CN108177760A - 垂直起降个人飞行器 - Google Patents

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罗佳杰
杜博涵
宋文滨
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Shanghai Jiaotong University
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/38—Adjustment of complete wings or parts thereof
    • B64C3/56—Folding or collapsing to reduce overall dimensions of aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • B64C27/28—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft with forward-propulsion propellers pivotable to act as lifting rotors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

一种飞行器技术领域的垂直起降个人飞行器，包括：纺锤形机身、折叠机翼、转向发动机和降噪设备，其中：降噪设备设置在纺锤形机身内并与飞行器电控系统相连，转向发动机设置在纺锤形机身尾部并通过销轴相连，折叠机翼设置在纺锤形机身两侧，折叠机翼沿宽度方向固定有四桨叶旋翼；所述纺锤形机身两侧的折叠机翼通过连杆相连，所述的连杆固定在纺锤形机身内的旋转机构上；所述的折叠机翼包括与连杆相连的机翼固定端和与机翼固定端铰链连接的机翼展开端；所述的转向发动机绕销轴在纺锤形机身水平轴线下方90°范围内转动。本发明机翼可以折叠，而且能够改变推力方向，具有低噪音的优点，适合城市交通需求。

Description

垂直起降个人飞行器
技术领域
本发明涉及的是一种飞行器领域的技术，具体是一种垂直起降个人飞行器。
背景技术
交通工具是现代社会的重要组成部分，特别是商业铁路及航空在远距离旅行中已经为乘客提供越来越舒适、灵活的选择。然而在经济发达城市和地区，堵车现象日益严重，给人们的生活带来诸多不便。而传统的公共交通又难以解决上述问题，故安全、经济、灵活的个人飞行器成为越来越多人的期盼。
发明内容
本发明针对现有技术停放时占地面积较大或续航不足和航程较短等缺陷，提出了一种垂直起降个人飞行器，机翼可以折叠，而且能够改变推力方向，具有低噪音的优点，适合城市交通需求。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括：纺锤形机身、折叠机翼、转向发动机和降噪设备，其中：降噪设备设置在纺锤形机身内并与飞行器电控系统相连，转向发动机设置在纺锤形机身尾部并通过销轴相连，折叠机翼设置在纺锤形机身两侧，折叠机翼上固定有四桨叶旋翼；
所述纺锤形机身两侧的折叠机翼通过连杆相连，所述的连杆固定在纺锤形机身内的旋转机构上；所述的折叠机翼包括与连杆相连的机翼固定端和与机翼固定端铰链连接的机翼展开端；
所述的转向发动机绕销轴在纺锤形机身水平轴线下方90°范围内转动。
所述的转向发动机设有V形尾翼。
所述的折叠机翼为矩形机翼。
所述的四桨叶旋翼包括上下两组桨叶和与之相连的旋翼轴，所述的旋翼轴固定在折叠机翼上；通过飞行器电控系统实现上下两组桨叶的折叠重合与展开。
所述的四桨叶旋翼对应设有旋翼发动机。
所述的旋翼发动机和转向发动机均采用电动发动机。
技术效果
与现有技术相比，本发明机身两侧的机翼可折叠，尾部发动机可旋转，因此相比于其他传统飞行器能更容易地停放，不需要很大的空间来起飞和着陆，且本发明能够根据垂直起飞和水平飞行的不同状态改变推力方向；本发明可以满足两个城市之间3-5小时的快速旅行，这将为使用者带来极大的便利。
附图说明
图1为本发明停驻状态三维视图；
图2为本发明停驻状态侧视图；
图3为本发明停驻状态仰视图；
图4为本发明垂直起飞状态仰视图；
图5为本发明垂直起飞状态侧视图；
图6为本发明水平飞行状态侧视图；
图中：纺锤形机身1、折叠机翼2、转向发动机3、四桨叶旋翼4、旋翼发动机5、V形尾翼6、滑行轮7、机翼固定端21、机翼展开端22。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1、图3和图5所示，本实施例包括：纺锤形机身1、折叠机翼2、转向发动机3和降噪设备，其中：降噪设备设置在纺锤形机身1内并与飞行器电控系统相连，转向发动机3设置在纺锤形机身1尾部并通过销轴相连，折叠机翼2设置在纺锤形机身1两侧，折叠机翼1上固定有四桨叶旋翼4；
所述纺锤形机身1两侧的折叠机翼2通过连杆相连，所述的连杆固定在纺锤形机身1内的旋转机构上；所述的折叠机翼2包括与连杆相连的机翼固定端21和与机翼固定端21铰链连接的机翼展开端22；
所述的转向发动机3绕销轴在纺锤形机身1水平轴线下方90°范围内转动。
所述的转向发动机3设有V形尾翼6，以减轻结构重量，保证水平飞行的操纵性能。
所述的折叠机翼2为矩形机翼。
所述的四桨叶旋翼4包括上下两组桨叶和与之相连的旋翼轴，所述的旋翼轴固定在机翼展开端22上；通过飞行器电控系统实现上下两组桨叶的折叠重合与展开。
所述的四桨叶旋翼4对应设有旋翼发动机5。
所述的旋翼发动机5和转向发动机3均采用电动发动机。
所述的降噪设备包括麦克风和扬声器，其中：麦克风采集噪音样本并输出至飞行器电控系统，经飞行器电控系统分析处理后，得到与噪音样本相位相反的频谱，输出至扬声器，通过扬声器播放以抵消噪音波。
所述纺锤形机身1宽度为1000m，高度为1300mm，长度为4500mm；折叠机翼2宽度为750mm，翼展7200mm；转向发动机3最大外径为1000mm，V形尾翼6高度为500mm。
本实施例设有滑行轮7；如图1、图2和图3所示，根据目前的城市规划，本实施例涉及的垂直起降个人飞行器在机翼折叠状态下长度为5m，宽度为2.5m，在转向发动机3驱动下、通过滑行轮7可将飞行器停放在2.5m×5.3m汽车车位内。
如图4和图5所示，本实施例在垂直起飞状态下，折叠机翼2和四桨叶旋翼4展开，转向发动机3顺时针旋转90°以控制俯仰力矩，四桨叶旋翼4的推力与飞行器重力平衡。
如图6所示，本实施例切换至水平飞行状态，折叠机翼2旋转，折叠机翼宽度方向与迎风方向平行，同时转向发动机3逆时针旋转90°至水平方向，从而改变推力方向。
以上海至南京的航程为例，本实施例飞行器空质量me为350kg，最大承载人数X为两人，单人平均承载质量mp为70kg，最大飞行高度hmax为1000m，飞行器锂电池的电池能量密度ρb为0.72MJ/kg，直线航程L为300km。
首先估算升阻比K：
在水平飞行状态下，升力mtotalg和重力平衡满足：升力阻力升阻比重力加速度g取9.8m/s2；根据国际标准海平面大气参数，取密度ρ＝1.225kg/m3、粘度μ＝1.7894×10-5kg/(m·s)；本实施例机翼弦长c＝1m，机翼面积S＝6.2m2，展弦比AR＝8.36，矩形机翼δ＝0.06；假设巡航速度V＝100m/s，可以计算得到升阻比K约为21.8，得飞行总质量mtotal为623.8kg；
然后计算本实施例的总推力：参考鱼鹰V-22倾转旋翼机，每个螺旋桨有3片桨叶，螺旋桨半径为5.8m，最大垂直起飞重量为23859kg，可以计算出鱼鹰V-22倾转旋翼机单位桨盘面积所承载的质量约为75kg/m2；参考亿航184无人机，它的最大起飞质量是300kg，螺旋桨半径是0.75m，螺旋桨数量是8，可以算出亿航184无人机单位桨盘所承载的质量约为21.22kg/m2；参考上述数据，本实施例单位桨盘面积所承载的质量约为31kg/m2；本实施例两个四桨叶旋翼与转动发动机的螺旋桨半径分别为1.3m、1.3m和0.5m，桨盘总面积为22.81m2，由此可以计算出本实施例全部螺旋桨在水平飞行状态下的总推力为707.1kg，大于巡航速度V＝100m/s时的阻力D；即本实施例的巡航速度大于100m/s。
在垂直起飞状态下，螺旋桨总推力同样大于起飞总质量，本实施例可以顺利地垂直起飞；易得垂直起飞的最大加速度所以至少要花1分钟垂直上升到1000m。
从垂直起飞状态转换成水平飞行状态的过程中，水平飞行速度逐渐增加：假设此时总质量都由机翼的升力来平衡，根据《空气动力学基础》(J.D.Anderson,Fundamentalsof Aerodynamics.New York,America:McGraw-Hill,2011,p.441)展弦比为7时的最大升力系数约为1，可以计算出最小水平飞行速度需达到145km/h，而此时机翼未完全转向水平，螺旋桨仍能提供部分升力，从而实现垂直起飞向水平飞行的状态切换。

Claims (6)

1.一种垂直起降个人飞行器，其特征在于，包括：纺锤形机身、折叠机翼、转向发动机和降噪设备，其中：降噪设备设置在纺锤形机身内并与飞行器电控系统相连，转向发动机设置在纺锤形机身尾部并通过销轴相连，折叠机翼设置在纺锤形机身两侧，折叠机翼上固定有四桨叶旋翼；
所述纺锤形机身两侧的折叠机翼通过连杆相连，所述的连杆固定在纺锤形机身内的旋转机构上；所述的折叠机翼包括与连杆相连的机翼固定端和与机翼固定端铰链连接的机翼展开端；
所述的转向发动机绕销轴在纺锤形机身水平轴线下方90°范围内转动。
2.根据权利要求1所述的垂直起降个人飞行器，其特征是，所述的转向发动机设有V形尾翼。
3.根据权利要求1所述的垂直起降个人飞行器，其特征是，所述的折叠机翼为矩形机翼。
4.根据权利要求1所述的垂直起降个人飞行器，其特征是，所述的四桨叶旋翼包括上下两组桨叶和与之相连的旋翼轴，所述的旋翼轴固定在机翼展开端上；通过飞行器电控系统实现上下两组桨叶的折叠重合与展开。
5.根据权利要求4所述的垂直起降个人飞行器，其特征是，所述的四桨叶旋翼对应设有旋翼发动机。
6.根据权利要求5所述的垂直起降个人飞行器，其特征是，所述的旋翼发动机和转向发动机均采用电动发动机。
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