CN108454819A - 三翼面布局垂直起降通用飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三翼面布局垂直起降通用飞机，包括：机翼、机身、尾翼、鸭翼、动力装置、连接装置、推进系统和鸭翼共轴旋转装置；动力装置包括第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置和第四动力装置；机身的顶部设置鸭翼，鸭翼的两端分别设置第一动力装置和第二动力装置，机身外部的两侧且鸭翼的下方分别设置机翼，机翼的下方设置连接装置，连接装置的两侧分别设置第三动力装置和第四动力装置，机身的底部设置尾翼，控制装置设置在机身的内部，解决了通用飞机升力不够，无法实现直接力控制，静不稳定度低，起降性能低，安全可靠性差、机翼载荷重，起飞质量低，使用成本高的缺点。

Description

三翼面布局垂直起降通用飞机

技术领域

本发明涉及通用飞机领域，特别是三翼面布局垂直起降通用飞机。

背景技术

通用飞机的起飞、降落都有条件的约束，比如需要宽阔的起飞跑道、特殊的场地要求、较大的起飞场地；通用飞机动力装置主要为涡桨发动机、涡轴发动机而且动力单一，由于空间以及动力的限制，导致动力无法实现倾转。

通用飞机的常规布局是指机翼、尾翼两翼面的布局。常规布局加一个水平前翼构成三翼面布局，它不但仍能保持近距鸭翼脱体涡对机翼有利干扰，而且三翼面同时操纵提高了操纵效率，减小了配平阻力，并且三翼面布局对于实现飞机直接力控制及保证足够的低头恢复力矩，改善大迎角特性，提高最大升力。

通用飞机带有鸭翼的飞机，鸭翼是绕自身旋转轴旋转；带有动力旋转飞机，通常动力装置是绕自身旋转轴旋转，推进系统的转动目前已知的有美国鱼鹰飞机的推进系统转动和推进系统这一类的有航模和无人机的推进系统和机翼的转动。

通用飞机的约束：飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面，即机翼和尾翼产生的升力平衡的；阻力则是由发动机提供的推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下，克服阻力向前滑跑，当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时，飞机就可以离开地面升空飞行了。而垂直起落飞机由于不需要滑跑，就不可能由机翼产生平衡重力的升力，所以要实现垂直起降，就只能把希望寄托到飞机的动力设备—发动机上了。垂直起降飞机就是由发动机提供向上的推力来克服重力实现垂直起降的。垂直起降飞机产生升力的办法有三个，一个是偏转发动机的喷管，第二种是直接使用升力发动机提供升力，第三个是前两种办法的组合，同时使用升力发动机和主发动机。

具有垂直起降能力的飞机不需要专门的机场和跑道，降低了使用成本。垂直起降飞机的优点如下：垂直起降飞机只需要很小的平地就可以起飞和着陆，所以在战争中飞机可以分散配置，便于伪装，不易被敌方发现，大大提高了飞机的战场生存率；由于垂直起降飞机即使在被毁坏的机场跑道上或者是前线的简易机场上也可以升空作战，所以出勤率也大幅提高，并且对敌方的打击具有很高的突然性。

军机上鸭翼转动是单独的鸭翼转动是没推进系统的转动，美国鱼鹰飞机的转动是单独的推进系统转动，航模和无人机转动是带动电力推进系统转动，并没有带动燃油推进系统转动，航模和无人飞机的转动无法实现飞行器的鸭翼和推进系统的差动旋转；鸭翼与动力装置共轴安装会导致它们独立旋转控制困难。

综上所述，结合三翼面飞机的三翼面布局飞机能提供更大的升力、能更有效地实现直接力控制、能够增大静不稳定度,可以大大改善飞机的起降性能、可使飞机的可靠安全性增加、可减轻机翼上的载荷,全机载荷分配更为合理、在相同的外形尺寸下,其起飞质量可增加50％，可以实现同速旋转和差速旋转；同时，垂直起降具有垂直的机场和跑道，降低了使用成本，设计了三翼面布局垂直起降通用飞机。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了三翼面布局垂直起降通用飞机，解决了通用飞机升力不够，无法实现直接力控制，静不稳定度低，起降性能低，安全可靠性差、机翼载荷重，起飞质量低，使用成本高的缺点。

本发明采用的技术方案是：三翼面布局垂直起降通用飞机，包括：机翼、机身、尾翼、鸭翼、动力装置、连接装置、推进系统和鸭翼共轴旋转装置；动力装置包括第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置和第四动力装置；机身的前端设置鸭翼，鸭翼的两端分别设置第一动力装置和第二动力装置，机身外部的两侧且鸭翼的后方分别设置机翼，机翼的后方设置连接装置，连接装置的两侧分别设置第三动力装置和第四动力装置，机身的后端设置尾翼，推进系统和鸭翼共轴旋转装置设置在机身的内部。

优选地，第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置和第四动力装置为涡喷，且第一动力装置、第二动力装置、第三动力装置和第四动力装置在同一平面上。

优选地，三翼面布局垂直起降通用飞机为三翼面布局。

优选地，机翼为上单翼布局，尾翼为T型尾翼。

优选地，连接装置的形状设置为翼型。

优选地，推进系统和鸭翼共轴旋转装置包括，第一电机、第二电机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一支撑座、第二支撑座、第一端盖、第二端盖、推进轴和鸭翼轴；

鸭翼轴套设于第一滚动轴承内侧，且鸭翼轴外侧套设有第一滑动轴承，第一滚动轴承套设于第一支撑座外侧；第一支撑座前端面设有第一端盖，第一端盖的前方且推进轴的外侧设有第三齿轮，第三齿轮与第一齿轮啮合，第一电机通过连接轴连接到第一齿轮上；

第一支撑座的后方设有第四齿轮，第四齿轮与第二齿轮啮合，第二电机通过连接轴连接到第二齿轮上，第一滚动轴承和第一端盖通过固定螺栓固定；

第四齿轮的后方设置有第二滚动轴承，第二滚动轴承套设于第二支撑座外侧，第二支撑座的后端面设置第二端盖，第二端盖内侧套有鸭翼轴，推进轴通过第二滑动轴承和沉头螺钉固定在鸭翼轴的内部，第二滚动轴承和第二端盖通过固定螺栓固定；

推进系统和鸭翼共轴旋转装置用于控制动力装置的动力方向，实现飞机的垂直起降和飞机飞行过程中动力方向的改变,推进系统和鸭翼共轴旋转装置控制电机的主控芯片为FPGA XC3S200-4VQG100C。

本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的有益效果如下：

1.三翼面布局垂直起降通用飞机采用三翼面布局，能够提供更大的升力，更有效的实现直接力控制，增大静不稳定度，充分发挥主动控制技术的潜力，大大改善飞机起降性能，增加了飞机的可靠安全性，增加了起飞质量，其起飞质量可增加50％。

2.连接装置的形状设置为翼型，增加了飞机的动力，减小了阻力。

3.机翼为上单翼布，尾翼为T型尾翼，使四个动力装置、鸭翼、机翼、尾翼之间进行调整，从而飞机在飞行时气流不受干扰。

4.动力装置为涡喷，相比于通用飞机采用的螺旋桨动力装置体积小，动力足更有利于倾转和布局。

5.推进系统和鸭翼共轴旋转装置设置于机身的内部，实现了垂直起降，垂直起降不需要专门的机场和跑道，降低了使用成本；垂直起降只需要很小的平地就可以起飞和着路；在垂直起降飞行过程中动力方向的任意调整。

6.鸭翼的两端分别设置第一动力装置和第二动力装置，连接装置的两侧分别设置第三动力装置和第四动力装置，保证了飞机前后左右的动力平衡。

7.设置了推进系统和鸭翼共轴旋转装置，可以实现飞行器的鸭翼和推进系统的同速旋转和差速旋转。

附图说明

图1为本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的主视图。

图2为本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的俯视图。

图3为本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的左视图。

图4为本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的推进系统和鸭翼共轴旋转装置的安装位置图。

图5为发明三翼面布局垂直起降通用飞机的推进系统和鸭翼共轴旋转装置图。

图6为本发明三翼面布局垂直起降通用飞机的推进系统和鸭翼共轴旋转装置的剖视图。

附图标记：1-机翼、2-机身、3-尾翼、4-鸭翼、5-连接装置、6-第一动力装置、7-第二动力装置、8-第三动力装置、9-第四动力装置、10-第一电机、11-第二电机、12-第一齿轮、13-第二齿轮、14-第三齿轮、15-第四齿轮、16-第一支撑座、17-第二支撑座、18-第一端盖、19-第二端盖、20-推进轴、21-鸭翼轴、22-第一滑动轴承、23-第一滚动轴承、24-第二滑动轴承、25-第二滚动轴承、26-固定螺栓、27-沉头螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图3所示，三翼面布局垂直起降通用飞机，包括：机翼1、机身2、尾翼3、鸭翼4、推进系统和鸭翼共轴旋转装置、动力装置和连接装置5；动力装置包括第一动力装置6、第二动力装置7、第三动力装置8和第四动力装置9；机身2的前端设置鸭翼4，鸭翼4的两端分别设置第一动力装置6和第二动力装置7，机身2外部的两侧且鸭翼4的后方分别设置机翼1，机翼1的后方设置连接装置，连接装置5的两侧分别设置第三动力装置8和第四动力装置9，机身2的后端设置尾翼3，推进系统和鸭翼共轴旋转装置设置在机身2的内部。

本实施方案在实施时，三翼面布局垂直起降通用飞机，和通用飞机一样，均包括：机翼1、机身2、尾翼3、鸭翼4、动力装置、连接装置5、推进系统和鸭翼共轴旋转装置；机身2的顶部设置鸭翼4，机身2外部的两侧且鸭翼4的下方分别设置机翼1，机翼1的下方设置连接装置，机身2的底部设置尾翼3。

三翼面布局垂直起降通用飞机的机翼1、机身2、尾翼3和鸭翼4为三翼面布局，能够提供更大的升力，更有效的实现直接力控制，增大静不稳定度，充分发挥主动控制技术的潜力，大大改善飞机起降性能，增加了飞机的可靠安全性，增加了起飞质量，其起飞质量可增加50％，机身2的顶部设置鸭翼4，鸭翼4的两端分别设置第一动力装置6和第二动力装置7，连接装置5的两侧分别设置第三动力装置8和第四动力装置9，保证了飞机前后左右的动力平衡，推进系统和鸭翼共轴旋转装置设置在机身2的内部，使三翼面布局垂直起降通用飞机可以垂直起降，垂直起降不需要专门的机场和跑道，降低了使用成本；垂直起降只需要很小的平地就可以起飞和着路；在垂直起降飞行过程中动力方向的任意调整。

本方案的第一动力装置6、第二动力装置7、第三动力装置8和第四动力装置9为涡喷，且第一动力装置6、第二动力装置7、第三动力装置8和第四动力装置9在同一平面上。

本实施方案在实施时，第一动力装置6、第二动力装置7、第三动力装置8和第四动力装置9为涡喷，相比于通用飞机采用的螺旋桨动力装置体积小，动力足更有利于倾转和布局。

本方案的三翼面布局垂直起降通用飞机为三翼面布局。

本方案的机翼1为上单翼布局，尾翼3为T型尾翼。

本实施方案在实施时，使四个动力装置、鸭翼、机翼、尾翼之间进行调整，从而飞机在飞行时气流不受干扰。

本方案的连接装置5的形状设置为翼型。

本实施方案在实施时，增加了飞机的起飞动力，减小了阻力。

如图4至图6所示，本方案的推进系统和鸭翼共轴旋转装置包括，第一电机10、第二电机11、第一齿轮12、第二齿轮13、第三齿轮14、第四齿轮15、第一支撑座16、第二支撑座17、第一端盖18、第二端盖19、推进轴20和鸭翼轴21；

鸭翼轴21套设于第一滚动轴承23内侧，且鸭翼轴21外侧套设有第一滑动轴承22，第一滚动轴承23套设于第一支撑座16外侧；第一支撑座16前端面设有第一端盖18，第一端盖18的前方且推进轴20的外侧设有第三齿轮14，第三齿轮14与第一齿轮12啮合，第一电机10通过连接轴连接到第一齿轮12上；

第一支撑座16的后方设有第四齿轮15，第四齿轮15与第二齿轮13啮合，第二电机11通过连接轴连接到第二齿轮13上，第一滚动轴承23和第一端盖18通过固定螺栓固定；

第四齿轮15的后方设置有第二滚动轴承25，第二滚动轴承25的套设于有第二支撑座17的外侧，第二支撑座17的后端面设置第二端盖19，第二端盖19内侧套有鸭翼轴21，推进轴20通过第二滑动轴承24和沉头螺钉27固定在鸭翼轴21的内部，第二滚动轴承25和第二端盖19通过固定螺栓26固定；

推进系统和鸭翼共轴旋转装置用于控制动力装置的动力方向，实现飞机的垂直起降和飞机飞行过程中动力方向的改变,推进系统和鸭翼共轴旋转装置控制电机的主控芯片为FPGA XC3S200-4VQG100C。

本实施方案在实施时，鸭翼轴外径采用滚动轴承，解决了鸭翼转动的问题，在鸭翼轴内部采用滑动轴承解决了推进轴转动问题；并且鸭翼轴和推进轴之间相互转动不会发生干涉问题；较大直径的鸭翼轴和采用一定距离放置滚动轴承，能够提高整体在旋转过程中承受较大载荷；两个电机独立转动能够让鸭翼轴和推进轴完全独立工作，实现差速转动；在鸭翼轴内套入滑动轴承使推进轴在相互转动时大幅度减小了摩擦阻力，更容易操控鸭翼轴转动和推进轴转动。

Claims (6)

1.三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，包括：机翼(1)、机身(2)、尾翼(3)、鸭翼(4)、动力装置、连接装置(5)、推进系统和鸭翼共轴旋转装置；所述动力装置包括第一动力装置(6)、第二动力装置(7)、第三动力装置(8)和第四动力装置(9)；所述机身(2)的前端设置鸭翼(4)，所述鸭翼(4)的两端分别设置第一动力装置(6)和第二动力装置(7)，所述机身(2)外部的两侧且鸭翼(4)的后方分别设置机翼(1)，所述机翼(1)的后方设置连接装置，所述连接装置(5)的两侧分别设置第三动力装置(8)和第四动力装置(9)，所述机身(2)的后端设置尾翼(3)，所述推进系统和鸭翼共轴旋转装置设置在机身(2)的内部。

2.根据权利要求1所述的三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，所述第一动力装置(6)、第二动力装置(7)、第三动力装置(8)和第四动力装置(9)为涡喷，且第一动力装置(6)、第二动力装置(7)、第三动力装置(8)和第四动力装置(9)在同一平面上。

3.根据权利要求1所述的三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，所述三翼面布局垂直起降通用飞机为三翼面布局。

4.根据权利要求1所述的三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，所述机翼(1)为上单翼布局，所述尾翼(3)为T型尾翼。

5.根据权利要求1所述的三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，所述连接装置(5)的形状设置为翼型。

6.根据权利要求1所述的三翼面布局垂直起降通用飞机，其特征在于，所述推进系统和鸭翼共轴旋转装置包括第一电机(10)、第二电机(11)、第一齿轮(12)、第二齿轮(13)、第三齿轮(14)、第四齿轮(15)、第一支撑座(16)、第二支撑座(17)、第一端盖(18)、第二端盖(19)、推进轴(20)和鸭翼轴(21)；

所述鸭翼轴(21)套设于第一滚动轴承(23)内侧，且所述鸭翼轴(21)外侧套设有第一滑动轴承(22)，所述第一滚动轴承(23)套设于第一支撑座(16)外侧；所述第一支撑座(16)前端面设有第一端盖(18)，所述第一端盖(18)的前方且推进轴(20)的外侧设有第三齿轮(14)，所述第三齿轮(14)顶部与第一齿轮(12)啮合，所述第一电机(10)通过连接轴连接到第一齿轮(12)上；

所述第一支撑座(16)的后方设有第四齿轮(15)，所述第四齿轮(15)的顶部与第二齿轮(13)啮合，所述第二电机(11)通过连接轴连接到第二齿轮(13)上，所述第一滚动轴承(23)和第一端盖(18)通过三个固定螺栓固定；

所述第四齿轮(15)的后方设置有第二滚动轴承(25)，所述第二滚动轴承(25)的套设于有第二支撑座(17)的外侧，所述第二支撑座(17)的后端面设置第二端盖(19)，所述第二端盖(19)内侧套有鸭翼轴(21)，所述推进轴(20)通过第二滑动轴承(24)和沉头螺钉(27)固定在鸭翼轴(21)的内部，所述第二滚动轴承(25)和第二端盖(19)通过三个固定螺栓(26)固定；

所述推进系统和鸭翼共轴旋转装置用于控制动力装置的动力方向，实现飞机的垂直起降和飞机飞行过程中动力方向的改变,所述推进系统和鸭翼共轴旋转装置控制电机的主控芯片为FPGA XC3S200-4VQG100C。