洗气流对片状机身航空器施加左转（或右转）的力矩实现微调，精确平衡旋翼反扭矩。航空器水平飞行状态下，鳍翼的倾向不会对水平飞行造成干扰。航空器道路行驶状态下，鳍翼倾倒放平，以减少侧风对于航空器道路行驶造成的干扰，提高稳定性。航空器紧急迫降时，竖直鳍翼，以减少对于上行气流的遮挡，以尽快启动航空器旋翼自旋蓄能，提高无动力迫降的安全性。

本发明能够有效维护片状机身特性，可在实现垂直起降和水平飞行两种工作模式有效兼容的同时，为片状航空器提供旋翼扭矩平衡、机身水平转动、悬停平移、航行稳定平衡等功能。发明方法较为符合片状机身航空器的整体设计和飞行机理，可在一定程度上代替拥有相同上述功能但不符合片状机身特性的传统航空器。与现有技术相比，具有机理协调、结构简单、成本低廉、可靠性高、适应性好，能够有效克服片状航空器飞行速度较低带来的飞行姿态控制中低流速空气动力不足的问题和片状机身给航空器的姿态控制带来控制力矩增大等问题的优点，可广泛应用于载人航空器或无人机等领域。

附图说明

图1是本发明示意图。

图中：1-片状机身航空器，2-鳍翼，3-鳍翼轴，4-鳍翼板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。

实施例1：如图1所示，本在背部安装鳍翼的片状机身航空器，包括高宽比为3、长宽比为10的片状机身航空器1和鳍翼2，鳍翼2安装在所述片状机身航空器1的片状机身的背部即机身顶部、成对设置和使用（即设置有两个鳍翼）；成对设置的鳍翼2可同方向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反方向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。航空器处于悬停工作状态时，旋翼产生下洗气流，鳍翼偏转可产生平移推力，实现机身横向平移。鳍翼2由鳍翼板4和鳍翼轴3构成，鳍翼轴3沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板4可通过常规动力机构控制，以鳍翼轴3为轴心转动，让鳍翼避免遮挡迎面气流、下洗气流和上升气流，完全满足片状机身航空器对于鳍翼必须兼容道路行驶、垂直起降和水平飞行三种工况的要求。鳍翼2为大面积片状结构，利用其翼面在悬停飞行中产生足够空气动力控制航空器的航行姿态，鳍翼2与所述航空器的片状机身位于同一平面，鳍翼2的鳍翼板4可绕鳍翼轴3转动收平与片状机身形成一体。鳍翼2垂直安装于片状机身的背部，在片状机身居中成对使用，两个鳍翼2以航空器旋翼轴为界对称垂直安装于片状机身的背部。成对使用的鳍翼同步、同向偏转时，可产生平移推力，实现机身横向平移。成对使用的鳍翼同步、反向偏转时，可产生扭矩，实现机身转动或平衡旋翼反扭矩。鳍翼板4采用大面积钢性薄壁结构，以增加稳定性并加大力矩；鳍翼板4的轮廓线为流线型、表面为连续平面，保证气流的连续、平滑运动。

实施例2：如图1所示，本在背部安装鳍翼的片状机身航空器，包括高宽比为10、长宽比为3的片状机身航空器1和鳍翼2，鳍翼2安装在所述片状机身航空器1的片状机身的背部即机身顶部、成对设置和使用（即设置有两个鳍翼）；成对设置的鳍翼2可同向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。鳍翼2由鳍翼板4和鳍翼轴3构成，鳍翼轴3沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板4可通过常规动力机构控制，以鳍翼轴3为轴心转动，让鳍翼避免遮挡迎面气流、下洗气流和上升气流，完全满足片状机身航空器对于鳍翼必须兼容道路行驶、垂直起降和水平飞行三种工况的要求。鳍翼2为大面积片状结构，可以利用其翼面在悬停飞行中产生足够空气动力控制航空器的航行姿态，鳍翼2与所述航空器的片状机身位于同一平面，鳍翼2的鳍翼板4可绕鳍翼轴3转动收平与片状机身形成一体。成对使用的两个鳍翼2以航空器的旋翼轴为界对称垂直安装于片状机身的背部；两鳍翼同步、同向偏转时，可产生平移推力，实现机身横向平移；两鳍翼同步、反向偏转时，可产生扭矩，实现机身转动或平衡旋翼反扭矩。鳍翼板4采用大面积刚性结构，其轮廓线为流线型、表面为连续平面，保证气流的连续、平滑运动。

实施例3：如图1所示，本在背部安装鳍翼的片状机身航空器，包括高宽比为4、长宽比为8的片状机身航空器1和鳍翼2，鳍翼2安装在所述片状机身航空器1的片状机身的背部即机身顶部、成对设置和使用（即设置有两个鳍翼）；成对设置的鳍翼2可同方向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反方向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。航空器处于悬停工作状态时，旋翼产生下洗气流，鳍翼偏转可产生平移推力，实现机身横向平移。鳍翼2由鳍翼板4和鳍翼轴3构成，鳍翼轴3沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板4可通过常规动力机构控制，以鳍翼轴3为轴心转动，让鳍翼避免遮挡迎面气流、下洗气流和上升气流，完全满足片状机身航空器对于鳍翼必须兼容道路行驶、垂直起降和水平飞行三种工况的要求。鳍翼2为大面积片状结构，利用其翼面在悬停飞行中产生足够空气动力控制航空器的航行姿态；鳍翼2与所述航空器的片状机身位于同一平面，鳍翼2的鳍翼板4可绕鳍翼轴3转动收平与片状机身形成一体。鳍翼2垂直安装于片状机身的背部，两个鳍翼2分别设于航空器旋翼轴两侧，在片状机身上前、后成对使用，加大鳍翼板4的翼面和鳍翼相互间距离，增大控制航空器航行姿态的力矩。两鳍翼同步、同向偏转时，可产生平移推力，实现机身横向平移；两鳍翼同步、反向偏转时，可产生扭矩，实现机身转动或平衡旋翼反扭矩。鳍翼板4采用大面积刚性薄壁结构，其轮廓线为流线型、表面为飞机翼型的连续气动曲面，保证气流的连续、平滑运动。

上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：包括片状机身航空器（1）和鳍翼（2），鳍翼（2）安装在所述片状机身航空器（1）的片状机身的背部、成对设置和使用，成对设置的鳍翼（2）可同方向转动而改变与气流的相对运动状态产生作用力，或反方向转动改变其组合状态而产生力矩，作用力或力矩施加于片状机身，调整航空器的航行姿态。

2.根据权利要求1所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼（2）由鳍翼板（4）和鳍翼轴（3）构成，鳍翼轴（3）沿片状机身长度方向水平设置，鳍翼板（4）可以鳍翼轴（3）为轴心转动。

3.根据权利要求1或2所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼（2）为大面积片状结构，利用其翼面在悬停飞行中产生足够空气动力控制航空器的航行姿态，鳍翼（2）与所述航空器的片状机身位于同一平面，可以收平与片状机身形成一体。

4.根据权利要求1或2所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼（2）垂直安装于片状机身的背部，两个鳍翼（2）以航空器旋翼轴为界对称垂直安装于片状机身的背部，前后两个鳍翼（2）可以同方向转动或反方向转动。

5.根据权利要求4所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼（2）在片状机身背部前、后成对使用时，可加大鳍翼板（4）的翼面和鳍翼相互间距离，增大控制航空器航行姿态的力矩。

6.根据权利要求1所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述片状机身的高宽比和长宽比均≥2。

7.根据权利要求6所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：作为优选，所述片状机身的高宽比和长宽比为3-10。

8.根据权利要求1或2所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼板（4）为大面积刚性结构。

9.根据权利要求1或2所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼板（4）可采用大面积钢性薄壁结构，鳍翼板的轮廓线为流线型。

10.根据权利要求1或2所述的在背部安装鳍翼的片状机身航空器，其特征在于：所述鳍翼板（4）表面一般为连续平面，或采用飞机翼型的气动曲面。