CN1092121C - 垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机(1，11)，它包括固定在飞机前部并连到飞机主发动机上的至少一个叶片式推进器/旋翼(2，12)，以及至少一个放置在飞机后部的辅助发动机(3，13)，上述辅助发动机在相应的垂直和水平位置的两个极限位置之间逐步倾斜和摆动，驾驶舱(4，14)和乘客舱(5，15)做成可摆动的舱，这样在每个飞行阶段、即起飞、转向和水平飞行阶段，地板和与地面平行的天花板保持水平状态，上述飞机以垂直姿态(头部向上)起飞，在后部辅助发动机的帮助下逐步转变姿态，达到完全水平姿态，反之亦然，并转回降落时的垂直姿态。

Description

垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机
本发明关于一种垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机。
本发明尤其关于一种新颖构思的飞机，它能垂直起落，并能以气动自持飞行来水平飞行使乘客总是保持在最佳飞行状态。
正如人们已知道的，就实用的观点来讲，也称作为VTOL(垂直起落)的垂直起落飞机，如果不考虑成本增大的问题，其主要优点是它用作运输、环保和民用保护服务方面，可在任何地方运载任何人和任何东西。
与其它飞行器和运输系统相比，特别是直升飞机，上述优点被现有VTOL技术的高的操作成本抵销了。
成本增大是由于在水平飞行期间为支撑直升飞机在具有传统飞机安装的固定翼的气动支持推进器的情况下，必须要有非常多的能量。
另一方面，该缺点会部分由于从城里到机场的运输成本和时间而减小，因为它能直接起降，直升飞机的机场与传统机场相比仅占很小空间，省时间并能简化装载程序。
本发明的主要目的是提供以非常便宜的涡轮推进器或喷气发动机作动力的水平飞行的垂直起落飞机的组合能力(下面这些混合特征以VTOL-HF即垂直起落、水平飞行表示)。
本专业技术人员已经知道，在国际飞机工业中已研制出具有互换的整体的VTOL-HF特征的两种模式的飞机，即Harrier和V-22 Osprey。
Harriers是英国的英国航空和麦道的合资企业制造的军用喷气飞机。
而V-22 Osprey是军用涡轮推进器飞机，它具有可倾斜的旋翼-发动机组，是美国的Bell Textron和波音制造的。已经预见到它可用于民用。
就Harrier来说，VTOL能力是通过在起飞和降落期间使主喷气发动机的推力向下转而得到的。
而V-22 Osprey的VTOL-HF是基于直接使用在直升机模式(VTOL)上的同样的主发动机和相关的推进机构，涡轮推进器从上朝下转动(倾斜)装在机翼端部上的主发动机。
V-22的推进机构的设计是基于大的推进器和旋翼叶片之间的折衷方案，它们必须象涡轮推进器(HF)那样、又象直升飞机(VTOL)那样工作。
关于已提出的飞机的两种技术方案，尤其是用作VTOL-HF的技术方案，在它们水平飞行时使用以垂直起落必须的最大推力为基础制造的同样的主发动机，而这些均加在操作成本上。
在同一天提出的一个专利申请中，申请人已建议采用一个系统，将一垂直起飞和自持水平飞行的飞机转换为自持水平飞行、垂直起落的混合式的整体的飞机，它使用VTOL-HF技术作为现有飞机的改型技术。
本发明的目的是获得一种新型的垂直起落、气动自持平行飞行的混合式飞机(VTOL-HF)，它能在运输乘客的飞行中和民用保护服务中提供经济的服务并具有高的机动性。
本发明的进一步的目的在于提供一种新的VTOL-HF飞机，它能使VTOL能力与涡轮推力或喷气的自持水平飞行融合，在与现有模式有很大不同的情况下有效地节省成本。
本发明建议的技术方案包括一种新型的飞机，它具有固支撑的翼，在后部坐落在地上、前部朝上的情况下进行起飞和着陆，因此，在上述垂直位置上一旦达到有用的高度时，它就在装在同一飞机后部上的可倾斜的辅助发动机的支持下逐步地改变成水平位置，然而主发动机保持在固定位置，并带动装在飞机前顶部上的、双重用途(垂直和水平)的旋翼/推进器。
因此本发明的一个专门的目的是提供一种垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，它包括：具有至少一个固定在飞机前部上、并连到主发动机上的叶片式推进器/旋翼的推进系统，和至少一个放置在飞机后部的辅助发动机，上述辅助发动机在两个极限位置、即相应的垂直和水平位置之间倾斜和摆动，驾驶舱和乘客区做成可摆动的舱，这样，在每个飞行阶段，亦即在起飞、降落、转向和水平飞行阶段，地板和与地面平行的天花板继续保持水平状态，上述飞机以垂直姿态(前部朝上)起飞，在后部辅助的可倾斜的发动机的帮助下逐步改变姿态，达到完全水平姿态，上述飞机以垂直姿态降落，在后部辅助的可倾斜的发动机的帮助下逐步改变姿态，转回到降落时的垂直姿态。
按照本发明，上述推进系统还可由液压系统作动。
仍按照本发明，主发动机和上述至少一个叶片式推进器/转子之间的连接可以是液压类机械连接，同样的主发动机可放置在飞机内的任何合适的位置。
按照本发明，上述至少一个可倾斜的辅助发动机可包括至少一个喷气发动机、或火箭、或至少一个液压动力或没有动力的管道涡轮风扇推进器、或任何其它合适的推进装置。
另外，按照本发明，上述至少一个叶片式旋翼做成在飞机处于垂直状态时可得到垂直拉力，当飞机处于水平状态时可得到水平拉力。
最后，按照本发明，可装一台或多台可倾斜的辅助发动机，用于起飞和降落阶段并可摆动以确保垂直飞行和水平飞行(反之亦然)之间转向。
现将参照附图、按照优选实施例、以非限制性的目的来描述本发明，其中：
图1是本发明飞机的第一个实施例的简略示图；
图2是本发明飞机的第二个实施例的简略示图；
图3是本发明飞机的第三个实施例的简略示图；
图4是本发明飞机的第四个实施例的简略示图；
图5是本发明飞机的第五个实施例的简略示图；
图6简略示出本发明飞机的起飞、着陆的不同的状态。
在图1中示出了本发明的飞机1，它具有可摆动的货舱。
它具有以发动机或液压系统作动力的叶片式旋翼2，参见图3～5可看出它还具有两个后部的可摆动的喷气发动机或导管涡轮风扇式推进器3。
旋翼叶片2设计成在飞机处于垂直姿态时提供垂直拉力，在水平姿态时提供水平拉力，而它们本身总是保持在同一位置。
图1所示的飞机还具有可摆动的驾驶舱4、以及用于乘客或货物的、也是可摆动的载荷舱。
图2概略示出的技术方案表示载客的飞机11，它具有两个旋翼叶片12，在此情况下它们也设计成具有垂直拉力(起飞-着陆)和水平拉力(标准飞行条件下)。
喷气发动机或管道涡轮风扇式推进器装在飞机舱的后面。
除了可摆动的驾驶舱14外，乘客舱15也是可摆动的。显然该方案对货物来说也是可行的，同样，图1的方案也可用于载客而不是货物。
如上所述，飞机的驾驶舱4或14和乘客区5或15做成可倾斜的舱，它在(从起飞转到水平飞行的)任何飞行阶段使地板和与地面平行的天花板保持水平状态，从而避免驾驶员、乘客或货物出现问题。
在图3所示的技术方案中，在本发明飞机的前部装有主发动机6，它具有连到旋翼叶片2上的机械传动装置7，而在后部的管道涡轮风扇推进器3上装有液压传动装置8，该推进器3也可用不同于主发动机的喷气发动机替代。
在图4的技术方案中，主发动机6装在本发明飞机的后部，并为旋翼叶片2和后部的管道涡轮风扇推进器3提供了液压传动装置8，该推进器3也可用不同于主发动机的喷气发动机替代。
最后如图5所示，主发动机6装在本发明飞机1的后部，它由机械传动装置连到旋翼叶片2上，同时为后部的管道涡轮风扇式推进器3安装了液压传动装置8，该推进器3也可由不同于主发动机的喷气发动机替代。
本发明的飞机的不同的飞行阶段如图6所示。
可以看出，起飞时其前部或鼻部处于垂直位置，这样旋翼2提供垂直拉力，喷气发动机或管道涡轮风扇式推进器3处于垂直方向。
在转向飞行阶段期间，舱4和5随着机舱移动，这样驾驶员、乘客或货物不会由于姿态变化而有任何影响，喷气发动机3总是保持在垂直位置，推力方向向下，在转向飞行阶段完成后它们关机，从而节省飞行成本，并保证在下面的着陆阶段的足够的自发性。
显然，在从水平飞行转到垂直飞行时出现相反顺序的同样的步骤。
垂直起飞和降落的能力(VTOL)是由输出轴作动力的VTOL旋翼叶片2的垂直合成的拉力和喷气发动机3或火箭或管道涡轮风扇式推进器来保证的。
另外，可以提供一个或多个VTOL旋翼叶片2，这些叶片2由合适尺寸的、轻重量和有效的由连到主发动机的液压系统作动的液压作动器作动力，这些液压作动器是由图3～5中所示的主发动机的推力源作动的。
在垂直起飞和着陆期间，一个或多个可倾斜的辅助的喷气发动机或火箭3(如从无线电控制的火箭或靶机导出的)、或液压驱动的管道涡轮风扇推进器装在飞机的下部，它们与主发动机和旋翼叶片2的拉力一起使用。
上述喷气发动机、或火箭或管道涡轮风扇推进器产生的推力进一步保证了从VTOL到HF的转向(反之亦然)。
结果，由于在花费较大的VTOL阶段所用的时间不大于总时间的10％，因此本发明飞机的一小时飞行的操作成本可保持在约为具有同样尺寸的涡轮推进器飞机的操作成本的90％。
另一方面，该飞机的HF特征由于前面描述的理由补偿了VTOL阶段增加的成本。
上面已按照优选实施例非限制性地描述了本发明，然而应该看到，对本专业技术人员来说，任何修改和/或变化均不超出所附权利要求限定的有关范围。

Claims (7)

1.一种垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：具有至少一个固定在飞机前部上、并连到主发动机上的叶片式推进器/旋翼的推进系统，和至少一个放置在飞机后部的辅助发动机，上述辅助发动机在两个极限位置、即相应的垂直和水平位置之间倾斜和摆动；驾驶舱和乘客区做成可摆动的舱，这样在每个飞行阶段、亦即在起飞、降落、转向和水平飞行阶段，地板和与地面平行的天花板继续保持水平状态；上述飞机以垂直姿态(前部朝上)起飞，在后部辅助的可倾斜的发动机的帮助下逐步改变姿态，达到完全水平的姿态，上述飞机以垂直姿态降落，在后部辅助的可倾斜的发动机的帮助下逐步改变姿态，转回到降落时的垂直姿态。
2.按照权利要求1的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：上述包括一个或多个推进器-旋翼的推进系统和至少一个可倾斜的辅助的发动机是由主发动机操作的液压系统作动的。
3.按照前述权利要求1或2的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：在主发动机和包括至少一个叶片式推进器/旋翼的推进系统之间的连接是机械连接。
4.按照前述权利要求1或2中的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：在主发动机和包括至少一个叶片式推进器/旋翼的推进系统之间的连接是液压连接。
5.按照前述权利要求1或2的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：上述至少一个可倾斜的辅助的发动机包括液压动力或没有液压动力的管道涡轮风扇推进器。
6.按照前述权利要求1或2的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：上述至少一个叶片式旋翼做成在飞机处于垂直姿态时得到垂直拉力，在飞机处于水平姿态时得到水平拉力。
7.按照前述权利要求1或2的垂直起落、气动自持水平飞行的混合式飞机，其特征在于：多个辅助发动机用于支持起飞和降落，并在垂直飞行和水平飞行之间转换时摆动以确保换向。
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