CN107792360A - 水空两用飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种水空两用飞行器，其中装置包括：飞艇状的本体、悬浮系统、空中动力系统、水上动力系统和应急降落系统；所述悬浮系统包括对称设置在本体侧部的多个涡轮喷气式发动机及与每个涡轮喷气式发动机相配合的多个导气管道；所述空中动力系统包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的多个涡轮发动机；所述水上动力系统包括设置于本体底部的涡桨发动机或涡轴发动机，所述涡桨发动机或涡轴发动机可通过设置于本体底部收缩仓完全收纳于本体内部；所述应急降落系统设置于本体顶部，可根据应急降落指令释放降落伞；所述本体的尾部设置有方向舵和副翼。本发明装置具备现有多种飞行器的优势。
Description
技术领域
本发明属于飞行器及航模领域，尤其涉及一种水空两用飞行器。
背景技术
在空中飞行领域，传统的飞机是由涡扇发动机装置产生前进推力，由固定机翼产生升力，在大气层中飞行的重于空气的航空器。而直升机是由动力装置驱动旋翼旋转而产生升力和拉力的，在大气中飞行的重于空气的航空器。从以上这两种航空器的定义所反映出的内涵可以看出，飞机和直升机是有着很大不同的：飞机是靠动力装置先获得前进速度，在前进中是固定机翼在相对气流中产生上下压力差而获得升力，其操纵也是靠舵面和副翼在流动的空气中产生空气动力而实现。直升机则是靠动力装置驱动旋翼旋转，迫使空气向下加速流动而产生升力，其操纵也是通过安装在旋翼根部的特殊装置使旋翼的旋转面产生倾斜来实现。所以直升机能够侧飞，后退飞等，这是飞机无法实现，而且当飞机在贴近地面飞行时，飞机很难保持一定的高度飞行，往往不是抬头爬高就是低头触地，时常发生事故。这个现象实际上是纵向运动不稳定影响的结果。飞机并没有横侧静稳性，也就是说，飞机横倾一个角度后，并没有产生横倾的恢复力短。飞机在降落时使飞机低头，进而导致飞行高度下降，而飞行高度下降又促使低头力短加大。如此不断地恶性循环，最后出现发 、失稳的现象，造成飞行低飞触地。反之，如果贴近地面飞行器增加飞行高度时，则会出现另一个结果，就是不断地抬头爬高，甚至会发生翻跟头的现象。
在水面航行领域，传统的气垫船上设有两套系统：一套用于往下垫升、让它飞离水（地）面：另一套则是动力，用于驱动使之前进，气垫船最大的缺点是在海况波浪高于1.3米-1.8米时无法航行，而且使用时噪音大所以气垫船在使用中属于局限性。
水翼艇则是在艇底部安装具有水翼支架在航行水翼与水产生升力将船体托离水面航行，其缺点是在风浪较高的水面上无法航行。所说水翼艇使用也受到了局限性。
纵观世界各国科学家工程技术人对地效翼船的研究发展历程，可分为以下三个阶段时期：在第一次世界大战期间（1914-1918年），美国基于作战需要，已研究出小型快速的摩托艇在执行反潜巡逻，护航等作战任务时效果非常好。第一次世界大战以后各发达国家根据美国的实战经验，努力开发新型的军用高速舰船。到1930年，德国都尼尔航空公司研制成全长40米翼展48米，主翼上配置有12具引擎，起飞重量达52000千克的飞行艇，但由于艇身过重和动力不足等原因，只能从低空在水面上飞行方式横渡大西洋。1935年，芬兰人卡利欧应用“冲压空气”原理，设计了一种“翼展小于艇长”的飞行雪撬，能够快速行驶崎岖的山地，可惜因为系统不够稳定而逐渐被淘汰。
属于单船体的滑行或单滑行或半滑行船艇，运载量与适应不良的海况的能力都相对薄弱，在航速上也无法获得大幅度提高。在这种情况下，理论上极限速度可达100-300节的掠海地效翼艇开始逐渐进入实用化阶段。
地效翼船是利用“地面效应”贴近水面航行，并完全脱离水面的带翼水上运载交通工具。它是世界上目前航建最快的船型，航速最高可达300节/小时，是常规普通船舶建的20倍，它是介于飞机和船艇之间的一种高科技产品。它具有航速高，但缺点在波浪大于2米以上的海况无法航行。
目前世界各国的一般的船舶航行速度20-50千米/小时，高性能船如气垫船，水翼艇的速度基本在50-85千米/小时左右。至在天上的飞机的飞行速度彼此差异较大。小型民用飞机的飞行速度大多为300-400千米/小时，中型民用飞机为500-600千米/小时，大型民用飞机的飞行速度则在800-1000千米/小时，现代军用战斗机的飞行速度实现了超音速甚至更高。
地效飞行器是采用涡轮发动机推进设有机翼的，在航行时可完全脱离水面或地面航行，所以比一般高性能船的阻力要小得多，需克服的阻力只有水面航行时的1/800，因此它的飞行速度为一般船舶航行速度的4-14倍，比大多数高速船的航行速度也要快2-5倍。目前，绝大多数地效飞行器的飞行速度在120-550千米/小时之间，当今世界科技发达的国家研制的最快的地效飞行器的飞行速度甚至可达到700千米/小时。也就是说大多数地效飞行器与低空，低速飞机的飞行速度基本相当。它的飞行速度要胜过飞行速度多在250-300千米/小时之间的直升机。现有舰艇与之相比更是望尘莫及。
地面效应，即简称为“地效”是指飞行器在低高度飞行，以及在起飞和着陆过程中，由于地面所产生出的一种使飞行器机翼诱导阻力减少，升阻比增加的力量，飞行器整体升力显著提高的效应。国内外大量科学研究结果表明，当飞行器的机翼距地面高度为机翼长的15%时，地面效应最为明显，此时机翼的升阻比可提高30%以上，这个可使升阻比急剧提高的区域被称为“地效区”。地效飞行器就是利用空气动力学的地面效应原理，在低空中或超低空飞行量，以贴近水面域地面的方式增加升阻比来实现高速航行的一种超低空飞行器。它是与普通飞机在许多方面截然不同的飞行器。与相同排水量的舰艇相比，由于它在巡航飞行阶段不与水面直接接触，从而大大减少了航行阻力，提高了巡航速度。具有特别的速度优势；与常规飞机相比，因其特殊的机体结构，使得它的载运量又远远高于后者而且隐蔽性也强得多。所以，地效飞行器是将飞机空中飞行的调整性和海上舰船的高承载性等优点完美的结合到一起的产物，不是之处在海浪高时无法使用，但它和飞机一样都采用涡轮发动机推进民用航空飞机和地效飞行器一样，都采用机翼和涡轮发动机推进发动机燃烧完喷气能量向后排出，白白浪费了空气动能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明设计了一种兼备现有各种类飞行器优势且有所突破的水空两用飞行器，其采用以下技术方案：
一种水空两用飞行器，其特征在于，包括：飞艇状的本体、悬浮系统、空中动力系统、水上动力系统和应急降落系统；所述悬浮系统包括对称设置在本体侧部的多个涡轮喷气式发动机及与每个涡轮喷气式发动机相配合的多个导气管道；所述空中动力系统包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的多个涡轮发动机；所述水上动力系统包括设置于本体底部的涡桨发动机或涡轴发动机，所述涡桨发动机或涡轴发动机可通过设置于本体底部收缩仓完全收纳于本体内部；所述应急降落系统设置于本体顶部，可根据应急降落指令释放降落伞；所述本体的尾部设置有方向舵和副翼。
优选地，所述空中动力系统还包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的的多个冲压发动机。
优选地，所述导气管道的出气口朝向可沿垂直水平面方向作正负45°调整，每一对对称导气管道的出气口朝向角度为一致。
优选地，所述空中动力系统设置在本体靠近尾部的总长三分之一处。
优选地，所述水上动力系统的涡桨发动机或涡轴发动机的桨叶装置的轴心线垂直穿过本体的重心。
优选地，所述悬浮系统的涡轮喷气式发动机为电磁涡轮喷气式发动机；所述电磁涡轮喷气式发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
优选地，所述空中动力系统的涡轮发动机为涡扇发动机。
优选地，所述涡扇发动机为电磁涡扇发动机；所述电磁涡扇发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
优选地，所述水上动力系统的涡桨发动机或涡轴发动机为电磁涡桨发动机或电磁涡轴发动机；所述电磁涡桨发动机或电磁涡轴发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
优选地，驱动所述电磁涡轮的电能由设置在本体内部的核反应堆提供。
本发明装置的无需固定升降机翼，由涡轮喷气式发动机喷出气流提供的反冲力（地面起飞及高空的情况）和涡桨发动机或涡轴发动机的桨叶提供的升力（水面）形成或维持飞行的状态，具备类似直升机的空中悬停、稳定性和机动能力；采用涡扇发动机组与冲压发动机组配合，提供远远优于直升机的动力，在亚音速和超音速区间，主要由涡扇发动机组稳定输出动力；而在高超音速区间，由冲压发动机组提供动力，提升动力效率。本发明装置在水面也可达到地效飞行器的性能。
进一步地，在本发明的优选方案中，采用电磁涡轮发动机的设计，能够进一步提高能效比、降低噪音并解决涡轮发动机的低转速迟滞问题，该优选方案目前在航模领域已具备实现条件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例中整体侧视示意图；
图2是本发明实施例中整体俯视示意图；
图3是本发明实施例中整体正面剖视示意图；
图4是本发明实施例2中电磁涡轮发动机示意图；
图中：1-本体；2-涡扇发动机；3-冲压发动机；4-发电机组；5-方向舵；6-副翼；7-收缩仓；8-涡桨发动机；9-驾驶舱；10-电磁涡轮发动机外壳；11-电磁涡轮叶片；12-导磁体；13-线圈；14-涡轮喷气式发动机；15-导气管道；16-应急降落系统。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举2个实施例，作详细说明如下：
在实施例1中，如图1所示，本发明实施例装置包括：飞艇状的本体1、悬浮系统、空中动力系统、水上动力系统和应急降落系统16，其前部设置有驾驶舱9，内部设置有发电机组4，为飞行器提供电能。
其中，如图2、图3所示，悬浮系统包括对称设置在本体侧部的多个涡轮喷气式发动机14及与每个涡轮喷气式发动机相配合的多个导气管道15；导气管道15的出气口朝向可沿垂直水平面方向作正负45°调整；每一对导气管道15的出气口朝向角度一致，从出气口喷出的高速气体可为飞行器提供悬浮的升力，也可根据实际情况为飞行器提供变向的动力。
如图1所示，空中动力系统包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的多个涡扇发动机2和多个冲压发动机3；在亚音速和超音速区间，主要由涡扇发动机组稳定输出动力；而在高超音速区间，由冲压发动机组提供动力，提升动力效率。空中动力系统设置在本体靠近尾部的总长三分之一处，形成较为稳定的动力推进结构。
如图1、图3所示，水上动力系统包括设置于本体底部的涡桨发动机8（也可以是涡轴发动机，二者提供升力的原理和机制类似），涡桨发动机8可通过设置于本体底部收缩仓7完全收纳于本体内部；涡桨发动机8可为飞行器在水面或近水面提供升力。涡桨发动机8的桨叶装置的轴心线垂直穿过本体的重心，为提供合适升力的平衡点。
如图1所示，应急降落系,16设置于本体顶部，可根据应急降落指令释放降落伞，为飞行器的应急降落提供缓冲。
如图1所示，本体的尾部设置有方向舵5和副翼6，用于操纵飞行器的飞行方向。
在航模领域，本发明提供实施例2，实施例2的整体构造与实施例1相同，其区别点在于：
实施例1当中的涡轮发动机替换为电磁涡轮发动机。
电磁涡轮发动机如图4所示，从内而外依次包括：电磁涡轮发动机外壳10、电磁涡轮叶片11、导磁体12和线圈13，其中，导磁体12和线圈13共同构成电磁感应装置。
悬浮系统的涡轮喷气式发动机为电磁涡轮喷气式发动机；电磁涡轮喷气式发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
涡扇发动机为电磁涡扇发动机；电磁涡扇发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
水上动力系统的涡桨发动机为电磁涡桨发动机；电磁涡桨发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
如将实施例2的技术方案应用于实用飞行器，其驱动电磁涡轮的电能由设置在本体内部的核反应堆提供，即发电机组4为核反应堆。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的水空两用飞行器，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种水空两用飞行器，其特征在于，包括：飞艇状的本体、悬浮系统、空中动力系统、水上动力系统和应急降落系统；所述悬浮系统包括对称设置在本体侧部的多个涡轮喷气式发动机及与每个涡轮喷气式发动机相配合的多个导气管道；所述空中动力系统包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的多个涡轮发动机；所述水上动力系统包括设置于本体底部的涡桨发动机或涡轴发动机，所述涡桨发动机或涡轴发动机可通过设置于本体底部收缩仓完全收纳于本体内部；所述应急降落系统设置于本体顶部，可根据应急降落指令释放降落伞；所述本体的尾部设置有方向舵和副翼。
2.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述空中动力系统还包括环绕设置在本体腰部且轴对称设置的的多个冲压发动机。
3.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述导气管道的出气口朝向可沿垂直水平面方向作正负45°调整，每一对对称导气管道的出气口朝向角度为一致。
4.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述空中动力系统设置在本体靠近尾部的总长三分之一处。
5.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述水上动力系统的涡桨发动机或涡轴发动机的桨叶装置的轴心线垂直穿过本体的重心。
6.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述悬浮系统的涡轮喷气式发动机为电磁涡轮喷气式发动机；所述电磁涡轮喷气式发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
7.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述空中动力系统的涡轮发动机为涡扇发动机。
8.根据权利要求7所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述涡扇发动机为电磁涡扇发动机；所述电磁涡扇发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
9.根据权利要求1所述的水空两用飞行器，其特征在于：所述水上动力系统的涡桨发动机或涡轴发动机为电磁涡桨发动机或电磁涡轴发动机；所述电磁涡桨发动机或电磁涡轴发动机不设置燃烧室，空气经电驱动的压气机压缩后推动设有电磁感应装置的电磁涡轮转动，并由喷管喷出；所述电磁涡轮在转动过程中为压气机提供电能。
10.根据权利要求6或8或9其中任一所述的水空两用飞行器，其特征在于：驱动所述电磁涡轮的电能由设置在本体内部的核反应堆提供。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180313 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |