CN107776889A - 一种智能平衡飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能平衡飞行器，该飞行器有一个半球形或碟形的载人机仓，该机仓的顶部设有发动机、与发动机相连的离心涡轮及罩在机仓顶部及上端外围的空气整流罩，所述整流罩与机仓之间形成环形的旋流气道，该气道中设有多个控制喷气方向及防止飞行器自旋的喷气道，并设有多个调整飞行姿态用的活动气门。本发明提供了一种更廉价，更适于实际应用和家庭使用，使用及操作更加安全可靠的飞行器，它具有无翼无尾，可垂直起降，能在空中静止不动，适合于在中低空飞行或贴近水面或地面飞行等特点。

Description

一种智能平衡飞行器

技术领域

本发明涉及载人飞行器，特别是涉及一种空气自飞行器顶部吸入，在机仓顶部产生旋流，并经环形旋流气道、喷气道整形后垂直向下喷出的智能平衡飞行器。

背景技术

众所周知，乘飞机旅行已成为人类现代生活中的一个重要组成部分，这种高效便捷的旅行方式极大地方便了人们的生活，大大缩短了世界各地间的距离，并扩大了不同地区的人们的各种交流。人类的飞行活动已有较久远的历史，从早期的小型螺旋浆飞机到今天的大型喷气飞机，以及能进行空间旅行的航天飞机和宇宙飞船，各种飞行器的体积越来越大，速度越来越快，使人们的旅行和探索范围不断扩大。如今人们所见到的飞机基本上仍是螺旋浆飞机和喷气飞机两种，目前的螺旋浆飞机大多为直升飞机，民用飞机则多为喷气飞机。螺旋浆飞机是靠机体顶部的螺旋浆提供向上的升力，并通过尾部螺旋浆控制方向。而喷气机则是通过设置于机体两侧的涡轮发动机将气体从前部吸入，从后部喷出，以提供向前的推力，其升力则是靠机翼上下两侧的压力差所提供的。

迄今为止，人们的飞行工具主要是依赖于飞机。由于大型飞机本身的结构非常复杂，造价十分昂贵，因此坐飞机旅行的费用也很高，这使得目前的飞机难以成为象汽车一样的普通交通工具。

为此，人们一直想象着能有一种家庭化的能够灵活起降和飞行地小型飞行器，于是便有了各种关于飞碟的科学幻想和各种关于飞行器的设想。然而，人们想象中的飞碟到目前尚未出现。而文献中已公开的飞行器也由于未能很好地解决飞行器的动力和控制问题而无法实际应用。

发明内容

本发明旨在使飞行器更廉价，更适于实际应用和家庭使用，使用及操作更加安全可靠，而提供一种无翼无尾，可垂直起降，能在空中静止不动，适合于在中低空低速飞行或贴近水面或地面飞行的智能平衡飞行器。

为达到上述目的，本发明提供一种智能平衡飞行器，该飞行器有一个半球形或碟形的载人机仓，该机仓的顶部设有发动机、与发动机相连的离心涡轮及罩在机仓顶部及上端外围的空气整流罩，所述整流罩与机仓之间形成环形的旋流气道，该气道中设有多个控制喷气方向及防止飞行器自旋的喷气道，并设有多个调整飞行姿态用的活动气门。

离心涡轮为螺线涡轮，它连接于发动机的输出轴上，发动机则固定在机仓上盖上。

整流罩呈环形，其顶部为进气口，其底部罩体通过多个喷气导叶与机仓相连接，并形成多个喷气道。

喷气道是在旋流气道内相隔一定间距设有多个喷气导叶，每两个相邻导叶之间形成一个喷气道，且每个导叶的两端分别与整流罩和机仓连接。

多个喷气导叶中的至少一个是可活动的。

喷气导叶的上端是向气流方向倾斜的曲面，其下端则与飞行器中轴线大致平行。

气门水平活动连接于机仓上盖上，并可沿机仓上盖径向伸缩，以控制某个喷气道的开闭。

在旋流气道中设有三个或三个以上活动气门。

在飞行器底部设有可弹出的降落伞及起落架。

本发明的工作原理可结合图加以说明，发动机20带动螺线涡轮30高速旋转，进而驱动飞行器顶部的空气高速旋转，因涡轮轮叶的压力及离心力作用，迫使空气以旋流状态进入整流罩40内，并因气旋而在飞行器顶部产生一个空气负压区，而在整流罩内形成一个空气正压区，飞行器顶部空气负压对整个飞行器产生一个向上的吸力，该吸力作用于整个飞行器顶部壳体上。正压区内的空气经喷气导叶从多个喷气道60垂直向下喷出，并产生一个向上的反推力，该反推力作用于整流罩顶部，所述负压吸力和反推力的合力的方向向上，并平行于飞行器中轴线，该合力作用于飞行器顶部，使飞行器垂直升空。升空后可调整气门70使飞行器中轴线向前进的方向倾斜，这样就会使飞行器获得一个向前运动的水平合力，该合力的产生如图9所示，图中F为升力，G为重力，F1为合力，如图示，该飞行器可以垂直升空，并可向任何一个方向运动，在飞行过程中可通过喷气导叶控制喷气方向，以防止飞行器自旋，并实现飞行器的转向。

本发明的贡献在于，它提供了一种全新的飞行器，该飞行器从飞行原理、整体结构到外形都完全不同于现有的飞机，由于其进气在飞行器顶部，喷气在底部，因此有利于飞行器的垂直起降，且由于设有简单有效的飞行姿态及方向控制机构，因而飞行灵活且操控简单。该飞行原理和结构设计不仅符合空气动力学原理，而且结构较现有飞机大为简化，因而制造成本和价格都将远远低于现有的飞机，这就使得该飞行器有可能成为一种小型化的，更加廉价的，更适宜作为一种类似于小汽车的空中交通工具，并使得人们想象或设想中的类似于飞碟的飞行物变成现实。。

附图说明

图1是本发明的俯视外形立体示意图。

图2是本发明的仰视外形立体示意图。

图3是本发明的平面示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明的结构剖视图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是图6的C-C剖视图。

图8是图3的D-D剖视图。

图9是本发明飞行原理示意图。

图10是飞行姿态控制示意图。

具体实施方式

下例实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

本发明的智能平衡飞行器是一种载人飞行器，图1～图3示出了该飞行器的外形，很显然，它也可设计成其它的外形。如图示，该飞行器有一个半球形或碟形的载人机仓10，本例中示出的是半球形的机仓结构，该机仓由高强度工程塑料或高强度玻璃钢材料制成，当然也可由轻金属材料制成，机仓内沿轴向可分隔成上、中、下三层11、12、13，其中上层11内用于安装发动机，中层12内设有驾驶仓121和座仓122，而底层13则用于设置降落伞80和起落架90。中层的驾驶仓及座仓内设有驾驶位1212及乘客位1221，机仓两侧设有机仓门14(见图8)。在驾驶仓121的前方的机仓壳体上装有视角宽阔的驾驶仓前窗1211，前窗上方的整流罩上装有飞行灯90，驾驶仓内的各种仪表和控制机构可采用成熟技术。驾驶仓及座仓的环形仓壁上设有多个供飞行员和乘客使用的观察窗15。

参见图5，在机仓10的顶部上层11内设有发动机20，该飞行器配有两台发动机，既可单机驱动，亦可双机联合驱动。双机驱动时功率满足飞行器在一定高度快速飞行，单机驱动时功率满足飞行器安全降落及贴近地面或水面飞行。这样即使一个发动机发生故障亦能保证飞行器及人员安全。该发动机固定于机仓上层底板111上，它可选用市售轻型航空汽油发动机，也可选用柴油或电力发动机。在发动机的输出轴上装有一个离心涡轮30，该离心涡轮30为螺线涡轮(见图4)，它置于机仓顶盖16上部，对于较大型的飞行器也可设置两个或多个涡轮，该涡轮的作用在于使从飞行器顶部吸入的气流进行高速旋转，形成旋流，并经喷气道喷出。由于螺线涡轮本身不承担升力，且其高速旋转时，叶片本身离心力与空气对它的压力会相互抵消大部分，因而对螺线涡轮的强度要求不是很高，它可采用高强度工程塑料或轻金属制造。

在机仓顶部及上端外围设有空气整流罩40，它是该飞行器的重要部件之一，该整流罩呈环形(见图4、图5)，其顶部是通向飞行器外部的圆形进气口41，其底部罩体通过多个喷气导叶61与机仓相连接，并形成多个喷气道60(见图6)。喷气导叶61结构如图4～6所示，其两侧一端与机仓连接，另一端与整流罩连接，喷气导叶的上端是向气流方向倾斜的弧面，其弧度与气体旋流方向一致，导叶的下端与飞行器中轴线大致平行(见图7)，使气流能垂直向下喷出。多个喷气导叶61相隔一定间距设置在旋流气道50内，每两个相邻导叶之间形成一个喷气道60(见图6)，多个喷气导叶61中的至少一个是可活动的，以便调整喷气方向。活动导叶可与飞行器的液压机构连接，通过液压控制使之可上下活动，因此可改变喷气方向。因本飞行器的进气流及喷气流方向均与飞行器的中轴线平行，根据动量守恒原理，该飞行器理论上无绕中轴旋转的力偶，因此不会旋转，若外界有旋转力偶作用或本身需作旋转运动时，可微调活动喷气导叶，改变喷气角度，从而获得平衡外力偶所需的反向力偶或本身作旋转运动所需的力偶。因此该飞行器可转向但不会自旋。

如何控制飞行姿态是本发明所要解决的另一个重要问题，为控制飞行姿态，在气道60中可设置多个活动气门70(如图5、图6所示)，根据力学原理，该活动气门至少应为三个，本例中沿对称轴线设有四个气门，该气门水平活动连接于机仓上层11的底板111上，并与飞行器的液压机构连接。它可沿机仓上层底板径向伸缩，以控制某个喷气道60的开闭或部分开闭，使得飞行器的飞行姿态很容易地得到控制。由该飞行器的飞行原理分析可知，飞行器的升力向上并作用于飞行器顶部，而重力向下作用于重心，重心位于升力作用点下部，当外界因素使机仓倾斜时，重力G与升力F及垂直分力F2会产生一个反向力偶(如图10)，倾斜度越大则反向力偶越大，因此该飞行器具有良好的平面稳定性。若因载人或载货产生重心偏移时，则可调整气门70产生反向力偶来补偿，使机身水平稳定。

为确保飞行安全，在飞行器底部设有可弹出的降落伞(图中未示出)，它可采用现有飞机的降落伞弹出结构。在飞行器底部装有受飞行器液压系统控制的起落架80，它可采用类似直升机的起落架。

Claims (9)

1.一种智能平衡飞行器，其特征在于，它有一个半球形或碟形的载人机仓(10)，该机仓的顶部设有发动机(20)、与发动机相连的离心涡轮(30)及罩在机仓顶部及上端外围的空气整流罩(40)，所述整流罩与机仓之间形成环形的旋流气道(50)，该气道中设有多个控制喷气方向及防止飞行器自旋的喷气道(60)，并设有多个调整飞行姿态用的活动气门(70)。

2.根据权利要求1所述的一种智能平衡飞行器，其特在于，所述离心涡轮(30)为螺线涡轮，它连接于发动机(20)的输出轴上，发动机则固定在机仓上层(11)的底板(111)上。

3.根据权利要求1所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，所述整流罩(40)呈环形，其顶部为进气口(41)，其底部罩体通过多个喷气导叶(61)与机仓相连接，并形成多个喷气道(60)。

4.根据权利要求3所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，所述喷气道(60)是在旋流气道(50)内相隔一定间距设有多个喷气导叶(61)，每两个相邻导叶之间形成一个喷气道(60)，且每个导叶的两端分别与整流罩(30)和机仓连接。

5.根据权利要求4述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，所述多个喷气导叶(61)中的至少一个是可活动的。

6.根据权利要求4所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，所述喷气导叶(61)的上端是向气流方向倾斜的曲面，其下端则与飞行器中轴线大致平行。

7.根据权利要求1所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，所述气门(70)水平活动连接于机仓上层(11)的底板(111)上，并可沿机仓上盖径向伸缩，以控制某个喷气道(60)的开闭。

8.根据权利要求1所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，在旋流气道(50)中设有三个或三个以上活动气门(70)。

9.根据权利要求1至8中任一条所述的一种智能平衡飞行器，其特征在于，在飞行器底部设有可弹出的降落伞及起落架(80)。