CN107891974A - 一种单叶桨四旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单叶桨四旋翼飞行器，包括飞行器本体，飞行器本体由后单叶旋翼、后主翼、V尾、螺旋桨发动机、机身、前单叶旋翼、前内段翼、航向控制涵道、前起落架、主起落架、尾撑、涵道外壳、盘式电机、旋翼转轴、单叶旋翼和减速齿轮组构成。该飞行器拥有四片内置盘式电机的单叶旋翼，在垂直起降和悬停状态下，较大的旋翼半径保证飞行器具有很好的经济性，在本飞行器的机头位置安装小型偏航涵道风扇，抵消四片旋翼旋转可能引起的偏航力矩，在巡航状态下，单叶旋翼向外展开并锁定，使飞行器变成拥有很大的展弦比的前后双翼面飞机，此时尾部的大直径涵道风扇，为飞行器提供巡航状态下的推力。

Description

一种单叶桨四旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，具体涉及一种单叶桨四旋翼飞行器。

背景技术

城市中狭小复杂的空间导致飞行器不能采用对跑道的依赖的固定翼飞机甚至旋翼机方案，未来城市飞行器必须拥有垂直起降能力，并可以长时间悬停。就像有时候人们也会开进行长距离的行程，飞行器也应该具有很好的巡航性能。另外，飞行器也必须拥有很高的可靠性和安全性。由于使用方是广大普通市民和医疗、消防、执法人员，所以飞行器的操控要简单，并且飞行器需要拥有较低的生产成本和使用、维护成本，以方便飞行器的普及。现有的垂直起降技术多采用四旋翼方式，但这种四旋翼为正常的两叶桨或者中心对称多叶桨，并且飞行器在平飞状态下，桨叶是旋转状态，有固定机翼的飞行器桨叶也是处在静止顺风状态，桨叶在静止状态下不会产生升力。成都纵横自动化CW-20“大鹏”及类似布局的飞行器采用固定翼和常规四旋翼结合方式。旋翼桨叶采用两叶桨，在垂直起降状态下，只有四旋翼旋转产生升力，在固定翼巡航状态下，四旋翼桨叶旋转到顺风位置，只产生阻力而不产生升力，此时只有固定翼产生升力。美国的“Lotus”无人机采用三旋翼布局，两侧机翼尖部各安装两台电机和螺旋桨，飞行器尾部安装一台倾转发动机，垂直起降状态下，飞行器采用三旋翼实现垂直起降，当转成固定翼时，飞行器两侧翼尖部的旋翼外旋，成为飞行器的新翼尖，减小飞行器巡航飞行阻力，并增加升力。尾部发动机转成水平，产生飞行器水平推力。四旋翼具有飞行部件少和控制方式简单的特点，但现有的四旋翼均为两叶或多叶桨，飞行器的升力依靠单纯四旋翼的拉力产生。航程和航时均很短，载重量也相对较小。混合无人机采用四旋翼和固定翼结合方式，四旋翼只在垂直起降和悬停状态下通过拉力产生升力，水平飞行状态下单纯依靠机翼产生升力，四个旋翼只产生巡航阻力，对于巡航飞行来说成为无用部件。Lotus无人机采用三旋翼方式，固定翼状态下旋翼成为新的翼尖，起到减阻增升作用。但是由于旋翼面积较小，垂直起降和悬停效率不高。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种单叶桨四旋翼飞行器，从而解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种单叶桨四旋翼飞行器，包括飞行器本体，所述飞行器本体由后单叶旋翼、后主翼、V尾、螺旋桨发动机、机身、前单叶旋翼、前内段翼、航向控制涵道、前起落架、主起落架、尾撑、涵道外壳、盘式电机、旋翼转轴、单叶旋翼和减速齿轮组构成，所述飞行器本体上设有所述机身，所述机身的一端设有所述主起落架，所述主起落架的内部设有所述螺旋桨发动机，所述螺旋桨发动机的两侧均设有所述V尾，所述V尾的顶端设有所述后主翼，所述后主翼的顶端设有所述后单叶旋翼，所述机身的两侧均设有所述尾撑，所述机身的另一端设有所述航向控制涵道，所述航向控制涵道的两侧均设有所述前内段翼，所述前内段翼的顶端设有所述前单叶旋翼，所述机身的底端设有所述前起落架，所述前起落架的一侧设有所述涵道外壳。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼和所述前单叶旋翼的内部均设有所述盘式电机，所述盘式电机的一侧设有所述旋翼转轴，所述旋翼转轴的一侧设有所述减速齿轮组。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼和所述前单叶旋翼均通过所述旋翼转轴分别与所述前内段翼和所述主起落架固定相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼和所述前单叶旋翼的单叶桨效率比两叶桨高30％，所述飞行器本体采用四个2.2米的半径单叶旋翼组成的四旋翼构型，垂直起降和悬停状态下拥有比普通四旋翼更高的效率。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼和所述前单叶旋翼采用复合材料制作，结构质量很轻，将所述盘式电机和所述减速齿轮组来对旋翼进行转动惯量配平，合理利用空间、减少无效的质量，优化旋转时内段翼和旋翼连接处的载荷，内段旋翼只承受转轴传递的纵向载荷。

作为本发明的一种优选技术方案，所述四旋翼构型简单可靠，前后旋翼同向旋转，导致横滚和偏航耦合，所以在机身前端加装一台所述航向控制涵道，使这种构型的四旋翼也简单易操控。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼、所述前单叶旋翼和固定主翼配合：所述单叶旋翼可以外展成固定翼的外段，合理使用现有机构优化飞机，并大大增大了机翼展弦比。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后单叶旋翼和所述前单叶旋翼的布局使飞机的重心可以有更大的移动区间，降低了飞机配平的苛刻要求，保证了飞行的安全性，飞机因前后翼面的配合也具有很高的飞行效率。

本发明所达到的有益效果是：该装置是一种单叶桨四旋翼飞行器，本发明的飞行器拥有四片内置盘式电机的单叶旋翼，在垂直起降和悬停状态下，较大的旋翼半径保证飞行器具有很好的经济性，在本飞行器的机头位置安装小型偏航涵道风扇，抵消四片旋翼旋转可能引起的偏航力矩，在巡航状态下，单叶旋翼向外展开并锁定，使飞行器变成拥有很大的展弦比的前后双翼面飞机，此时尾部的大直径涵道风扇，为飞行器提供巡航状态下的推力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明折叠状态下飞行器的结构示意图；

图2是本发明固定翼状态下飞行器的结构示意图；

图3是本发明旋翼部分内部结构的结构示意图；

图中：1、后单叶旋翼；2、后主翼；3、V尾；4、螺旋桨发动机；5、机身；6、前单叶旋翼；7、前内段翼；8、航向控制涵道；9、前起落架；10、主起落架；11、尾撑；12、涵道外壳；13、盘式电机；14、旋翼转轴；15、单叶旋翼；16、减速齿轮组。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种单叶桨四旋翼飞行器，包括飞行器本体，飞行器本体由后单叶旋翼1、后主翼2、V尾3、螺旋桨发动机4、机身5、前单叶旋翼6、前内段翼7、航向控制涵道8、前起落架9、主起落架10、尾撑11、涵道外壳12、盘式电机13、旋翼转轴14、单叶旋翼15和减速齿轮组16构成，飞行器本体上设有机身5，机身5的一端设有主起落架10，主起落架10的内部设有螺旋桨发动机4，螺旋桨发动机4的两侧均设有V尾3，V尾3的顶端设有后主翼2，后主翼2的顶端设有后单叶旋翼1，机身5的两侧均设有尾撑11，机身5的另一端设有航向控制涵道8，航向控制涵道8的两侧均设有前内段翼7，前内段翼7的顶端设有前单叶旋翼6，机身5的底端设有前起落架9，前起落架9的一侧设有涵道外壳12。

后单叶旋翼1和前单叶旋翼6的内部均设有盘式电机13，盘式电机13的一侧设有旋翼转轴14，旋翼转轴14的一侧设有减速齿轮组16。

后单叶旋翼1和前单叶旋翼6均通过旋翼转轴14分别与前内段翼7和主起落架10固定相连。

后单叶旋翼1和前单叶旋翼6的单叶桨效率比两叶桨高30％，飞行器本体采用四个2.2米的半径单叶旋翼组成的四旋翼构型，垂直起降和悬停状态下拥有比普通四旋翼更高的效率。

后单叶旋翼1和前单叶旋翼6采用复合材料制作，结构质量很轻，将盘式电机13和减速齿轮组16来对旋翼进行转动惯量配平，合理利用空间、减少无效的质量，优化旋转时内段翼和旋翼连接处的载荷，内段旋翼只承受转轴传递的纵向载荷。

四旋翼构型简单可靠，前后旋翼同向旋转，导致横滚和偏航耦合，所以在机身前端加装一台航向控制涵道8，使这种构型的四旋翼也简单易操控。

后单叶旋翼1、前单叶旋翼6和固定主翼配合：单叶旋翼15可以外展成固定翼的外段，合理使用现有机构优化飞机，并大大增大了机翼展弦比。

后单叶旋翼1和前单叶旋翼6的布局使飞机的重心可以有更大的移动区间，降低了飞机配平的苛刻要求，保证了飞行的安全性，飞机因前后翼面的配合也具有很高的飞行效率。

本发明提供一种单叶桨四旋翼飞行器，包括飞行器本体，飞行器本体由后单叶旋翼1、后主翼2、V尾3、螺旋桨发动机4、机身5、前单叶旋翼6、前内段翼7、航向控制涵道8、前起落架9、主起落架10、尾撑11、涵道外壳12、盘式电机13、旋翼转轴14、单叶旋翼15和减速齿轮组16构成，该飞行器拥有四片内置盘式电机13的单叶旋翼15，在垂直起降和悬停状态下，较大的旋翼半径保证本发明具有很好的经济性。在飞行器的机头位置安装小型偏航涵道风扇，抵消四片旋翼旋转可能引起的偏航力矩。在巡航状态下，单叶旋翼向外展开并锁定，使飞行器变成拥有很大的展弦比的前后双翼面飞机，此时尾部的大直径涵道风扇，为飞行器提供巡航状态下的推力。飞行器在地面准备起飞时，四片旋翼解锁并开始旋转，由于单叶桨效率比双叶桨高30％以上，而且旋翼面积大，四片旋翼转速较低，故垂直起降和悬停效率高。但由于飞行器的前后旋翼同向旋转，飞行器的横滚和偏航存在耦合，飞行器前部的偏航涵道控制飞行器偏航，并纠正由于横滚控制引起的飞行器偏航。直到飞行器完成垂直起降进入空中悬停状态。飞行器进入悬停状态后，尾部发动机启动，使飞行器加速平飞，直到达到飞行器最小平飞速度，这过程中四片旋翼转速渐渐降低，升力逐渐从旋翼转至内段翼。达到飞行器最小平飞速度时，飞行器的旋翼外旋并最终锁定，成为飞行器的机翼外段，飞机进入固定翼巡航状态。

本发明所达到的有益效果是：该装置是一种单叶桨四旋翼飞行器，本发明飞行器拥有四片内置盘式电机的单叶旋翼，在垂直起降和悬停状态下，较大的旋翼半径保证飞行器具有很好的经济性，在本飞行器的机头位置安装小型偏航涵道风扇，抵消四片旋翼旋转可能引起的偏航力矩，在巡航状态下，单叶旋翼向外展开并锁定，使飞行器变成拥有很大的展弦比的前后双翼面飞机，此时尾部的大直径涵道风扇，为飞行器提供巡航状态下的推力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单叶桨四旋翼飞行器，包括飞行器本体，所述飞行器本体由后单叶旋翼(1)、后主翼(2)、V尾(3)、螺旋桨发动机(4)、机身(5)、前单叶旋翼(6)、前内段翼(7)、航向控制涵道(8)、前起落架(9)、主起落架(10)、尾撑(11)、涵道外壳(12)、盘式电机(13)、旋翼转轴(14)、单叶旋翼(15)和减速齿轮组(16)构成，其特征在于，所述飞行器本体上设有所述机身(5)，所述机身(5)的一端设有所述主起落架(10)，所述主起落架(10)的内部设有所述螺旋桨发动机(4)，所述螺旋桨发动机(4)的两侧均设有所述V尾(3)，所述V尾(3)的顶端设有所述后主翼(2)，所述后主翼(2)的顶端设有所述后单叶旋翼(1)，所述机身(5)的两侧均设有所述尾撑(11)，所述机身(5)的另一端设有所述航向控制涵道(8)，所述航向控制涵道(8)的两侧均设有所述前内段翼(7)，所述前内段翼(7)的顶端设有所述前单叶旋翼(6)，所述机身(5)的底端设有所述前起落架(9)，所述前起落架(9)的一侧设有所述涵道外壳(12)。

2.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)和所述前单叶旋翼(6)的内部均设有所述盘式电机(13)，所述盘式电机(13)的一侧设有所述旋翼转轴(14)，所述旋翼转轴(14)的一侧设有所述减速齿轮组(16)。

3.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)和所述前单叶旋翼(6)均通过所述旋翼转轴(14)分别与所述前内段翼(7)和所述主起落架(10)固定相连。

4.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)和所述前单叶旋翼(6)的单叶桨效率比两叶桨高30％，所述飞行器本体采用四个2.2米的半径单叶旋翼组成的四旋翼构型，垂直起降和悬停状态下拥有比普通四旋翼更高的效率。

5.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)和所述前单叶旋翼(6)采用复合材料制作，结构质量很轻，将所述盘式电机(13)和所述减速齿轮组(16)来对旋翼进行转动惯量配平，合理利用空间、减少无效的质量，优化旋转时内段翼和旋翼连接处的载荷，内段旋翼只承受转轴传递的纵向载荷。

6.根据权利要求4所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述四旋翼构型简单可靠，前后旋翼同向旋转，导致横滚和偏航耦合，所以在机身前端加装一台所述航向控制涵道(8)，使这种构型的四旋翼也简单易操控。

7.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)、所述前单叶旋翼(6)和固定主翼配合：所述单叶旋翼(15)可以外展成固定翼的外段，合理使用现有机构优化飞机，并大大增大了机翼展弦比。

8.根据权利要求1所述的一种单叶桨四旋翼飞行器，其特征在于，所述后单叶旋翼(1)和所述前单叶旋翼(6)的布局使飞机的重心可以有更大的移动区间，降低了飞机配平的苛刻要求，保证了飞行的安全性，飞机因前后翼面的配合也具有很高的飞行效率。