CN107244410A - 一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法 - Google Patents

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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/38—Adjustment of complete wings or parts thereof
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Abstract

本发明涉及一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法，属于航空技术领域。本发明将仿甲虫鞘翅的机翼与航空器机身平行安装，在航空器垂直起降时仿甲虫鞘翅的机翼进行下翻收合；当航空器水平飞行时仿甲虫鞘翅的机翼上翻展平成为固定翼。与现有技术相比，本发明能有效的协调垂直起降与水平飞行两种状态转换时所产生的矛盾，主要体现在解决了在旋翼单独工作时机翼给其带来的阻力与影响。其次，本发明能根据飞行状态进行自适应性地自动改变机翼的形态和气动特征，可有效减少人工操作介入，但并不完全摒弃人工辅助，具有机理协调、结构简单、成本低廉、可靠性高、适应性好等优点，可广泛应用于载人航空器或无人机等。

Description

一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法
技术领域
本发明涉及一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法，属于航空器技术领域。
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。
目前，垂直起降航空器还存在一些无法克服的固有缺陷，主要表现为：1.飞行速度有极限。受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，旋转翼航空器的理论速度不能超过420公里/小时。2.可靠性低。旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损使可靠性总是不如固定翼航空器。3.横滚稳定性差。两侧旋翼升力不均匀会导致旋转翼航空器发生横滚，在几秒钟内就会倾覆失控。4.操控复杂。直升机的旋翼既提供了飞行的机动性，同时也造成了飞行操控的复杂性。使得操控负荷远远大于固定翼飞机，加大了人为失误的概率。5.无法做大。旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，航空器尺寸受限，无法做得更大。6.飞行机理失调。直升机虽然发展了近70年，但是飞行机理内在的协调性差，充满了先天性的矛盾。7.采用固定翼的矛盾。很多新型复合式垂直起降航空器尝试采用固定翼，但是面临小面积固定翼效果有限而大面积固定翼会对垂直起降时的下洗气流造成遮挡的矛盾。
总之，垂直起降航空器的上述缺陷来源于机翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾，而目前正需求一种较有针对性的技术方法来对其进行协调。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何利用机翼协调在垂直起降与水平飞行两种飞行模式转换中产生的矛盾。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法，采用仿甲虫鞘翅的机翼作为水平翼，将仿甲虫鞘翅的机翼与航空器机身平行安装，仿甲虫鞘翅的机翼在空中进行收放。仿甲虫鞘翅的机翼在航空器垂直起降时仿甲虫鞘翅的机翼进行下垂收合，下垂后机翼与机身趋于平行，回避机翼在垂直起降时对下洗气流的遮挡和气弹振动，消除对旋翼工作的影响，并减少航空器起降的阻力；当航空器水平飞行时，仿甲虫鞘翅的机翼上翻展平成为固定翼，保持水平或基本水平，提供水平飞行时所需升力。另外，机翼下翻后整个航空器重心下移，大幅提高航空器飞行稳定性。
在仿甲虫鞘翅的机翼下垂时利用机翼重力自然完成，上翻时利用翼型升力克服机翼重力自然完成，利用物理原理机翼可在相应的飞行状态下自动变形，让航空器具备了自适应能力，降低了人工操作的繁复程度，提高了容错率。同时，仿甲虫鞘翅的机翼上下翻转也可以增设人工手动操作的机械装置强制调节，在机翼进行自适应调整的同时运用人工操作辅助，提高了机翼工作的灵活性和可靠性，大大提高了航空器飞行的协调性与鲁棒性。
另外，所述仿甲虫鞘翅的机翼上下翻转时有限位装置控制其转动范围并保证左右两侧翼同步翻转，在限制机翼上下翻动后固定位置的同时避免了由于受力不平衡而出现的横滚失稳，并保证航空器左右两侧的刚性机翼能够展平到某一稳定的位置。在航空器悬停状态下，仿甲虫鞘翅的机翼完全下垂以后可以像风向标一样自动顶风，安全高效。所采用的仿甲虫鞘翅的机翼的翼体可为折叠式或伸缩式结构，使整个机翼展开时能够长度大于机身高度，突破了机身高度对于机翼翼展的限制。
与现有技术相比，本发明能有效 地协调垂直起降与水平飞行两种状态转换时所产生的矛盾，彻底解决了旋转与固定翼之间的相互影响。其次，本发明能根据飞行状态进行自适应性地自动改变机翼的形态和气动特征，可有效减少人工操作介入，提高了飞控反应的速度、灵敏度、容错能力、安全性和持续航行时间，具有机理协调、结构简单、成本低廉、可靠性高、适应性好等优点，可广泛应用于载人航空器或无人机等。
附图说明
图1是本发明方法用于垂直起降航空器垂直起降状态时示意图。
图2是本发明方法用于垂直起降航空器水平飞行状态时示意图。
图中标号：1-机身、2-机翼。
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1：参见图1-2，本发明利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法，是将仿甲虫鞘翅的机翼2与航空器机身1平行安装，让仿甲虫鞘翅的机翼在空中进行收放。在航空器垂直起降时，将仿甲虫鞘翅的机翼2进行收合，下垂后机翼2与机身趋于平行，回避机翼2在垂直起降时对下洗气流的遮挡和气弹振动，并减少上升时的阻力，不影响旋翼工作；当航空器水平飞行时，使仿甲虫鞘翅的机翼2上翻展平成为固定翼，保持水平或基本水平，提供水平飞行时所需升力。机翼2下垂后整个航空器重心下移，大幅提高航空器飞行稳定性。
在仿甲虫鞘翅的机翼2下垂时利用机翼重力自然完成，上翻时利用翼型升力自然完成，利用物理原理机翼2可在恰当的飞行状态下自动变形，让航空器具备了自适应能力，降低了人工操作的繁复程度，提高了容错率。同时，仿甲虫鞘翅的机翼2上下垂转时通过人工操作机械助动，即设置常规机械装置人工控制，在机翼2进行自适应调整的同时运用人工操作辅助，不再完全依赖物理定律，提高了机翼2翻转的灵活性，再次提高航空器飞行状态的协调可能性与容错。
所述仿甲虫鞘翅的机翼2上下垂转时由限位装置控制其转动范围并保证左右两侧翼同步翻转，在限制机翼上下垂动后固定位置的同时避免了由于受力不平衡而出现的横滚失稳，并保证航空器左右两侧的刚性机翼能够展平到某一稳定的位置。在航空器悬停状态下，仿甲虫鞘翅的机翼2可以像风向标一样自动顶风，安全高效。所采用的仿甲虫鞘翅的机翼2的翼体为折叠式结构，使整个机翼展开时能够长度大于机身高度，机翼的折叠采用常规机械折叠方式实现。
实施例2：参见图1-2，本发明利用仿甲虫鞘翅的机翼协调飞行状态的方法，是将仿甲虫鞘翅的机翼2与航空器机身1平行安装，让仿甲虫鞘翅的机翼在空中进行收放。在航空器垂直起降时，将仿甲虫鞘翅的机翼2进行下垂收合，下垂后机翼2与机身趋于平行，回避机翼2在垂直起降时对下洗气流的遮挡和气弹振动，并减少上升时的阻力，不影响旋翼工作；当航空器水平飞行时，使仿甲虫鞘翅的机翼2上翻展平成为固定翼，保持水平或基本水平，提供水平飞行时所需升力。机翼2下垂后整个航空器重心下移，大幅提高航空器飞行稳定性。在仿甲虫鞘翅的机翼2下垂时利用机翼重力自然完成，上翻时利用翼型升力自然完成，利用物理原理机翼2可在恰当的飞行状态下自动变形，让航空器具备了自适应能力，降低人工操作的繁复程度，提高容错率。
所述仿甲虫鞘翅的机翼2上、下垂转动时有限位装置控制其转动范围并保证左右两侧翼同步翻转，在限制机翼上、下垂转动后固定位置的同时避免由于受力不平衡而出现的横滚失稳，并保证航空器左右两侧的刚性机翼能够展平到某一稳定的位置。在航空器悬停状态下，让仿甲虫鞘翅的机翼2像风向标一样自动顶风，安全高效。所采用的仿甲虫鞘翅的机翼2的翼体为伸缩式结构，使整个机翼展开时能够长度大于机身高度，机翼的伸缩采用常规机械伸缩方式实现。
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 (6)

1.一种利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：采用仿甲虫鞘翅的机翼作为水平翼，将仿甲虫鞘翅的机翼（2）与航空器机身（1）平行安装，让仿甲虫鞘翅的机翼可在空中根据飞行工况自然完成下垂和展平的收放动作；仿甲虫鞘翅的机翼在航空器垂直起降时下垂收合而与机身趋于平行，回避机翼对下洗气流的遮挡和气弹振动，消除机翼对旋转翼的干扰；仿甲虫鞘翅的机翼在航空器水平飞行时上翻展平成为固定翼，提供水平飞行所需升力。
2.根据权利要求1所述的利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：所述仿甲虫鞘翅的机翼（2）下垂时利用机翼重力自然完成，上翻时利用翼型升力克服机翼重力自然完成。
3.根据权利要求1所述的利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：所述仿甲虫鞘翅的机翼（2）下垂和上翻的转动可以通过机械装置进行人工强制操作。
4.根据权利要求1所述的利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：所述仿甲虫鞘翅的机翼（2）转动时通过限位装置控制其转动的精确位置并保证左右两侧机翼同步翻转。
5.根据权利要求1所述的利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：在航空器悬停状态下，仿甲虫鞘翅的机翼（2）完全下垂以后可以像风向标一样自动顶风，抗风性强。
6.根据权利要求1所述的利用仿甲虫鞘翅的机翼协调航空器飞行状态的方法，其特征在于：所采用的仿甲虫鞘翅的机翼（2）可以利用本方法的原理将翼体通过折叠式结构或伸缩式结构加以扩展，使整个机翼展开时的长度能够突破机身高度的限制。
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