CN1073146A - 机翼型伞盖式飞机 - Google Patents

Abstract

一种无线电控制的飞机，包括一个由电机(36)带 动推进器(38)提供动力的机体(1)，在飞行中机体通 过可转动地安装在飞机机身上的操纵控制杆(68)而 被悬挂，操纵控制杆有连接于负载悬挂吊索(3，5，6) 的下端的外端(12，14)，负载悬挂吊索的上端与冲压 空气充气式的柔性机翼型伞盖部分(2)相连。飞机的 操纵是通过控制杆(68)的转动调节负载悬挂吊索并 由此调节伞盖表面。在机身内装有一个无线电接收 机(112)，用来控制驱动电机(36)速度。飞机由一个 控制飞机的转向和速度的摇控发射机控制。

Description

本发明大致涉及一种轻型飞机，其所受到的升力来自于一个可充气降落伞伞盖类型的柔性机翼。本发明的飞机可以是一种无线电遥控式模型飞机，或者是一种被称为“超轻型”的轻型飞机。目前已知的用于娱乐和运动目的的模型飞机和超轻型飞机普遍的特征是采用了相对的刚性机翼，把它作为安装有一个轻型驱动推进器的滑翔机式机体的一部分。这样的飞机虽然在重量方面极轻，但是其尺寸增大和体积庞大，由此使得地面运输以及储存产生问题。

与上述刚性机翼型飞机相比，本申请人的1990年6月19日公开的美国第4934630号在先的专利申请描述了一种在飞行状态下通过负载悬挂吊索将一个机翼型伞盖连接于有动力的轻型机体上的飞机。这给出了一种实质上较小的飞机，它在地面运输和贮存时能折迭成密实的很小的状态。这样的飞机也是已知的。如约翰·D·尼古莱第斯（John·D·Nicolaides）在美国空军技术报告AFFOI-72-73中公开的名为“翼伞的有动力驱动的飞行性能”，然而已经发现其中有许多控制和操纵方面的问题，直至美国第4934630号专利所发明的飞机被发明以前，可充气的机翼型伞盖类型的飞机没有作为一种商品化的飞机认真地予以考虑。

本发明的一个目的是提供一种具有一个可充入冲压空气的机翼型伞盖并有动力驱动飞行的飞机，如遥控飞机，模型飞机或“超轻型飞机”，它们不易遭受到失速或自旋等不安全飞行事故。

本发明的进一步的目的是提供一种用于飞机、模型飞机或“超轻型飞机”的控制系统，这些飞机以简单而容易的方式通过一个可动地安装在机体上的控制杆而被控制，控制杆还连接于负载悬挂吊索，负载悬挂吊索也与机翼型伞盖连接，这样控制杆相对于机体的运动操纵了伞盖而达到控制飞机飞行的目的。

本发明的更进一步的目的是提出不产生使伞盖扭曲的拉力而使飞机转向的装置，这使控制它很容易而且简单，由于不需要俯仰角和侧斜控制以至于基本没有经验的人也能够安全地飞行。

本发明的另一个目的是提供一种上述形式的具有一个可收缩，折迭成为更紧凑形式的机翼的飞机构造。

本发明的另一个目的是提供一种起飞容易，而在飞行中的控制，包括方向操纵、爬升和降落既简单又容易的飞机。

按照本发明，一个有三个轮的飞行机体连接于一个冲压空气充气式的矩形机翼型伞盖，象本人在先的美国第3724789号专利所述的那样，机翼型伞盖上有沿翼弦方向伸展的空气隔室。空气隔室被肋板分隔开并且在伞盖的导缘上开口，该开口由翼展方向的进气口面构成，从进气口面，伞的上、下表面织物沿机翼型曲率倾斜伸展到达后缘，负载悬挂吊索从导缘及处于导缘与后缘之间位置的底表面伸出连到可动地安装在飞行机体上的控制和支承杆上的横向有一定距离的悬吊点上。所述横向有一定距离的悬吊点，或负载悬吊索固定器被置于控制杆上，以通过负载吊索在机体与充气伞盖之间建立一个几何关系，负载吊索使伞的姿态产生自动改变，通过控制向前推力的量值，飞机的爬升和下降可被调整，同时保持一个恒定的巡航速度。向前的推力由后推的推进器传递到机体上，推进器在不同实施例中用电动机或内燃机带动。这样发动机的节流控制可以用来改变作用在机体上的向前推力以调节上升和下降，及获得和保持水平飞行。

在起飞和着陆期间，可以用一个三点支地轮系来支承机体。

前述关于伞盖姿态的改变不仅与向前推力的控制有关，而且也与机体载荷的重心相对于负载吊索连接于控制杆的悬挂点的最佳位置有关，控制杆被能相对运动地安装在机体上，以便通过拉紧或操纵负载悬挂吊索来控制伞盖。在本发明中，机体的重心总是低于在控制杆上的悬吊点。

在本发明的一个实施例中，悬吊点总是在被枢轴地安装在机体上绕沿飞行方向的水平轴转动的控制杆的端部，也就是说，当机体是在大致直的向前水平飞行位置时，机体沿飞行方向沿伸的中心轴与上述水平轴重合。控制杆可以在适用的联动装置作用下绕其枢轴转动，联动装置由市售的双通道无线电控制系统控制的电伺服电动机驱动，所述无线电控制系统象“HITEC”的产品采用了一个“挑战者25”电动机，一个HP-2RNB接收机，电动机速度控制器SP-18011和伺服控制器HS-300。另一方面，控制杆可被由它延伸连接于操纵棒或杆的控制线或索操纵，操纵棒或杆被可绕一个垂直轴或近似垂直轴可转动地安装在机体上，并相对于机体的飞行中心轴或线横向伸延，由连接于电动机的齿轮传动装置带动其转动。一个滑轮和控制索系统也可以被使用并被连接于驱动电动机，以实现与控制杆一样的操纵功能。

飞机的推力可由一个安装在机体上并带有驱动推进器的电动机提供，最好是像一架推进器型螺旋桨驱动的飞机。电动机、无线电接收机及其供电电源都被安放在机体内，以使机体的重心低于在控制杆上的悬吊点。电源可以是单元电池或可充电电源组件，嵌入在机体中的电源安装室中或在外部携带，这样电源可以在需要转换或充电时被容易地取出。适当的电连接设备被提供用来将电源组件连接至无线电接收机、操纵驱动电机及推进器电机。由上述装置，一个在地面上工作的也是由类似于电池一类的电源提供动力的双通道发射机的操作者能够控制操纵驱动电机以及操作控制杆进而操纵飞行中的飞机以及能够控制推进器驱动电机的速度。

控制杆也可以绕一垂直轴即垂直于水平飞行位置的轴转动来取代绕水平轴转动的控制杆，这样控制杆的悬吊点所处的外端部相对机体在水平面内或在大致水平面内顺时针和逆时针或前后绕垂直轴摆动以在负载悬挂吊索上施加控制力，并由此控制伞盖相对于机身纵轴线的横向位置进而操纵飞机。

另一种可替换的操纵系统可以被应用，其中控制杆是可基本沿控制杆纵轴线方向线性地即对于机体的飞行中心轴线横向地运动，机体的飞行中心轴线是如前所限定的，即中心轴线沿飞行方向伸展的轴线。在这个实施例中控制杆端部的悬吊点相对于机体横向向内和向外运动，由此调整负载吊索以操纵飞机。

由一个本发明的改进的实施例，本发明的飞机能够适用于坐在适当的安装在机体上的驾驶员座椅上的人操作，并由置于机体上座位前方的操纵或脚杆控制操纵，操纵杆绕一个垂直轴转动，操纵杆外端连接有控制索，控制索经过安装在机体上的滑轮连接到控制杆。在本实施例中，无线电控制系统包括发射机、接收机、电源组件、电动机、传动装置或皮带轮驱动装置都不需要了，而动力将是一台内燃机，如象本人在先的美国第4934630号专利中所述的由驾驶员操作的节流系统以通常的方式控制。

下面将参照附图对本发明作更详细地描述，其中：

图1是本发明在一种飞行状态下的一个透视图;

图2是通过图1所示机体中心垂直面的一个垂直剖面图;

图3是沿图2中3-3线的剖面图;

图4是图1所示机体的底面视图;

图5是本发明的可替换实施例的一个原理透视图，该实施例采用滑轮和柔性钢索式的操纵系统;

图6是本发明改进实施例的一个原理透视图，它采用一个由滑轮、柔性钢索操纵系统操作的可横向移动的控制杆;及

图7是与图5类似的实施例，显示一个改进的实施例，其中控制杆被安装在一个垂直轴上。

现参见附图，图1显示了由本发明的一个实施例构成的飞机，它具有一个机体1，一个柔性机翼2，一组或数组相间的负载悬挂吊索3把机体1与机翼2的导缘部分4相连接，而载重吊索5把机体与后缘部分10相连接。也可用负载吊索6将机体与伞的处于导缘部分4与后缘部分10之间的底表面8相连接。控制或负载悬挂吊索的下端被连接于可移动地安装在机体1上的控制杆16的相对的端部上的悬吊点12、14上。

飞机的柔性或半柔性机翼部分2可以是一种冲压空气充气式的机翼型伞盖，它是由象尼龙这样的柔性织物制成的。伞盖具有一个表面蒙皮20，该蒙皮在伞盖充气状态下按翼弦方向沿机翼型曲率从导缘部分4延伸至后缘部分10。伞盖具有侧壁18，并被由进入被肋板24分割的按翼弦方向延伸的许多空气室22的空气入流充起。上述形式的冲压空气充气伞盖除了在特殊的位置连有以按翼弦方向相间关系的负载悬挂吊索以便建立所要求的与飞行机体的几何关系外，基本上在本领域中是已知的。所述几何关系将在下面详细说明。在伞盖的导缘部分4有一个进气面26，在此置有伞盖的冲气室22的开口端。进气面26也成为所述几何关系的一部分以提高在起飞状态时的伞的充气，这也将在下面作更详细的说明。

机翼部分也能够是基本上刚性的泡沫塑料材料，或一些其它适用的材料，它不是冲压空气充气的，但形成与图1所示类似的形状。

在本发明第一实施例中的机体是一整体机体，最好是由塑料材料或玻璃纤维模塑而成，并具有一个大致流线型的体部1，体部1有一个较低的部分28，它具有前伸部和后部。一个从其后部向上竖起的柱形部分30，在柱形部分的上部，一个有一个前端开口34和内部可安装驱动推进器38的电动机36的孔的整流罩或发动机舱32。从整流罩或发动机舱32向上还延伸出一个柱形部分40，它的主要作用是在其上部44支承推进器的防护环42，防护环42的下部由体部28的尾端部分46支承。防护环42也可以是塑料的或任何其它材料，例如能使该螺旋桨防护环具有足够强度的轻金属，防护环被置于机体的部件44和46的孔中以适当的方式如压焊、粘接而与部件44和46连接。

轮子被用来在地面上支承机体，如图所示呈三轮式布置，包括一个在轴54上可转动地安装在一个轮穴或槽52中的前轮50，轴54穿过轮穴并且其端部安装在与机身28的前端成一体的安装轴的凸耳56上，而后轮58可转动地安装在后轴60上，后轴横向地穿过机身28的后端或与机身28成一体的后轴安装套62。轮子可以通过适用的轴承被安装在各自的轴上，如滚柱轴承、滚针轴承等，而轮轴可以用象焊接或任何能够使轮子自由转动的适用的方式被刚性地安装在机体上。透明塑料风挡65在其边缘部位通过象粘接等方式被安装到机身28中部的顶部和柱形部件30的前部。

用于驱动推进器的电动机36被用象螺钉或螺栓一类的固定件安装在一个电机安装座64上，安装座64以任何适用的方式安装在柱形部件30、40中的一个或两个上，或安装在整流罩或发动机舱32内，也可与它们做成一体，这样它被刚性地相对于机身28固定。驱动电机36有一个相对于机身28向后伸出的驱动轴66，用它驱动以任何本领域技术人员公知的适用方式安装于其上的驱动螺旋桨38。

在图1-4所示的实施例中，操纵控制杆16被枢轴地安装在一个大致沿飞机机体的飞行方向设置的水平轴上。控制杆16相对于机体的中心纵轴或纵向垂直面横向延伸，并且直接地被枢轴地安装在轴70上（图2），例如通过一个在轴上的孔或适用的轴承如轴衬、轴套、球轴承、滚针轴承或滚柱轴承等，以使杆16在轴70上能够自由地枢轴运动。轴70需穿过一个在柱40的前部的孔，轴70还向后延伸以便通过在安装块64或机体的其他部位的孔72内及轴70后端上相互配合的螺纹被安装于柱形部件40的较低部或发动机安装块64上。在柱形部件40的壁上开有一个槽孔74，以使杆68在其中枢轴地转动。

控制杆16具有连接负载悬挂吊索下端的外端部76，它们的形式可以是在杆16端部上的孔眼78，孔眼内松动地装有连接着负载悬挂吊索的下端的环80，吊索与环的连接可以是任何适用的方式如结扣。操纵连杆82的上端以适当的方式被枢轴地连接在杆16的外端76与中心部位之间的84处，而操纵连杆由此向下延伸并枢轴地连接于枢轴地安装在水平轴部件88上的驱动连杆86的外端部，水平轴部件88安装在处于柱形部件30的空腔内的一个刚性支承件90上。驱动连杆86上有一个齿轮部分92，或者两者为一整体，以便通过一个适当的传动装置驱动连杆86绕其中心轴88转动，该传动装置例如附加齿轮94，96而形成的传动装置，传动装置的输入能量由输出轴100紧固地装配着齿轮96的电操纵驱动电机98提供。操纵驱动电机98是一个由无线电接收机控制和操作的伺服电机，它们可以是一体的，也可以是分离的并彼此电气连接，由该无线电接收机通过接收地面无线电发射机的指令信号驱动电机98顺时针或逆时针转动，如图3，以使控制杆16绕其中心轴70转动，进而控制在负载悬挂吊索上的变化和/或拉力来操纵伞盖，这由图1可清楚的看到。在下柱形部件30的侧边有槽缝102，驱动连杆86通过该槽缝伸出，并能在其中自由运动。

一个电源单元104被可滑动地插入设置在机身28的尾端46的电源舱室106内，以便于进入、取出和插入，并可以用它与舱的内壁或其它部位的相互摩擦力来使其保持在仓室内。如果需要可设盖板108，它以某种适用的方式被可拆卸地连接于舱106的后端，用来以另一种方法将插入的电源单元保持在该舱室中。电源单元104最好是可充电的，有一个与其相连的导线通过连接器110可拆卸地与另一个连接于接收机112的导线相连。如前所述接收机112是双通道遥控无线电收发机组的一部分，其中地面控制单元具有双重控制，其一是控制操作操纵驱动电机98的信号，而另一个是控制操作推进器电机36的信号。

一个进出孔114被置于机体28的底部以提供当电源单元104被退出时通向伺服控制电机98的入口，以提供进入机体28的内部以便从连接器110连接导线的入口，以及通向如图2所示安装在机身28内的接收机112的入口。一个可拆卸的盖板116可被提供用来盖住进出孔114。

如果伺服电机98和接收机装置112是分离的，它们被以任何适用的方式安装在机体内，如螺钉、胶粘、摩擦接合装置及夹紧装置等。

图5显示了另一个操纵控制系统的实施例，其中控制杆16通过安装在机身28上的水平轴144上的惰性滑轮142的柔性操纵连线140被操作。每个操纵连线140的一端被连接于控制杆16上的146处，而其另一端被连接于可转动地安装在机身28上的垂直轴150上的操纵杆148的相对的两端上，这样杆148的转动以同上述第一实施例中的驱动操纵连杆82相同的方式操作控制杆16。在本实施例中操纵杆148能够象在第一实施例中的驱动操纵连杆86一样由操纵驱动电机操作。然而该操纵系统也能够被装置在类似于上述参考的美国第4934630号专利中的机体中，这样坐在机中座位上的驾驶员可将操纵杆148作为脚控制杆来操作，象图5中虚象所示的那样。操纵杆148也能通过适当的安装成为一个手操作杆或能被任何驾驶员操作的控制装置象一种适用的联动装置操作。当然，在本实施例中不使用无线电遥控系统，而推进器由一个内燃机驱动，内燃机以象在美国第4934630号专利中公开的方式由驾驶员操作一个节流装置来控制的。

图6显示了另一个实施例，其中控制杆16′以与机体的飞行方向横向地，同时水平方向可滑动地被安装在一个轴衬或轴套式安装座151中，如安装座151可刚性地安装在柱形部件30或40或者整流罩或发动机舱32上，这样控制杆16′由在154处连接于控制杆16′两端并运行在安装于柱形部件30或40和机身28上的惰性滑轮中的操纵控制索152操纵而沿其纵轴方向移动，惰性滑轮是安装在水平轴上。操纵索152的另一端被连接于控制操纵杆148的相对的两端，杆148以如图5所示实施例相同的方式枢轴地安装在垂直轴150上。在本实施例中，操纵杆148的操作使控制杆16′的两端相对于机体向内或向外位移，以控制连接于12′和14′处的负载悬挂吊索的下端使伞盖相对于机身偏移或移动，进而导致飞机转向。

图7显示了本发明的另一个变换的实施例，其中控制杆16″被枢轴地安装在一个垂直轴118上，这样其连接着吊索的端部12″，14″可在一个水平面内运动。在本实施例中，控制杆16″被装在以适当的方式安装于机身28，柱体30或整流罩32上的可转动滑轮122引导的操纵控制索120来作操纵所需的转动。例如每条控制索120的一端连接于控制杆16″的124处而另一端连接于操纵驱动杆126的128处。通过本原理图的说明应当显而易见地看出使操纵杆126绕垂直枢轴130转动将转动控制杆16″，而使连接点12″，14″相对于机体移动，进而以相对于机身纵轴横向的方式调整负载悬挂吊索，由此给出飞机的操纵控制。

在本发明的所有实施例的设计中，机体的重心要低于吊索和控制杆16的连结点12，14是非常重要的。

下面简要地说明操纵控制杆的移动调整负载悬挂吊索以操纵伞盖的方法。

在图1的实施例中控制杆16绕一水平轴转动，在水平飞行中在伞盖下面的空气压力比周围空气的高，这当然产生了飞行状态下所必需的升力。当控制杆16被倾斜，这样右端的点12被降低而左端的点14升高，吊索3、5和6上的力使伞盖2倾斜使其右边被降低而左边被升高，这样在伞盖下的高压空气从较高的一边或左边溢出。在伞盖上的反作用力的合力与溢出空气的总流相反并产生一个力使伞盖向相对的边转换因而产生了转动。

在图6的实施例中，其中控制杆16″是横向地移动而不是倾斜，在直线飞行期间，重心在控制杆下面，其端部12′、14′在飞行方向上距机体的中心线或中心纵平面的距离实际上是相等的。右端12′横向向外的移动对应于左端14′的横向向内移动，因而向下拉伞盖的左边并使伞盖的右边向上升高，在机翼的右边产生更多的升力而产生了一个绕重心的滚动运动。这使飞机向相对的一侧即升力较少的一侧倾斜，升力较少是由于那里相对于通过重心的垂直面有较少的面积，由此使飞机转向。

在图7的实施例中，控制杆16″被安装成绕垂直轴118转动，操作控制杆使右端12″相对于机体的前部向前面左端14″向后转动，导致伞盖2随着控制杆旋转以保持相互的匹配关系。这时机体进行自己调整以适合伞盖，因此产生转动作用。

Claims (21)

1、一种飞机，它包括：

一个利用作用于其上的空气动力以产生升力的机翼形伞盖；

许多连接于所述伞盖的柔性负载吊索；

在飞行支承状态下由所述吊索从所述伞盖悬吊的并有一重心的一个机体；

可移动地安装在所述机体上的操纵控制杆装置；

至少两个在所述控制杆装置上连接所述负载吊索的悬吊点，并使得在飞行支承状态下所述机体的重心低于所述悬吊点；及

为控制所述控制杆装置相对于机体运动的控制装置，该装置在所述飞行支承状态下及使飞机转向时能调节所述负载吊索进而控制所述伞盖的状态。

2、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于所述的操纵控制杆装置包括：

一个具有端部的细长形控制杆;及

为了转动地将所述控制杆在两端部之间安装于所述机体上的枢轴装置。

3、按权利要求2所述的一种飞机，其特征在于：

所述控制杆被所述枢轴装置安装成绕一个大致沿在水平飞行时的水平轴转动。

4、按权利要求2所述的一种飞机，其特征在于所述控制杆被所述枢轴装置安装成绕一个大致在水平飞行时的垂直轴转动。

5、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于：

在飞行支承状态下所述机体有一个大致沿机体的飞行方向延伸的方向轴;及

所述控制杆装置包括：

一个有一个纵轴和端部的细长控制杆，和

安装所述控制杆使其沿其纵向并基本上是相对所述机体的方向轴横向运动的装置。

6、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于在机体上装有给飞机提供向前推力的动力装置。

7、按权利要求3所述的一种飞机，其特征在于：

所述机体有一个方向由前向后的轴;

一个安装孔横向地贯穿所述控制杆;及

所述枢轴装置包括一个穿过所述安装孔的枢轴，该枢轴有一个转动轴线，枢轴按所述转动轴线大致平行于所述方向轴安装在机身上。

8、按所述要求3所述的一种飞机，其特征在于：

所述机体有一个方向由前向后的轴;

一个安装孔横向地贯穿所述控制杆;及

所述枢轴装置包括一个穿过所述安装孔的枢轴，该枢轴有一个转动轴线，枢轴按所述转动轴线大致垂直于所述方向轴安装在机身上。

9、按权利要求7所述的一种飞机，其特征在于许多支地轮转动地安装在所述机体上，以支承所述机体在地面上移动。

10、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于所述机翼型伞盖包括一个基本上柔性的伞盖。

11、按权利要求10所述的一种飞机，其特征在于所述伞盖为一个冲压空气充气伞盖。

12、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于所述的控制装置包括：

安装在所述机体上并可动作地连接于所述操纵控制杆装置的连动装置;

安装在所述机体上并连接于所述连动装置以带动操纵控制杆的伺服电机装置;及

操作所述伺服电机装置的装置。

13、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于所述控制装置包括：

安装在所述机体上并可动作地连接于所述操纵控制杆以带动所述操纵控制杆的缆索和滑轮组件;及

操作所述缆索和滑轮组件的装置。

14、按权利要求12所述的一种飞机，其特征在于所述操作伺服电机装置的装置包括：

装在机体上并电气连接于所述伺服电机的电气蓄电电源;

安装在所述机体上并电气连接于所述伺服电机和所述蓄电电源以控制所述伺服电机的工作的无线电信号接收机装置;及

用于发送控制信号给所述接收机装置以控制所述伺服电动机的遥控无线电发射机装置。

15、按权利要求14所述的一种飞机，其特征在于：

电动机动力装置被安装在所述机体上;

推进器装置被安装在所述的电动机动力装置上并被其驱动，由此向飞机提供推力;

所述电源装置被电气连接于所述电动机动力装置上;及

所述接收机装置及无线电发射机装置还包括控制所述电动机动力装置的速度的装置。

16、按权利要求2所述的一种飞机，其特征在于还包括安装在机体上为所述飞机提供向前推力的动力装置。

17、按权利要求3所述的一种飞机，其特征在于还包括安装在机体上为所述飞机提供向前推力的动力装置。

18、按权利要求4所述的一种飞机，其特征在于还包括安装在机体上为所述飞机提供向前推力的动力装置。

19、按权利要求5所述的一种飞机，其特征在于还包括安装在机体上为所述飞机提供向前推力的动力装置。

20、按权利要求1所述的一种飞机，其特征在于所述控制装置包括一个由驾驶员操作的控制机构。

21、一种飞机。它包括：

一个利用作用于其上的空气动力以产生升力的机翼型伞盖;

许多连接于所述伞盖的柔性负载吊索;

在飞行支承状态下由所述吊索从所述伞盖悬吊的并有一重心的一个机体;

可移动地安装在所述机体上的操纵控制杆装置;

至少两个在所述控制杆装置上连接所述负载吊索的悬吊点，并使得在飞行支承状态下所述机体的重心低于所述悬吊点;

为控制所述控制杆装置相对于机体运动的控制装置，该装置在所述飞行支承状态下及使飞机转向时能调节所述负载吊索进而控制所述伞盖的状态;

安装在所述机体上的电动机装置;

安装在所述机体上并连接于所述电动机装置，由该电动机装置驱动给飞机提供推力的推进器装置;和

置于机身上的并低于所述控制杆装置的电源装置。

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