CN108437725B - 旋翼式飞行汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通工具领域，具体涉及一种旋翼式飞行汽车，其主要包括车架，以及安装在车架四角的车轮组；还包括水平安装在所述车架顶部的螺旋桨机构，以及安装在所述车架顶部向后的推进桨；还包括安装在所述车架尾部的尾翼；还包括控制所述螺旋桨机构及所述推进桨及所述尾翼工作的控制电脑。本发明的目的在于提供一种旋翼式飞行汽车，其具有可行的短距起降及垂直起降方案，因此无需借助专用的起降场地，扩大应用领域。

Description

旋翼式飞行汽车

技术领域

本发明涉及交通工具领域，具体涉及一种旋翼式飞行汽车。

背景技术

随着计算机技术、通信技术和电子技术的蓬勃发展，世界上对汽车飞行器的研究逐渐形成热潮，但仍处于设计概念阶段，许多技术问题仍很难解决。相对直升机而言，固定翼飞行器具有飞行效率高、飞行速度快、飞行距离远、系统结构简单、重量轻、成本与使用费低等优点，但固定翼飞行器也有自身不可避免的缺陷，那就是在起飞和降落时需要滑跑或者利用特殊的发射回收装置。

垂直起降技术使得飞行器具有集直升机与固定翼的性能、优点于一身的可能。目前应用较成功的垂直起降方案主要有：倾转旋翼式、倾转涵道式、倾转机身式和旋翼/机翼转换式。其中前两种方案中推力方向可绕机身横轴转动,而机身在飞行中基本保持水平，倾转机身式只能实现短距起降，旋翼/机翼转换式在水平飞行模式下旋翼停转，改为由螺旋桨或喷气等其它方式提供推力。这些方案均具有推力转换机构或动力装置复杂、附件质量大的缺点，不利于飞行器的轻小型化和飞行效率的提高。

现有的直升器只能在空中飞行，在地面上不能行驶，机动性能差，转向操作控制不灵敏，给用户带来许多不便，在途中特别是在路面上出现故障时难以应付，因此其使用范围仅限于军队、公安部门作战、运输及救援工作。

综合现有文献和现有相关技术的研究，本发明人发现目前国内外报道或实现的飞行汽车，基本都是固定翼，需要固定跑道，大大限制其应用场合。现有螺旋翼实现方法也基本处于理论阶段，且螺旋翼机翼巨大，不利于实际应用。没有一种可行的实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋翼式飞行汽车，其具有可行的短距起降或垂直起降方案，因此无需借助专用的起降场地，扩大应用领域。

为实现上述目的，旋翼式飞行汽车，主要包括车架，以及安装在车架四角的车轮组。还包括水平安装在车架顶部的螺旋桨机构，以及安装在车架顶部向后的推进桨。还包括安装在车架尾部的尾翼。

优选的，车轮组包括同轴对称安装在车架前部两侧的前轮，以及同轴对称安装在车架后部的后轮。前轮通过转向机构及减震器与底盘连接，后轮还包括传动机构，传动机构与变速器输出端，变速器输入端与发动机输出端连接，发动机及变速器安装在车架中后部。还包括设置在前轮及后轮内的制动器。

优选的，螺旋桨机构包括设置在车架中心位置上方的横摆块，横摆块与车架的顶部通过沿车身前后方向设置的纵向铰接轴铰接。横摆块上方设有轴头座，轴头座的左右两侧分别固定连接设有左右轨道板，左右轨道板通过横向铰接轴与横摆块的两侧铰接，轴头座上方设有通过垂直设置在轴头座中央的短轴配合的旋翼座，旋翼座顶部设有螺旋桨。螺旋桨机构还包括设置在左右轨道板之间的主马达，旋翼座底侧连接设有从动齿轮，主马达通过连接设置在输出轴一端的主动齿轮与从动齿轮啮合传动。

优选的，螺旋桨由两片旋翼构成，且旋翼大小相等，桨距相同。旋翼座顶部设有桨夹，桨夹通过水平铰与旋翼座顶部中央铰接。桨夹两端分别设有水平开口，旋翼的一端与桨夹的开口通过垂直铰铰接。

优选的，左右轨道板相对一侧分别设有对应的水平滑道，水平滑道内设有滑块，主马达与滑块连接固定。左右轨道板之间还连接设有第一直线马达，第一直线马达伸缩端与滑块连接。

优选的，车架两侧分别铰接设有第二直线马达和第三直线马达，第二直线马达和第三直线马达的伸缩端分别与左右轨道板远离摇摆块相对应的两侧铰接。

优选的，尾翼包括尾支架，尾支架前端通过前连杆与车架上侧的中部位置铰接，尾支架的中部通过后连杆与车架上侧的后部位置铰接。还包括第四直线马达，第四直线马达的底座与后连杆靠近车架的一端铰接，第四直线马达的伸缩端与前连杆靠近尾支架的一端铰接。

优选的，尾支架远离前连杆的一端设有伺服电机，伺服电机输出与尾支架平行并向后方输出，尾翼与伺服电机输出轴连接。

优选的，还包括控制螺旋桨机构及推进桨及尾翼工作的控制电脑。主马达与控制电脑电性连接。第一直线马达与控制电脑电性连接。第二直线马达和第三直线马达与控制电脑电性连接。第四直线马达与控制电脑电性连接。伺服电机与控制电脑电性连接。

本发明的有益效果：相比其他的飞行汽车,具有完整的汽车行驶结构，丝毫没有弱化陆地行驶性能，另外其搭载的飞行部件，在陆行状态下完美的折叠收纳起来，相比其他的飞行汽车具有外形尺寸紧凑，结构设计合理的优点。

旋翼式飞行汽车不但可像普通汽车一样驾驶，还能进行原地起降，甚至行驶中或飞行中完成起降的动作。

旋翼式飞行汽车为了解决飞行中为了解决使用，也能在任意路况下垂直起降，并进行长距离飞行，还可通过自动倾斜器控制旋翼产生不同的水平分力，迅速沿任意方向飞行。在空中发生故障时，可利用旋翼自转下滑，并安全着落，增强飞行过程中的稳定性和安全性，

通过折叠机构可将尾翼及螺旋桨进行折叠收纳，从而在陆地使用时缩减占地面积，提高了行驶的灵活性，同时更为方便停车入位。

其螺旋桨工作时通过陀螺效应达到自稳目的，为了提高抗侧风能力还，通过调节摇摆块的偏转角度，使旋翼式飞行汽车达到稳定悬停的目的，从而降低了驾驶员的飞行操作门槛，提高了稳定性。

附图说明

图1为本发明车架机构示意图；

图2为本发明底盘部分示意图；

图3为本发明螺旋桨局部示意图；

图4为本发明螺旋桨局部示意图；

图5为本发明旋翼座结构示意图；

图6为本发明尾支架结构示意图；

图7为本发明减震器示意图；

图8为本发明减震器局部剖视图；

图9为本发明减震器内部机构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图进行详细描述。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9，旋翼式飞行汽车主要包括车架1，以及安装在车架1四角的车轮组。还包括水平安装在车架1顶部的螺旋桨机构，以及安装在车架1顶部向后的推进桨4。还包括安装在车架1尾部的尾翼5。车轮组包括同轴对称安装在车架1前部两侧的前轮7，以及同轴对称安装在车架1后部的后轮8。前轮7通过转向机构9及减震器10与底盘连接，后轮8还包括传动机构11，传动机构11与变速器12输出端，变速器输入端与发动机13输出端连接，发动机13及变速器12安装在车架1中后部。还包括设置在前轮7及后轮8内的制动器。螺旋桨机构包括设置在车架1中心位置上方的横摆块16，横摆块16与车架1的顶部通过沿车身前后方向设置的纵向铰接轴铰接。横摆块16上方设有轴头座17，轴头座17的左右两侧分别固定连接设有左右轨道板18，左右轨道板18通过横向铰接轴与横摆块16的两侧铰接，轴头座17上方设有通过垂直设置在轴头座17中央的短轴19配合的旋翼座20，旋翼座20顶部设有螺旋桨。螺旋桨机构还包括设置在左右轨道板18之间的主马达21，旋翼座20底侧连接设有从动齿轮22，主马达21通过连接设置在输出轴一端的主动齿轮23与从动齿轮22啮合传动。螺旋桨由两片旋翼3构成，且旋翼大小相等，桨距相同。旋翼座20顶部设有桨夹24，桨夹24通过水平铰25与旋翼座20顶部中央铰接。桨夹24两端分别设有水平开口，旋翼3的一端与桨夹24的开口通过垂直铰26铰接。左右轨道板18相对一侧分别设有对应的水平滑道27，水平滑道27内设有滑块28，主马达21与滑块28连接固定。左右轨道板18之间还连接设有第一直线马达29，第一直线马达29伸缩端与滑块28连接。车架1两侧分别铰接设有第二直线马达30和第三直线马达31，第二直线马达30和第三直线马达31的伸缩端分别与左右轨道板18远离摇摆块相对应的两侧铰接。尾翼5包括尾支架32，尾支架32前端通过前连杆33与车架1上侧的中部位置铰接，尾支架32的中部通过后连杆34与车架1上侧的后部位置铰接。还包括第四直线马达35，第四直线马达35的底座与后连杆34靠近车架1的一端铰接，第四直线马达35的伸缩端与前连杆33靠近尾支架32的一端铰接。尾支架32远离前连杆33的一端设有伺服电机36，伺服电机36输出与尾支架32平行并向后方输出，尾翼5与伺服电机36输出轴连接。还包括控制螺旋桨机构及推进桨4及尾翼5工作的控制电脑。主马达21与控制电脑电性连接。第一直线马达29与控制电脑电性连接。第二直线马达30和第三直线马达31与控制电脑电性连接。第四直线马达35与控制电脑电性连接。伺服电机36与控制电脑电性连接。

工作原理：旋翼式飞行汽车具有如普通机动车相同的车轮组、转向机构9、减震器10、传动机构11、变速器12及发动机13，因此可像普通轿车一样在道路上行驶，此时，主马达21在第一直线马达29的约束下停靠在水平滑道27的一端，其主动齿轮23与螺旋桨的从动齿轮22为分离状态，螺旋桨中的两片旋翼3通过垂直铰26接向车架1后方折叠。同时与车架1及尾支架32的前连杆33及后连杆34向车身前部倾斜，从而将尾支架32折叠于车架1上方，此时旋翼式飞行汽车具有占地面向小，行驶灵活的特点。

如情况需要，其环境条件允许，旋翼式飞行汽车可以在空中自由飞行，在飞行前，需要飞行时，驾驶员向控制电脑发送变形请求，接到命令后控制电脑控制第四直线马达35将将尾支架32向车架1后发拉动，此时前连杆33及后连杆34约束尾支架32的动作，最终前连杆33及后连杆34向车架1后方倾斜至水平状态，此时尾支架32变形完成，并处于就位状态。紧接着控制电脑控制第一直线马达29，将主马达21通过滑块28向水平滑道27另一端行进，直到主动齿轮23与从动齿轮22啮合，至此旋翼式飞行汽车由陆地状态转换成飞行状态基本完成。

转变为飞行状态后的旋翼式飞行汽车，可通过两种方式进行起飞，在有条件的情况下，旋翼式飞行汽车可边行进边启动起飞程序，在行进过程中，控制电脑先缓慢启动主马达21，使螺旋桨缓慢加速旋转，这一过程中，折叠收纳的旋翼3在离心力作用下向外甩开，并自动平衡在桨夹24的两端。随着主马达21转速的提升，螺旋桨高速旋转并产生升力，当升力大于旋翼式飞行汽车自身重力时，旋翼式飞行汽车脱离地面并在空中飞行，同时，控制电脑还启动推进桨4，为旋翼式飞行汽车提供向前的作用力。在螺旋桨的旋转过程中，会对车架1产生一个与螺旋桨旋转方向相反的反作用力，为了避免车架1受到螺旋桨反作用力的影响，控制电脑控制伺服电机36将位于螺旋桨下方的尾翼5发生一定角度的翻转，从而使向下的气流经过尾翼5时产生一个抗拒车架1自旋的作用力。在飞行中，为了抵抗侧风，控制电脑控制第二直线马达30和第三直线马达31使螺旋桨通过摇摆块发生水平倾斜，从而达到稳定悬停的目的。

同时旋翼式飞行汽车还可以进行原地垂直起降，控制电脑首先通过点动主马达21的方式，将旋翼3就位，而后再次启动主马达21驱动螺旋桨旋转，随着螺旋桨转速的升高，旋翼式飞行汽车顺利起飞。

此外当旋翼式飞行汽车前进时，螺旋桨中的前行旋翼3的相对气流速度高于后行旋翼3的相对气流速度，其产生的升力也大于后行旋翼3，这就造成两侧升力的不均。为此旋翼3通过水平铰25与桨夹24连接，这样以来旋翼3前行时，由于升力增加，自然向上挥舞，其运动的实际方向不再是水平，而是斜线向上的，旋翼3实际的迎角也由于这种运动而减小，升力降低。桨叶在后行时，升力不足，自然下降，这种边旋转边下降的运动，使旋翼3的实际迎角增大，升力增加。

旋翼式飞行汽车还包括由安装在车架1头部的前视摄像机、下视摄像机、激光测距雷达和图像识别模块构成的图像识别自动越障控制系统。图像识别模块包括视频解码单元和微处理器，视频解码单元将前视摄像机、下视摄像机的视频图像模拟信号解码为数字信号并传输给控制电脑，控制电脑对视频图像数字信号和激光测距信息进行分析，并根据得出结果启动飞行状态的转变，并迅速直行飞行模式。

同时旋翼式飞行汽车还具备自动驾驶能力，控制电脑分别与三轴陀螺、三轴加速度计、三轴磁力计、气压高度计、GPS/北斗卫星接收机连接。驾驶员只要在飞行中设定好目标航向，并切换自动驾驶模式，控制电脑将根据三轴陀螺仪及三轴加速度计感知飞行姿态与飞行状态，同时根据三轴磁力计、气压高度计、GPS/北斗卫星获取飞行航向及高度，并通过控制第二直线马达30、第三直线马达31进行动力输出，保证飞行高度及速度，还控制伺服电机36保持航向。从而进一步的降低了驾驶员的技能门坎，还减轻了驾驶员的负担。

由于旋翼式飞行汽车在降落时，会产生一定的冲击力，为了换缓冲降落冲击，旋翼式飞行汽车的减震器具有主动行程控制功能，其主要由一端与悬挂摆臂铰接的筒芯39，以及依次嵌套在筒芯39外部的内筒38及外筒37构成，其中外筒37远离筒芯39铰接轴的一端通过筒座42与车身铰接，筒座42内设有驱动内筒38旋转地缓冲马达40，缓冲马达40输出轴通过花键与内筒38靠近缓冲马达40一端的内花键配合，实现内筒38被缓冲马达40驱动时仍可在缓冲马达40的输出轴上进行轴向移动，内筒38的内侧壁及外侧壁均设有螺线槽，其中内侧臂的螺线槽与外侧壁的螺线槽旋向相反，在外筒37的内侧壁及筒芯39的外侧壁均设有与外螺线槽及内螺线槽配合的滑块。因此，在飞行汽车在降落过冲中，当车轮将要接触地面时，缓冲马达40启动，驱动内筒38根据螺线槽设定的方向旋转，将筒芯39向缓冲马达40的方向收回，缓冲马达40启动时为最大速度，并处于减速旋转运动，因此，筒芯39的收回速度跟随缓冲马达40的转速曲线进行变速直线运动，其在车轮接触底面时筒芯39的初始速度基本等于降落速度，而在车轮接触地面后，筒芯39速度逐渐趋向为零，从而缓冲的旋翼式飞行汽车的降落冲击力道，旋翼式飞行汽车降稳后，缓冲马达40缓慢的反向旋转，通过内筒38螺线槽对滑块的约束控制，使筒芯39复位。

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 (7)

1.一种旋翼式飞行汽车，其特征在于：包括车架(1)，以及安装在车架(1)四角的车轮组；还包括水平安装在所述车架(1)顶部的螺旋桨机构，以及安装在所述车架(1)顶部向后的推进桨(4)；还包括安装在所述车架(1)尾部的尾翼(5)；

所述螺旋桨机构包括设置在所述车架(1)中心位置上方的横摆块(16)，所述横摆块(16)与所述车架(1)的顶部通过沿车身前后方向设置的纵向铰接轴铰接；所述横摆块(16)上方设有轴头座(17)，所述轴头座(17)的左右两侧分别固定连接设有左右轨道板(18)，所述的左右轨道板(18)通过横向铰接轴与所述横摆块(16)的两侧铰接，所述轴头座(17)上方设有通过垂直设置在所述轴头座(17)中央的短轴(19)配合的旋翼座(20)，所述旋翼座(20)顶部设有螺旋桨；所述螺旋桨机构还包括设置在所述左右轨道板(18)之间的主马达(21)，所述旋翼座(20)底侧连接设有从动齿轮(22)，所述主马达(21)通过连接设置在输出轴一端的主动齿轮(23)与所述的从动齿轮(22)啮合传动；

所述的左右轨道板(18)相对一侧分别设有对应的水平滑道(27)，所述水平滑道(27)内设有滑块(28)，所述主马达(21)与所述滑块(28)连接固定；所述左右轨道板(18)之间还连接设有第一直线马达(29)，所述第一直线马达(29)伸缩端与所述滑块(28)连接。

2.根据权利要求1所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：所述车轮组包括同轴对称安装在所述车架(1)前部两侧的前轮(7)，以及同轴对称安装在所述车架(1)后部的后轮(8)；所述前轮(7)通过转向机构(9)及减震器(10)与底盘连接，所述的后轮(8)还包括传动机构(11)，所述传动机构(11)与变速器(12)输出端，所述变速器输入端与发动机(13)输出端连接，所述发动机(13)及所述的变速器(12)安装在所述车架(1)中后部；还包括设置在所述的前轮(7)及所述后轮(8)内的制动器。

3.根据权利要求1所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：所述螺旋桨由两片旋翼(3)构成，且所述旋翼大小相等，桨距相同；所述旋翼座(20)顶部设有桨夹(24)，所述桨夹(24)通过水平铰(25)与所述旋翼座(20)顶部中央铰接；所述桨夹(24)两端分别设有水平开口，所述旋翼(3)的一端与所述桨夹(24)的所述开口通过垂直铰(26)铰接。

4.根据权利要求1所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：所述车架(1)两侧分别铰接设有第二直线马达(30)和第三直线马达(31)，所述第二直线马达(30)和所述的第三直线马达(31)的伸缩端分别与所述左右轨道板(18)远离摇摆块相对应的两侧铰接。

5.根据权利要求4所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：所述尾翼(5)包括尾支架(32)，所述尾支架(32)前端通过前连杆(33)与所述车架(1)上侧的中部位置铰接，所述尾支架(32)的中部通过后连杆(34)与所述车架(1)上侧的后部位置铰接；还包括第四直线马达(35)，所述第四直线马达(35)的底座与所述后连杆(34)靠近所述车架(1)的一端铰接，所述第四直线马达(35)的伸缩端与所述前连杆(33)靠近所述尾支架(32)的一端铰接。

6.根据权利要求5所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：所述尾支架(32)远离所述前连杆(33)的一端设有伺服电机(36)，所述伺服电机(36)输出与所述尾支架(32)平行并向后方输出，所述尾翼(5)与所述伺服电机(36)输出轴连接。

7.根据权利要求6所述的旋翼式飞行汽车，其特征在于：还包括控制所述螺旋桨机构及所述推进桨(4)及所述尾翼(5)工作的控制电脑；所述主马达(21)与所述控制电脑电性连接；所述第一直线马达(29)与所述控制电脑电性连接；所述第二直线马达(30)和所述第三直线马达(31)与所述控制电脑电性连接；所述第四直线马达(35)与所述控制电脑电性连接；所述伺服电机(36)与所述控制电脑电性连接。