CN109050908A - 一种复合翼航空飞行器及其飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合翼航空飞行器及其飞行控制方法，复合翼航空飞行器包括有机身、连接于机身侧方且对称设置的左右机翼，机身的内部设置有飞行控制器，机身的上方连接有一体塑型的机架，机架的顶端设置有旋翼，机身的尾部设置有与发动机的输出轴连接的螺旋桨，旋翼通过离合传动机构与发动机的输出轴连接。本发明复合翼航空飞行器包括有旋翼和固定翼，通过对旋翼不同阶段的驱动控制和转速控制，缩短起飞距离的同时，且提高了飞行速度和飞行效率。

Description

一种复合翼航空飞行器及其飞行控制方法

技术领域

本发明涉及航空飞行领域，具体是一种复合翼航空飞行器及其飞行控制方法。

背景技术

人类对于飞行器的追求从来都不曾停止，进入21世纪以来，随着通用航空的发展，飞行器的样式越来越多，社会对空中交通工具的需求量越来越大，应用范围越来越广，例如：航空拍摄、农林植保、警用巡视、电力巡检、地质勘探、战场侦查、特种侦察、物资运输、海空联合搜索等领域。然而，现有的通用航空器，大致包括固定翼、直升机、多旋翼和倾转旋翼机等几类飞行器，侧重点往往只能在低速和高速中两者选一，飞行速度范围和航程范围较小，因而应用范围也相对较小。主要存在的缺点如下： 1.对跑道要求较高，如固定翼；2. 空中发动机一旦停车，容易坠机，如固定翼、直升机、多旋翼；3.巡航速度较低，如直升机、多旋翼、自转旋翼机；4.对飞行员有较高的技术要求，如固定翼、直升机等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合翼航空飞行器及其飞行控制方法，复合翼航空飞行器包括有旋翼和固定翼，通过对旋翼不同阶段的驱动控制和转速控制，缩短起飞距离的同时，且提高了飞行速度和飞行效率。

本发明的技术方案为：

一种复合翼航空飞行器，包括有机身、连接于机身侧方且对称设置的左右机翼，所述的机身的内部设置有飞行控制器，机身的上方连接有一体塑型的机架，机架的顶端设置有旋翼，机身的尾部设置有与发动机的输出轴连接的螺旋桨，所述的旋翼通过离合传动机构与发动机的输出轴连接；所述的离合传动机构包括有旋翼传动皮带、固定传动轴、伸缩式传动轴、分别固定连接于固定传动轴两端上的第一传动轮和第二传动轮、以及分别固定连接于伸缩式传动轴两端上的第三传动轮和第四传动轮，所述的发动机的输出轴上固定连接有发动机传动齿轮，所述的旋翼上固定连接有旋翼盘齿轮，所述的旋翼传动皮带缠绕于发动机传动齿轮和第一传动轮上，且所述的旋翼传动皮带通过张紧装置进行张紧传动，所述的伸缩式传动轴底端的第三传动轮与固定传动轴上的第二传动轮相互啮合，所述的伸缩式传动轴伸长状态下，所述的伸缩式传动轴顶端的第四传动轮与旋翼盘齿轮啮合，且所述的旋翼盘齿轮上设置有旋转阻尼器，所述的伸缩式传动轴的伸缩驱动机构、张紧装置的张紧驱动机构、旋转阻尼器的驱动机构均与飞行控制器进行连接实现控制。

所述的伸缩式传动轴的伸缩驱动机构选用伸缩气缸，伸缩式传动轴还包括有固定连接于伸缩气缸缸体底端的下传动轴，下传动轴上固定连接有所述的第三传动轮，伸缩气缸向上伸出的活塞杆上固定连接有所述的第四传动轮，所述的飞行控制器通过伸缩气缸驱动器与伸缩气缸连接。

所述的张紧装置的张紧驱动机构选用张紧气缸，张紧气缸的活塞杆上连接有张紧轮，所述的张紧装置位于旋翼传动皮带的内圈且张紧轮伸向旋翼传动皮带，所述的飞行控制器通过张紧气缸驱动器与张紧气缸连接。

所述的旋转阻尼器包括有升降气缸和连接于升降气缸活塞杆上的阻尼盘，所述的阻尼盘位于所述的旋翼盘齿轮的正下方，所述的飞行控制器通过升降气缸驱动器与升降气缸连接。

所述的复合翼航空飞行器还包括有两个设置于机身后侧方的垂尾，两个垂尾分别通过各自对应的尾撑杆与对应的机翼固定连接，且两个垂尾之间连接有平尾，两个垂尾和机身的底部上均设置有起落架。

一种复合翼航空飞行器的飞行控制方法，具体包括有以下几种飞行控制步骤：

（1）、起飞时，飞行控制器控制伸缩式传动轴伸长，使得第四传动轮与旋翼盘齿轮啮合，同时飞行控制器控制张紧装置张紧旋翼传动皮带，此时，发送机输出端的动力一方面传输给螺旋桨进行旋转，另一方面通过离合传动机构传输给旋翼，发动机带动旋翼旋转到一定转速后开始滑跑，同时飞行控制器控制伸缩式传动轴和张紧装置复位，使得第四传动轮与旋翼盘齿轮分离，旋翼传动皮带放松无法进行传动，即旋翼脱离发动机的传动，此时飞机的旋翼在气流的作用下进行自主旋转，此时飞机实现短距离起飞甚至跳飞，从而缩短了起飞距离；

（2）、起飞之后进入巡航阶段时，主动增加飞行速度，同时飞行控制器控制旋转阻尼器对旋翼盘齿轮进行限速，降低旋翼转速，巡航阶段的升力大部分由机翼提供，使飞机保持高速度飞行；

（3）、在着陆之前，主动降低飞行速度，飞行控制器控制离合传动机构处于分离状态，同时解除旋转阻尼器对旋翼转速的限制，旋翼转速逐渐提高，飞机升力的主要来源转变为旋翼，从而保持较低的飞行速度，并调整旋翼迎风面积有效增加旋翼阻力，实现短距离着陆。

所述的步骤（2）中，当飞行巡航阶段中，当发动机出现空中停车时，飞行控制器解除旋转阻尼器对旋翼转速的限制，旋翼便会在气流的作用下进行自主旋转从而提高转速，成为飞机升力的主要来源，实现飞机的安全平稳着陆。

本发明的优点：

（1）、安全性高：由于飞行过程中，旋翼始终在气流的作用下处于自主旋转状态，为飞机提供一定的升力，在飞行中如果出现发动机空中停车，或者其他机械故障，只要解除对旋翼转速的限制，旋翼便可快速加快旋转，为飞机提供更多的升力，保证其安全着陆。

（2）、起降距离短：在起飞阶段，发动机通过离合传动机构为旋翼提供动力，即在滑跑之前便可为飞机提供升力，因此起飞距离很短；在着陆阶段，由于旋翼的旋转，飞机可以以很低的飞行速度着陆，且通过增加旋翼桨盘的角度可以大幅度增加阻力，因此着陆距离也很短。

（3）、巡航速度大、航程远：在飞行巡航阶段，旋翼在气流的作用下处于自主旋转，此时降低旋翼转速，机翼为升力的主要来源，因此飞行速度基本接近于固定翼（机翼）飞机，速度大、航程远。

（4）、结构简单、成本低：本发明复合翼航空飞行器相对于直升机结构简单，没有尾桨传动系统、减速器、自动倾斜器和主旋翼传动系统，所以不仅价格低，而且故障率也低，此外使用维护简单方便，维护费用低。

附图说明

图1是本发明复合翼航空飞行器的结构示意图;

图2是本发明连接于发动机和旋翼之间的离合传动机构的结构示意图;

图3是本发明张紧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1，一种复合翼航空飞行器，包括有机身1、连接于机身1侧方且对称设置的左右机翼2，机身1的内部设置有飞行控制器，机身1的上方连接有一体塑型的机架3，机架3的顶端设置有旋翼4，机身1后侧方设置有两个垂尾5，两个垂尾5分别通过各自对应的尾撑杆6与对应的机翼2固定连接，且两个垂尾5之间连接有平尾7，两个垂尾5和机身1的底部上均设置有起落架8，机身1的尾部设置有与发动机10的输出轴连接的螺旋桨9，旋翼4通过离合传动机构与发动机10的输出轴连接；

见图2，离合传动机构包括有旋翼传动皮带11、固定传动轴12、伸缩式传动轴、分别固定连接于固定传动轴两端上的第一传动轮15和第二传动轮16、以及分别固定连接于伸缩式传动轴两端上的第三传动轮17和第四传动轮18，发动机10的输出轴上固定连接有发动机传动齿轮19，旋翼4上固定连接有旋翼盘齿轮20，旋翼传动皮带11缠绕于发动机传动齿轮20和第一传动轮15上，且旋翼传动皮带11通过张紧装置进行张紧传动，伸缩式传动轴垂直于固定传动轴12，伸缩式传动轴底端的第三传动轮17与固定传动轴12上的第二传动轮16相互啮合，伸缩式传动轴伸长状态下，伸缩式传动轴顶端的第四传动轮18与旋翼盘齿轮20啮合，且旋翼盘齿轮20上设置有旋转阻尼器；

其中，伸缩式传动轴的伸缩驱动机构选用伸缩气缸13，伸缩式传动轴还包括有固定连接于伸缩气缸13缸体底端的下传动轴14，下传动轴14上固定连接有第三传动轮17，伸缩气缸13向上伸出的活塞杆上固定连接有第四传动轮18，飞行控制器通过伸缩气缸驱动器与伸缩气缸13连接；见图3，张紧装置的张紧驱动机构选用张紧气缸21，张紧气缸21的活塞杆上连接有张紧轮22，张紧装置位于旋翼传动皮带11的内圈且张紧轮22伸向旋翼传动皮带11，飞行控制器通过张紧气缸驱动器与张紧气,21连接；旋转阻尼器包括有升降气缸23和连接于升降气缸23活塞杆上的阻尼盘24，阻尼盘24位于旋翼盘齿轮20的正下方，飞行控制器通过升降气缸驱动器与升降气缸23连接。

一种复合翼航空飞行器的飞行控制方法，具体包括有以下几种飞行控制步骤：

（1）、起飞时，飞行控制器控制伸缩式传动轴伸长，使得第四传动轮18与旋翼盘齿轮20啮合，同时飞行控制器控制张紧装置张紧旋翼传动皮带11，此时，发送机10输出端的动力一方面传输给螺旋桨9进行旋转，另一方面通过离合传动机构传输给旋翼4，发动机10带动旋翼4旋转到一定转速后开始滑跑，同时飞行控制器控制伸缩式传动轴和张紧装置复位，使得第四传动轮18与旋翼盘齿轮20分离，旋翼传动皮带11放松无法进行传动，即旋翼4脱离发动机10的传动，此时飞机的旋翼4在气流的作用下进行自主旋转，此时飞机实现短距离起飞甚至跳飞，从而缩短了起飞距离；

（2）、起飞之后进入巡航阶段时，主动增加飞行速度，同时飞行控制器控制旋转阻尼器对旋翼盘齿轮20进行限速(即升降气缸23驱动阻尼盘24上移抵住旋翼盘齿轮20限制其转动)，降低旋翼4转速，巡航阶段的升力大部分由机翼2提供，使飞机保持高速度飞行；

（3）、在着陆之前，主动降低飞行速度，飞行控制器控制离合传动机构处于分离状态，同时解除旋转阻尼器对旋翼4转速的限制，旋翼4转速逐渐提高，飞机升力的主要来源转变为旋翼4，从而保持较低的飞行速度，并调整旋翼迎风面积有效增加旋翼阻力，实现短距离着陆；

（4）、当飞行巡航阶段中，当发动机10出现空中停车时，飞行控制器解除旋转阻尼器对旋翼4转速的限制，旋翼4便会在气流的作用下进行自主旋转从而提高转速，成为飞机升力的主要来源，实现飞机的安全平稳着陆。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种复合翼航空飞行器，包括有机身、连接于机身侧方且对称设置的左右机翼，其特征在于：所述的机身的内部设置有飞行控制器，机身的上方连接有一体塑型的机架，机架的顶端设置有旋翼，机身的尾部设置有与发动机的输出轴连接的螺旋桨，所述的旋翼通过离合传动机构与发动机的输出轴连接；所述的离合传动机构包括有旋翼传动皮带、固定传动轴、伸缩式传动轴、分别固定连接于固定传动轴两端上的第一传动轮和第二传动轮、以及分别固定连接于伸缩式传动轴两端上的第三传动轮和第四传动轮，所述的发动机的输出轴上固定连接有发动机传动齿轮，所述的旋翼上固定连接有旋翼盘齿轮，所述的旋翼传动皮带缠绕于发动机传动齿轮和第一传动轮上，且所述的旋翼传动皮带通过张紧装置进行张紧传动，所述的伸缩式传动轴底端的第三传动轮与固定传动轴上的第二传动轮相互啮合，所述的伸缩式传动轴伸长状态下，所述的伸缩式传动轴顶端的第四传动轮与旋翼盘齿轮啮合，且所述的旋翼盘齿轮上设置有旋转阻尼器，所述的伸缩式传动轴的伸缩驱动机构、张紧装置的张紧驱动机构、旋转阻尼器的驱动机构均与飞行控制器进行连接实现控制。

2.根据权利要求1所述的一种复合翼航空飞行器，其特征在于：所述的伸缩式传动轴的伸缩驱动机构选用伸缩气缸，伸缩式传动轴还包括有固定连接于伸缩气缸缸体底端的下传动轴，下传动轴上固定连接有所述的第三传动轮，伸缩气缸向上伸出的活塞杆上固定连接有所述的第四传动轮，所述的飞行控制器通过伸缩气缸驱动器与伸缩气缸连接。

3.根据权利要求1所述的一种复合翼航空飞行器，其特征在于：所述的张紧装置的张紧驱动机构选用张紧气缸，张紧气缸的活塞杆上连接有张紧轮，所述的张紧装置位于旋翼传动皮带的内圈且张紧轮伸向旋翼传动皮带，所述的飞行控制器通过张紧气缸驱动器与张紧气缸连接。

4.根据权利要求1所述的一种复合翼航空飞行器，其特征在于：所述的旋转阻尼器包括有升降气缸和连接于升降气缸活塞杆上的阻尼盘，所述的阻尼盘位于所述的旋翼盘齿轮的正下方，所述的飞行控制器通过升降气缸驱动器与升降气缸连接。

5.根据权利要求1所述的一种复合翼航空飞行器，其特征在于：所述的复合翼航空飞行器还包括有两个设置于机身后侧方的垂尾，两个垂尾分别通过各自对应的尾撑杆与对应的机翼固定连接，且两个垂尾之间连接有平尾，两个垂尾和机身的底部上均设置有起落架。

6.根据权利要求1所述的一种复合翼航空飞行器的飞行控制方法，其特征在于：具体包括有以下几种飞行控制步骤：

（1）、起飞时，飞行控制器控制伸缩式传动轴伸长，使得第四传动轮与旋翼盘齿轮啮合，同时飞行控制器控制张紧装置张紧旋翼传动皮带，此时，发送机输出端的动力一方面传输给螺旋桨进行旋转，另一方面通过离合传动机构传输给旋翼，发动机带动旋翼旋转到一定转速后开始滑跑，同时飞行控制器控制伸缩式传动轴和张紧装置复位，使得第四传动轮与旋翼盘齿轮分离，旋翼传动皮带放松无法进行传动，即旋翼脱离发动机的传动，此时飞机的旋翼在气流的作用下进行自主旋转，此时飞机实现短距离起飞甚至跳飞，从而缩短了起飞距离；

（2）、起飞之后进入巡航阶段时，主动增加飞行速度，同时飞行控制器控制旋转阻尼器对旋翼盘齿轮进行限速，降低旋翼转速，巡航阶段的升力大部分由机翼提供，使飞机保持高速度飞行；

（3）、在着陆之前，主动降低飞行速度，飞行控制器控制离合传动机构处于分离状态，同时解除旋转阻尼器对旋翼转速的限制，旋翼转速逐渐提高，飞机升力的主要来源转变为旋翼，从而保持较低的飞行速度，并调整旋翼迎风面积有效增加旋翼阻力，实现短距离着陆。

7.根据权利要求6所述的飞行控制方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，当飞行巡航阶段中，当发动机出现空中停车时，飞行控制器解除旋转阻尼器对旋翼转速的限制，旋翼便会在气流的作用下进行自主旋转从而提高转速，成为飞机升力的主要来源，实现飞机的安全平稳着陆。