CN107651186A - 一种电力动力滑翔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力动力滑翔机，涉及滑翔机领域，包括滑翔机本体，滑翔机本体底部的前后两端分别设有主轮与尾轮，其中滑翔机本体在主轮处设有主轮无刷电机，主轮无刷电机上连有机载电池组，尾轮通过尾轮支架连接在滑翔机本体上，尾轮支架与滑翔机本体的连接处设有转向机构，滑翔机本体的尾部设有动力螺旋桨，动力螺旋桨上设有相连的动力无刷电机，动力无刷电机也与机载电池组电性相连。本滑翔机在地面滑行时使用主轮带动滑翔机滑跑，能够起到节约能量和保证安全的作用，在滑跑的末段，使用动力螺旋桨提供动力，带动滑翔机加速爬升到滑翔机安全的飞行高度，这些措施在节省能量的同时增加了滑翔机的滑跑、飞行以及着陆等各阶段使用的安全性。

Description

一种电力动力滑翔机

技术领域

本发明涉及滑翔机领域，具体涉及一种电力动力滑翔机。

背景技术

在动力滑翔机领域中，专利号94207080.1的专利公开了一种动力滑翔机方案，该动力滑翔机方案是在滑翔机的中部安装一台发动机，通过传动链路把发动机的动力传递到滑翔机头部的动力螺旋桨上，该方法的滑翔机传动链路过长，螺旋桨的折叠技术难度大，同时螺旋桨的尺寸受到限制，无法高效的发挥螺旋桨的效率。这种动力滑翔机方案的布置还会增加滑翔机在不打开螺旋桨状态下的飞行阻力，因为滑翔机的发动机需要引气和排气。

在动力滑翔机领域中，授权公开号US2004/0031880A1的专利公开了一种在滑翔机背部安装动力的动力滑翔机方案，通过对飞行安全网站的数据分析，这种方案的滑翔机事故率奇高，是一般滑翔机事故率的5倍以上，造成这种结果的原因是该滑翔机一旦打开动力装置，必然会引起滑翔机的飞行力学特性的改变，也就改变了滑翔机的操纵特性，对于飞行员的技术要求较高，平均水平的飞行员基本不能有效的驾驶这种滑翔机。就导致该类型滑翔机事故率高居不下。

在滑翔机领域中，授权公开号CN1173157A公开了一种滑翔机的起飞方式，该滑翔机的起飞方式是通过飞机牵引滑翔机起飞。

上述实现滑翔机动力飞行的动力滑翔机方案中，存在着破坏滑翔机正常滑翔气动特性的问题，滑翔机的优势在于在空中飞行过程中安静，操纵简单，使用成本低。在滑翔机上安装复杂的涡轮或活塞动力发动机，再通过复杂且较长的动力传动路径把内燃机的动力传递给动力螺旋桨会增加滑翔机的使用成本，增加操纵复杂度。内燃机的震动水平和噪音水平较高。在背部安装收放式螺旋桨的动力滑翔机除了具有上述的不足之外，还在滑翔机螺旋桨运转时改变了滑翔机的气动特性，这种改变会突然的增加滑翔机的低头力矩，在滑翔机低空飞行时突然的低头力矩会突然改变滑翔机的操纵特性，一般技术的飞行员无法有效的处理这种问题，经常会导致机毁人亡，这是不希望发生的。绞车拉动滑翔机滑跑起飞的滑翔机起飞方式存在着在起飞过程中，绞车线连接的不稳固，或者绞车线无法与滑翔机分离的危险，这在滑翔机的使用过程中是导致滑翔机事故的重要原因之一，因为在起飞过程中一旦无法顺利起飞或者顺利分离，将会导致滑翔机飞行姿态剧烈变化，飞行员无法控制而引起的迫降的危险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在使用滑翔机动力装置时不改变滑翔机的启动特性和操纵特点的解决方案，该方案在保持了滑翔机良好的气动外形，使得滑翔机能够安静飞行的同时，也防止出现滑翔机因寻找不到上升气流而无法返回机场的危险情况

本发明解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种电力动力滑翔机，包括滑翔机本体，其中所述滑翔机本体底部的前后两端分别设有主轮与尾轮，其中滑翔机本体在主轮处设有主轮无刷电机，主轮无刷电机上连有机载电池组，尾轮通过尾轮支架连接在滑翔机本体上，尾轮支架与滑翔机本体的连接处设有转向机构，滑翔机本体的尾部设有动力螺旋桨，动力螺旋桨上设有相连的动力无刷电机，动力无刷电机也与机载电池组电性相连。

优选的，所述滑翔机本体的底部设有尾轮罩，所述尾轮可收在尾轮罩内。

优选的，所述动力螺旋桨的桨叶由小型电机驱动。

优选的，所述动力螺旋桨在离心力的作用下自己折叠和展开。

优选的，所述滑翔机本体两侧的机翼上设有压电传感器与太阳能电池板，压电传感器、太阳能电池板均与机载电池组电性相连。

优选的，地面上设有地面电源，地面电源通过系留线与所述机载电池组电性相连。

有益效果是：本滑翔机用于实现滑翔机的自动起降和远距离飞行。

主轮用于在地面滑跑情况下给滑翔机提供克服空气阻力和地面摩擦阻力的动力，并且作为滑翔机在地面滑跑时前进的动力。滑翔机内的电池组给主轮的无刷电机供电，无刷电机带动主轮旋转，主轮带动整个滑翔机在地面滑跑。在降落时，主轮的旋转使得无刷电机产生反电动势，快速的把滑翔机停下来同时把刹车产生的电能存储在滑翔机电池组内部，形成良性循环，并且解决了滑翔机滑跑起飞的问题。

尾轮一方面防止滑翔机尾部的动力螺旋桨撞击到地面，另一方面辅助滑翔机在地面稳定的滑跑。

动力螺旋桨为可折叠动力螺旋桨，通过小型电机，在不旋转状态为折叠状态，当动力螺旋桨在动力无刷电机的动力下高速旋转时在离心力的作用下展开，为全机提供克服飞行阻力的前飞动力。当滑翔机滑跑到滑跑末段的时候，飞行控制电脑会控制动力无刷电机接通电源，带动动力滑翔机转动，保证滑翔机主轮离地瞬间能给滑翔机提供充足的动力，保证滑翔机快速的爬升到达飞行的安全高度，保证整个飞行的安全性，事实上需要提前打开螺旋桨，并切断主轮与电机之间的连接，保证最后是以螺旋桨为最终推力实现起飞离地，如此才能保证持续的推力输出，否则会出现主轮离地，但是螺旋桨提供动力不足，飞机又触地的情况。当滑翔机开始降落的时候，动力螺旋桨可以在滑翔机的高度较高时，在下降的气流中旋转产生电能，存储在机载电池组内，并且增加滑翔机的阻力，降低滑翔机的滑翔比，而滑翔比越小的滑翔机需要的滑行距离越短，下降角度越大，从而使得本滑翔机对于降落机场的要求降低。

此外，尾轮罩用于滑翔机在空中飞行时收纳尾轮。压电传感器用于在空中收集滑翔机较为柔软的机翼在上下挥舞的机翼结构变化，并且将产生的压力转变为电力存储在机载电池组中，太阳能电池板同样用于收集照射到滑翔机机翼上的太阳能，并转化为电能存储在机载电池组中，机载电池组用于提供主轮无刷电机和动力无刷电机所需的电力。

本发明的动力滑翔机在地面滑行时使用主轮带动滑翔机滑跑，能够起到节约能量和保证安全的作用，在滑跑的末段，使用动力螺旋桨提供动力，带动滑翔机加速爬升到滑翔机安全的飞行高度，这些措施在节省能量的同时增加了滑翔机的滑跑、飞行以及着陆等各阶段使用的安全性。

附图说明

图1为本发明一种电力动力滑翔机的结构示意图；

图2为本发明一种电力动力滑翔机的起飞滑跑侧视图；

图3为本发明一种电力动力滑翔机的俯视图；

图4为本发明一种电力动力滑翔机的前视图；

图5为本发明一种电力动力滑翔机的滑跑末段动力螺旋桨开始工作视图；

图6为本发明一种电力动力滑翔机的动力螺旋桨折叠原理视图；

图7为本发明一种电力动力滑翔机的加速爬升侧视图；

图8为本发明一种电力动力滑翔机的自由无动力滑翔示意图；

图9为本发明一种电力动力滑翔机的尾翼俯视图；

图10为本发明一种电力动力滑翔机的起飞过程示意图；

图11为本发明一种电力动力滑翔机的降落过程示意图；

图12为本发明一种电力动力滑翔机的动力螺旋桨推力方向改变机构示意图；

图13为本发明一种电力动力滑翔机的地面供电起飞方式示意图；

图14为本发明一种电力动力滑翔机和地面电源之间的连接示意图；

其中1，主轮无刷电机；2，机载电池组；3，尾轮支架；4，旋转电机；5，尾轮；6，动力无刷电机；7，动力螺旋桨；8，尾轮罩；9，主轮；10，压电传感器；11，太阳能电池板；12，小型电机；13，旋转舵机；14，系留线；15，地面电源。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1-图14出示本发明一种电力动力滑翔机的具体实施方式：一种电力动力滑翔机，包括滑翔机本体，其中所述滑翔机本体底部的前后两端分别设有主轮9与尾轮5，其中滑翔机本体在主轮9处设有主轮无刷电机1，主轮无刷电机1上连有机载电池组2，尾轮5通过尾轮支架3连接在滑翔机本体上，尾轮支架3与滑翔机本体的连接处设有旋转电机4，滑翔机本体的尾部设有动力螺旋桨7，动力螺旋桨7上设有相连的动力无刷电机6，动力无刷电机6也与机载电池组2电性相连。

值得注意的是，所述滑翔机本体的底部设有尾轮罩8，所述尾轮5可收在尾轮罩8内。所述动力螺旋桨7的每片桨叶上均设有小型电机12。所述动力螺旋桨7上设有旋转舵机13。所述滑翔机本体两侧的机翼上设有压电传感器10与太阳能电池板11，压电传感器10、太阳能电池板11均与机载电池组2电性相连。地面上设有地面电源15，地面电源15通过系留线14与所述机载电池组2电性相连。

如图1所示动力滑翔机的动力分为两部分，第一部分为在地面提供滑翔机滑跑能量的主轮无刷电机1驱动的主轮9,；第二部分是提供滑翔机在起飞滑跑末段加速飞行的动力无刷电机6带动旋转的动力螺旋桨7。这两部分的主轮无刷电机1和动力无刷电机所需的电能均来源于机载电池组2。在滑翔机滑跑起飞阶段，尾轮5和尾轮支架3在旋转电机4的驱动下旋转使得尾轮5的姿态如图1所示，与主轮9共同支撑着滑翔机的重量。在滑翔机滑跑起飞过程中，动力螺旋桨7保持折叠状态，滑翔机在跑道上滑跑的任务由主轮9完成。

如图10所示，滑翔机在滑跑起飞的第一阶段，主轮9驱动滑翔机在跑道上滑跑，为了节省能量滑翔机的动力螺旋桨7呈折叠状态；在滑跑第二阶段，主轮9即将离地，为了是滑翔机继续加速起飞，动力螺旋桨7展开，提供滑翔机继续向前加速的动力，此时主轮9停止工作，断开电源，防止反电动势阻止加速；在爬升阶段，尾轮5在旋转电机4的驱动下向上收起，尾轮5放置在尾轮罩8内，减小滑翔机的爬升阻力；在滑翔机到达预定高度开始无动力滑翔之后，动力螺旋桨7折叠，减小滑翔机的无动力自由滑翔阻力。

如图11所示展示了滑翔机的降落过程，由于滑翔机的滑翔比较大，一般在20以上，即滑翔机向前滑翔了20米才能降低1米的高度，滑翔机这种优异的滑翔性能给飞行员降落带来了困难。为了解决这种困难，如图11所示，在滑翔机下降的过程中打开动力螺旋桨7，同时通过飞行电脑控制桨叶反转，增加滑翔机的阻力，降低滑翔比，保证滑翔机能够在跑道长度较短的跑道上降落；降落到跑道上之后，动力螺旋桨7折叠起来，尾轮5在旋转电机4的作用下从尾轮罩8内放出，和主轮9一起支撑滑翔机的重力和降落时候的冲击力，在主轮9和尾轮5完全解除跑道之后，主轮无刷电机1再加载反向电动势，使得主轮9受到的摩擦力增加，让滑翔机快速的停在跑道上。主轮无刷电机1加载反向电动势对滑翔机进行减速，减省了传统滑翔机主轮使用摩擦刹车片进行刹车带来的刹车片的磨损和过热引起的安全问题，使得本滑翔机的主轮9的结构可靠质量轻。

如图6所示，动力螺旋桨7的折叠通过小型电机12带动螺旋桨选装在离心力的作用下展开，不旋转的时候，在螺旋桨自身的弹性恢复力作用下折叠来实现。

通过对滑翔机事故的分析，大部分的滑翔机事故是由于飞行员飞行远离机场同时无法找到上升气流以保证滑翔机返回机场而迫降在其他农田等区域。如图3所示，本发明的滑翔机机翼上表面安装了太阳能电池板11和压电传感器10，太阳能电池板11收集滑翔机在空中飞行或停留在地面时照射到滑翔机机翼表面的太阳能，并转化为电能存储在机载电池组2内。滑翔机的机翼翼展较长，一般均超过15米，细长的滑翔机机翼翼展在飞行过程中会上下挥舞运动，如图4所示，虚线表示滑翔机的机翼上下挥舞的位置，为了把滑翔机机翼上下挥舞的的能量转化为电能存储在机载电池组2中，在滑翔机机翼外段安装了压电传感器10。

当滑翔机飞行员驾驶滑翔机外出寻找上升热气流未果，无法使得滑翔机自主无动力滑翔到机场时，滑翔机飞行员可以打开动力螺旋桨7，让动力螺旋桨7带动滑翔机飞行，把滑翔机安全送达机场。

如图12所示，旋转舵机13在飞行计算机的操纵下旋转，当滑翔机在起飞或者降落或者失速的条件下可以通过飞行计算机操纵旋转舵机13来改变动力螺旋桨7的推力方向，而使得滑翔机低头或者抬头，避免了滑翔机的失速，同时，由于动力螺旋桨7位于滑翔机尾部，动力螺旋桨7向后排出的气流能够影响滑翔机垂尾上的气流流动，增加滑翔机垂尾上流动气流的动压，起到主动控制的作用，这有利于降低滑翔机的垂尾尾容量，降低滑翔机的垂尾面积，从而减小滑翔机的飞行阻力。

如图13与图14中的系留线14连接了滑翔机的机载电池组2和地面电源15，地面电源15的电能通过系留线14传递给滑翔机机载电池，在动力滑翔机起飞阶段，地面电源15通过系留线14给机载电池组2不断供电，保证了滑翔机在起飞阶段不使用机载电池组2内部的电能，这有利于保持滑翔机电池组内部的电能，以用于飞行能量需求更低的滑翔机的水平和下降飞行。该滑翔机起飞方式还有一个优势在于能够完整地以最低的成本来模拟一般动力飞机的全飞行包线范围的飞行特点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种电力动力滑翔机，包括滑翔机本体，其特征在于：所述滑翔机本体底部的前后两端分别设有主轮与尾轮，其中滑翔机本体在主轮处设有主轮无刷电机，主轮无刷电机上连有机载电池组，尾轮通过尾轮支架连接在滑翔机本体上，尾轮支架与滑翔机本体的连接处设有转向机构，滑翔机本体的尾部设有动力螺旋桨，动力螺旋桨上设有相连的动力无刷电机，动力无刷电机也与机载电池组电性相连。

2.根据权利要求1所述一种电力动力滑翔机，其特征在于：所述滑翔机本体的底部设有尾轮罩，所述尾轮可收在尾轮罩内。

3.根据权利要求1所述一种电力动力滑翔机，其特征在于：所述动力螺旋桨的桨叶由小型电机驱动。

4.根据权利要求1所述一种电力动力滑翔机，其特征在于：所述动力螺旋桨上设有旋转舵机。

5.根据权利要求1所述一种电力动力滑翔机，其特征在于：所述滑翔机本体两侧的机翼上设有压电传感器与太阳能电池板，压电传感器、太阳能电池板均与机载电池组电性相连。

6.根据权利要求1所述一种电力动力滑翔机，其特征在于：地面上设有地面电源，地面电源通过系留线与所述机载电池组电性相连。