CN108622384A - 一种旋翼喷气组合式运载飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼喷气组合式运载飞机，其包括机体、从机体向外延伸的多个悬伸臂、对应设于悬伸臂的外端的多个旋翼、设于机体的水氢机、驱使旋翼运转的热机或气动马达机组、可产生向下喷射气流的喷气动力系统，所述喷气动力系统包括与水氢机的压力热气输出端连通对接且与水氢机的氢气输出端导通连接并提供压力气流的喷气机。利用水氢机消耗水氢原料产生氢气和压力热能余气，氢气燃烧，增加余气的内能，进而转换为机械能推动旋翼更加稳定和强劲运转，同时喷气机使用热能形成喷气气流，旋翼和喷气动力推动飞机飞行，无需携带氢气，相对安全性较高，氢气和余气中的高温高品质热能一并利用，节能减排，水氢原料取材方便，续航无忧。

Description

一种旋翼喷气组合式运载飞机

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种用作载人或负载作业设备的运输工具的旋翼喷气组合式运载飞机。

背景技术

在大气层内飞行的称为航空器，如气球、飞艇、飞机等。它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。其中，无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。无人机的应用领域可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

目前，无人机大部分都是使用蓄电池供电运行，由于蓄电池本身的重量比较大，携带电池自身需要消耗较大的能量，因而存在续航里程短的缺陷。也有新式的采用氢燃料电池供电的动力模式，然而携带氢气需要气瓶并存储足够的氢气并携带移动，而且还存在氢气携带的安全性问题，以及长途旅行过程的氢气补给的充气问题（氢燃料电池需要纯度足够高的氢气）。

另外，制氢过程产生的热能也存在无法利用而浪费的现象，使得气站制氢的成本居高不下，没能够更好地实现节能减排。

其次，载人或载货或负载固定设施巡航的小型运载飞机，其包括无人机在内，或远程操控或乘员驾驶，可搭载人进行空中观光、巡逻、勘探。目前同类的运输工具一般采用价格昂贵、移动缓慢的飞艇和热气球等。而小型运载飞机由于局限于电驱动为主，大容量电池价格昂贵，因此飞行动力持续性问题难以解决，续航里程短已经成为其日益凸显的难以攻克的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种节能安全续航无忧的强动力的旋翼喷气组合式运载飞机。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种旋翼喷气组合式运载飞机，其包括机体、从机体向外延伸的对称布置的多个悬伸臂、对应设于悬伸臂的外端并对称布置的多个旋翼、设于机体的水氢机、驱使旋翼运转并与水氢机的压力热余气输出端连通对接的热机或气动马达机组、可在悬伸臂的外端产生向下喷射气流的喷气动力系统、位于机体下侧的支撑脚，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述热机或气动马达机组；所述喷气动力系统包括与水氢机的压力热气输出端连通对接且与水氢机的氢气输出端导通连接并提供压力气流的喷气机；所述机体还设有分别与水氢机、热机或气动马达机组、气泵、单向气阀、喷气机信号传输连接的飞行控制器。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述旋翼喷气组合式运载飞机还包括驱使部分旋翼运转并与水氢机的电输出端导通连接的电机，其余旋翼由热机或气动马达机组驱动运转。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述热机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述单向气阀的出气口连通至升压腔，升压腔内压驱动热机运转输出驱动力。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述气动马达机组包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，单向气阀的出气口连通至升压腔，所述升压腔设有喷气口并对接驱动气动马达。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂的外端的多个竖向设置并产生向下压力气流的涡扇气流动力机，至少部分涡扇气流动力机的喷气角度可控。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述涡扇气流动力机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述升压腔，升压腔连通涡扇气流动力机的涡轮腔。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂的外端的多个喷气头、分别与各个喷气头连通对接所述喷气机，所述喷气机包括一个或者多个，各个喷气头均有喷气机与其连通对接，至少部分喷气头的喷气方向和喷气张角、喷气范围可控可调。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述喷气机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述升压腔，升压腔通过喷气管连通喷气头。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，：所述机体或机体下侧设有内置座椅的乘员舱或/和功能附件，所述功能附件包括摄像机、侦测仪、储物箱、播种机、农药喷洒器中至少一种。

作为本发明旋翼喷气组合式运载飞机的技术方案的一种改进，所述机体的顶部设有竖立设置的立管，立管顶端上设有气囊，所述气囊通过氢管与水氢机的氢气输送管连接并设置气泵驱动或设置气阀控制，气囊顶端连接有拉索，拉索穿过立管连接位于机体内的收索器；所述氢管设有旁路和回收泵并与气泵形成逆向回路。

本发明的有益效果在于：利用水氢机消耗水氢原料甲醇水产生氢气和具有压力以及热能的余气，氢气引入热机燃烧，增加余气的内能，进而转换为机械能推动旋翼运转，同时可以利用喷气机使用热能形成喷气气流，包括向下喷出的托升气流和向后的推进气流，从而使用旋翼和喷气动力推动飞机飞行，无需携带氢气，相对安全性较高，水氢原料转化的氢气和余气中的高温高品质热能一并利用，具有节能减排的效果，水氢原料携带和购置都非常方便，随时随地补充原料，免除对续航问题的担忧，而且热机做功更加稳定和强劲。

附图说明

图1为本发明一种旋翼喷气组合式运载飞机立体的结构示意图。

图2为本发明一种旋翼喷气组合式运载飞机的平面结构示意图。

图3为无人机中的水氢机的构造示意图。

图4为气动马达机组的构造示意图。

图5为无人机中的一种喷气机的构造示意图。

图6为无人机中的涡扇气流动力机的构造示意图。

图7为托爪收放结构示意图。

图8为锥口喷气头的结构示意图。

图9为多口喷气头的一种结构示意图。

图10为本发明一种旋翼喷气组合式运载飞机的另一种构造的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图10所示，本发明一种旋翼喷气组合式运载飞机，其包括机体11、从机体向外延伸的对称布置的多个悬伸臂12、对应设于悬伸臂的外端并对称布置的多个旋翼13、设于机体的水氢机31、驱使旋翼13运转并与水氢机31的压力热余气输出端连通对接的热机16或气动马达机组17、可在悬伸臂12的外端产生向下喷射气流的喷气动力系统、位于机体11下侧的支撑脚19，所述水氢机31的氢气输出口通过气泵22和单向气阀23串接连通至所述热机16或气动马达机组17；所述喷气动力系统包括与水氢机31的压力热气输出端连通对接且与水氢机31的氢气输出端导通连接并提供压力气流的喷气机71；所述机体11还设有分别与水氢机31、热机16或气动马达机组17、气泵22、单向气阀23、喷气机71信号传输连接的飞行控制器99。利用水氢机31消耗水氢原料甲醇水产生氢气和具有压力以及热能的余气，氢气引入热机燃烧，增加余气的内能，进而转换为机械能推动旋翼13运转，同时可以利用喷气机71使用热能形成喷气气流，包括向下喷出的托升气流和向后的推进气流，从而使用旋翼13和喷气动力推动飞机飞行，无需携带氢气，相对安全性较高，水氢原料转化的氢气和余气中的高温高品质热能一并利用，具有节能减排的效果，水氢原料携带和购置都非常方便，随时随地补充原料，免除对续航问题的担忧，而且热机做功更加稳定和强劲。旋翼13和喷气驱动可以作分工，分别主要负责托升机体和推进飞机，旋翼13用作单纯托升作用则其转轴可以保持竖立方向无需偏摆角度，更便于机体11结构安排和旋翼13组装。

更佳地，所述多旋翼运载飞机还包括驱使部分旋翼13运转并与水氢机31的电输出端导通连接的电机15，其余旋翼由热机16或气动马达机组17驱动运转。也可以使用燃料电池消耗氢气产生电能，驱动部分旋翼13运转提供提升和推进的驱动力，也可以实现多种能量供给的模式，同步控制旋翼13运转，提升能源的转化效率。

更佳地，所述热机16包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔21、与水氢机31电连接并吸入外界气体至升压腔21的注气器26，所述单向气阀23的出气口连通至升压腔21，升压腔21内压驱动热机运转输出驱动力。在升压腔21引入已经具备一定压力的高品质热能气体，并引入外界气体和水氢机31产生的氢气形成更高的内压，推动热机16做功输出机械能，驱动旋翼13运转，形成综合利用水氢机31输出的多种能量的并用方案，提升能源的利用效率和转化效率。

更佳地，参考图4所示，所述气动马达机组17包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔21、与水氢机31电连接并吸入外界气体至升压腔21的注气器26，单向气阀23的出气口连通至升压腔21，所述升压腔21设有喷气口并对接驱动气动马达25。在升压腔21引入已经具备一定压力的高品质热能气体，并引入外界气体和水氢机31产生的氢气形成更高的内压，推动气动马达机组17的气动马达25做功输出机械能，驱动旋翼13运转，形成综合利用水氢机31输出的多种能量的并用方案，提升能源的利用效率和转化效率。

更佳地，参考图3、图6所示，所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂12的外端的多个竖向设置并产生向下压力气流的涡扇气流动力机61，至少部分涡扇气流动力机61的喷气角度可控。垂直向下的气流形成的反冲力构成飞机的托升力，喷气角度略微倾斜，则反冲力可产生横向的分力，构成飞机的推进力。

更佳地，所述涡扇气流动力机61包括对接水氢机31压力热气输出端的升压腔21、与水氢机31电连接并吸入外界气体至升压腔21的注气器26，所述水氢机31的氢气输出口通过气泵22和单向气阀23串接连通至所述升压腔21，升压腔21连通涡扇气流动力机的涡轮腔65。其中的喷气机可以是涡扇气流动力机61，设置升压腔21接收水氢机31产生的具有一定压力和热能的余气，再进一步引入氢气和外部气体点燃增加内能，使其形成更高压力，便于喷射至涡轮腔驱使涡轮66旋转进而带动吸气风扇68转动在气流通道62形成更大流量和推力的气流，使其形成涡扇发动机的功效。

更佳地，参考图3、图5所示，所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂12的外端的多个喷气头72、分别与各个喷气头72连通对接所述喷气机71，所述喷气机71包括一个或者多个，各个喷气头72均有喷气机71与其连通对接，至少部分喷气头72的喷气方向和喷气张角、喷气范围可控可调。可以采用一个喷气机71为多个喷气头72供气，简化设备构造；也可以采用一个喷气机只为一个喷气头72供气使供气的气流强度更大，操作更灵活，还可以单独控制不同的气流量方便飞行器拐弯。喷气方向竖直时反冲力竖直，形成单一的托升力；喷气方向略微倾斜即可产生横向分力，构成飞机前进后退或者左右平移的推进力。喷气张角小则反冲力集中而易于抬升，张角大则反冲力更加平衡，使飞行过程更加平稳。喷气头72的数量可以是4个、6个、8个，同步控制飞机的飞行运转过程，从而更高效地利用水氢原料的能量。一般喷气头的数量为双数并且对称分布。

更佳地，所述喷气机71包括对接水氢机31压力热气输出端的升压腔21、与水氢机31电连接并吸入外界气体至升压腔21的注气器26，所述水氢机的氢气输出口通过气泵22和单向气阀23串接连通至所述升压腔21，升压腔21通过喷气管连通喷气头72。设置升压腔21接收水氢机31产生的具有一定压力和热能的余气，再进一步引入氢气和外部气体点燃增加内能，使其形成更高压力，便于形成较高压力的气体供给喷头72形成喷射气流。

更佳地，参考图8所示，所述喷气头72设有锥形喷气口75，居中设于喷气口75并可轴向伸缩调节的锥形的导气头76，从而可以调喷气的气流形状，喷出反冲力更大的直喷气流或者稳定性更好的锥形气流。

更佳地，参考图9所示，所述喷气头72设有位于端部周向均匀布置的环喷口77和位于端面中央的直喷口78；所述喷气头72设有控制环喷口77和和直喷口78开闭的控制阀79。单独直喷口78打开即可喷出反冲力更大的直喷气流；同时打开环喷口77或单独打开环喷口77，可以产生稳定性更好的均匀放射气流。

更佳地，所述喷气头具有半球形喷气部并且该喷气部均匀布置有多个气口，可以调控气口的开闭从而可以选择喷气气流的形状，喷出反冲力更大的直喷气流或者稳定性更好的锥形气流。

更佳地，参考图3所示，所述水氢机31包括用于抽吸甲醇水原料的液泵33、使用管路连接液泵33输出口并将甲醇水原料加热气化并重整分离的重整器35、通过管路接收分离氢气并输出电池余气且产生电能输出的燃料电池36，燃料电池构成水氢机的电输出端，重整器35输出高品质热气为构成热输出端；所述机体11还设有位于重心位置的容纳水氢原料的原料箱18。通过液泵33抽取甲醇水原料进入重整器进行分离，排出的废气携带大量热量，可以利用其来推动喷气机运转，实现能量的高效利用。同时产生的氢气可以通过燃料电池转换为电能，驱动气泵、单向气阀等设备运转，实现无人机的飞行。

更佳地，参考图10所示，所述机体设有乘员舱88，乘员舱内设有座椅89，可以搭载乘员进行观光、巡逻、勘探等。

更佳地，所述机体11或机体下侧设有功能附件38，所述功能附件包括摄像机、侦测仪、储物箱、播种机、农药喷洒器中至少一种。配置不同的功能附件即可实现无人机的不同功能，使其可以在不同的应用领域得到广泛利用。

更佳地，所述机体11的顶部设有竖立设置的立管51，立管51顶端上设有气囊52，所述气囊52通过氢管与水氢机的氢气输送管连接并设置气泵53驱动或设置气阀控制，气囊52顶端连接有拉索55，拉索55穿过立管51连接位于机体11内的收索器56。气泵53抽取氢气输送到气囊52使其产生浮升力而悬吊无人机，可以实现无人机的临时悬停或者慢行，减少慢行运行过程中的能耗，使其作业时间得以延长，此时也可以使水氢机运行产生电能供应附属设备使用，例如播种、喷药等农业应用。设置气阀也可以取代气泵控制氢气输送到气囊中产生悬浮力。设置立管51可以提高气囊52的设置位置，防止气囊与旋翼发生干涉，从而提高无人机的安全性。

更佳地，同时参考图2所示，所述氢管设有旁路和回收泵57，并与气泵53形成逆向回路。悬停或者慢行过后，将气囊中的氢气回收起来再次利用，进一步提高能源利用的效率。

更佳地，所述立管51顶端铰接有一组周向分布并托起气囊52防止倾斜的托爪58，避免气囊倾斜而与旋翼干涉，提高无人机的安全性。所述托爪58内侧与气囊52对应连接，便于气囊52排气收叠，避免收叠过程气囊52飘散而与旋翼干涉。参考图7所示，所述托爪58的顶端连接有收紧索59，收紧索59穿过相对的托爪58并连接到机体11所设置的缠绕梭，方便托爪58的收拢，更好地收叠气囊52避免飘散。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：包括机体、从机体向外延伸的对称布置的多个悬伸臂、对应设于悬伸臂的外端并对称布置的多个旋翼、设于机体的水氢机、驱使旋翼运转并与水氢机的压力热余气输出端连通对接的热机或气动马达机组、可在悬伸臂的外端产生向下喷射气流的喷气动力系统、位于机体下侧的支撑脚，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述热机或气动马达机组；所述喷气动力系统包括与水氢机的压力热气输出端连通对接且与水氢机的氢气输出端导通连接并提供压力气流的喷气机；所述机体还设有分别与水氢机、热机或气动马达机组、气泵、单向气阀、喷气机信号传输连接的飞行控制器。

2.根据权利要求1所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：还包括驱使部分旋翼运转并与水氢机的电输出端导通连接的电机，其余旋翼由热机或气动马达机组驱动运转。

3.根据权利要求1或2所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述热机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述单向气阀的出气口连通至升压腔，升压腔内压驱动热机运转输出驱动力。

4.根据权利要求1或2所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述气动马达机组包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，单向气阀的出气口连通至升压腔，所述升压腔设有喷气口并对接驱动气动马达。

5.根据权利要求1所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂的外端的多个竖向设置并产生向下压力气流的涡扇气流动力机，至少部分涡扇气流动力机的喷气角度可控。

6.根据权利要求5所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述涡扇气流动力机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述升压腔，升压腔连通涡扇气流动力机的涡轮腔。

7.根据权利要求1所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述喷气动力系统包括一一对应设于悬伸臂的外端的多个喷气头、分别与各个喷气头连通对接所述喷气机，所述喷气机包括一个或者多个，各个喷气头均有喷气机与其连通对接，至少部分喷气头的喷气方向和喷气张角、喷气范围可控可调。

8.根据权利要求7所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述喷气机包括对接水氢机压力热气输出端的升压腔、与水氢机电连接并吸入外界气体至升压腔的注气器，所述水氢机的氢气输出口通过气泵和单向气阀串接连通至所述升压腔，升压腔通过喷气管连通喷气头。

9.根据权利要求1所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述机体或机体下侧设有内置座椅的乘员舱或/和功能附件，所述功能附件包括摄像机、侦测仪、储物箱、播种机、农药喷洒器中至少一种。

10.根据权利要求1所述的旋翼喷气组合式运载飞机，其特征在于：所述机体的顶部设有竖立设置的立管，立管顶端上设有气囊，所述气囊通过氢管与水氢机的氢气输送管连接并设置气泵驱动或设置气阀控制，气囊顶端连接有拉索，拉索穿过立管连接位于机体内的收索器；所述氢管设有旁路和回收泵并与气泵形成逆向回路。