CN109250095A - 一种垂直起降固定翼飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降固定翼飞机，包括飞机本体、至少两个对称设置在飞机本体前端的前旋翼；倾转机构，用于控制前旋翼在升降状态和平飞状态之间进行转换；至少一个设置在飞机本体尾部的后旋翼；设置在飞机本体上的空速计和处理装置，处理装置用于根据空速计传递的飞行速度信息控制倾转机构带动前旋翼倾转，以及控制后旋翼是否工作；设置在飞机本体下方的脚架。本发明的垂直起降固定翼飞机能够快速垂直升降，降低起飞场地要求，且飞机重量轻，从而减少了飞机与机载设备降落过程中所受冲击，也增加了飞机使用的安全性和平稳性。

Description

一种垂直起降固定翼飞机

技术领域

本发明涉及飞机技术领域，更具体的说是涉及一种垂直起降固定翼飞机。

背景技术

目前，无人机已经得到广泛的运用，无人机主要可以分为以下几种：直升机、多旋翼飞机、固定翼飞机。

其中，直升机涉及周期变距总成控制，机械结构上相当复杂；动力上要求推重比大于一，航程航时上远不及固定翼飞机；且直升机造价普遍较高，不适用于民用推广；对于多旋翼飞机，其推重比要求大于一，并且受到电池容量限制，因此航时航程上远不及固定翼飞机；对于固定翼飞机，其平飞阶段可以靠机翼产生升力与重力平衡，因此对推重比要求大大降低，能源消耗大大减少，从而具有航时长，航程远的特点。

固定翼飞机使用过程中也存在许多缺陷，例如在起飞降落阶段的空速较低，且要求机翼升力较大；因此，目前普遍采用弹射装置弹射起飞与开伞降落回收方式以解决上述问题；但是，这种方式的弊端在于弹射装置沉重且不便于携带，开伞降落的方式降落区域难以控制，且降落时对机体，机载设备冲击较大。

因此，如何提供一种能够快速垂直起降的固定翼飞机是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种垂直起降固定翼飞机，能够实现飞机的快速垂直起降，升力要求较小且不需要其它辅助设备，进一步减轻了飞机的重量，且能够实现飞机的平稳降落。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种垂直起降固定翼飞机，包括飞机本体和至少两个前旋翼，每个所述前旋翼通过一个旋转机构固定在所述飞机本体的前端，且沿所述飞机本体的中心轴线对称设置；

至少一个后旋翼，所述后旋翼固定设置在所述飞机本体的尾部，且位于所述飞机本体的中心轴线上，所述后旋翼的旋转轴线垂直于所述飞机本体的飞行方向；

空速计，所述空速计设置在所述飞机本体上，用于实时监测所述飞机本体的飞行速度；

处理装置，所述处理装置设置在所述飞机本体内部，且所述处理装置通过导线分别与所述空速计、所述后旋翼、所述旋转机构和所述前旋翼连接；

多个脚架，多个所述脚架对称设置在所述飞机本体的下方，且所述脚架与所述飞机本体之间通过缓冲弹簧相连接。

进一步，所述飞机本体包括机身和位于所述机身两侧的机翼，所述脚架位于所述机翼的下方。

进一步，在所述机翼后缘上设置有副翼，在所述机翼的端部固定设置有垂直端板。

进一步，所述倾转机构包括：倾转支架、舵机和第一连接杆，所述舵机固定设置在所述倾转支架的轴向中点位置处，所述第一连接杆一端与所述舵机连接，另一端与所述机身的前端固定连接。

进一步，所述前旋翼包括：两个第一驱动电机和两个第一螺旋桨，两个所述第一驱动电机对称固定在所述倾转支架的轴向两端；两个所述第一螺旋桨分别由所述第一驱动电机驱动，两个所述第一螺旋桨的旋转轴线重合，且与所述第一连接杆的轴线垂直，两个所述第一螺旋桨的旋转方向相反。

进一步，所述后旋翼包括：固定对称设置的两个第二驱动电机、两个第二螺旋桨和第二连接杆，两个所述第二螺旋桨分别由所述第二驱动电机驱动，两个所述第二螺旋桨的旋转轴线重合，且两个所述第二螺旋桨的旋转方向相反；所述第二连接杆一端固定连接至两个所述第二驱动电机之间的位置处，另一端固定连接至所述飞机本体的尾部。

进一步，所述前旋翼的数量为两个，所述后旋翼的数量为一个，所述脚架的数量为四个。

进一步，所述空速计固定设置在所述飞机本体的前端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种垂直起降固定翼飞机，处理装置能够根据飞机的飞行速度，自动控制前旋翼在升降状态和平飞状态之间进行转换，以及自动对后旋翼是否工作进行控制，从而在前旋翼处于升降状态且后旋翼工作时实现飞机的快速垂直升降，升力要求较小且不需要其他辅助设备，进一步减轻飞机重量；另外，在前旋翼处于平飞状态且后旋翼停止工作时，实现飞机平飞，推重比要求低，能源消耗少，当该固定翼飞机垂直下降时，脚架首先接触地面，根据地面的凹凸状况，缓冲弹簧进行一定的弯曲，使得脚架稳定的接触地面，当该固定翼飞机停稳时，缓冲弹簧缓慢的进行恢复，保证该固定翼飞机的平稳程度，也使得固定翼飞机下降时不会产生大量的颠簸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种垂直起降固定翼飞机处于升降状态时的结构示意图。

图2附图为本发明提供的一种垂直起降固定翼飞机处于平飞状态时的结构示意图。

图3附图为本发明提供的前旋翼与部分倾转机构的示意图。

其中，各部件表示：

1、飞机本体，10、机身，11、机翼，12、副翼，13、垂直端板，2、前旋翼，21、第一驱动电机，22、第一螺旋桨，3、旋转机构，31、倾转支架，32、舵机，33、第一连接杆，4、后旋翼，41、第二驱动电机，42、第二螺旋桨，43、第二连接杆，5、空速计，6、脚架，7、缓冲弹簧。

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。

本发明实施例公开了一种垂直起降固定翼飞机，包括飞机本体1，其中飞机本体1可以是目前已知的多种适合的结构；本实施例中，优选包括机身以及与机身融为一体且位于左右两侧的机翼11，通过翼身融合技术继承了飞翼优异的气动特性，并且提供了较大的内部空间，且重量分布更合理，结构更轻，有利于增加载荷和航程；并且，这样的结构能够使得飞机在平飞过程中产生升力与重力相平衡，从而降低推重比要求，减少能耗。另外，在每个机翼11外段上设置有一个副翼12，主要用于飞机横滚与升降控制；在每个机翼11的端部固定设置有垂直端板13，主要用于增加平飞时的航向安定性。

进一步，与已知的大部分飞机类似，本发明的垂直升降固定翼飞机还包括用于提供飞行动力的旋翼（旋翼机构），本发明旋翼的具体结构下面将要进行详细描述。

本发明的垂直升降固定翼飞机中，旋翼包括至少两个前旋翼2以及至少一个后旋翼4；其中，至少两个前旋翼2位于飞机本体1的前端，且沿飞机本体1的中心轴线(沿飞行方向的轴线)左右两两对称设置；至少一个后旋翼4固定设置在飞机本体1的尾部，且位于飞机本体1的中心轴线上，后旋翼4的旋转轴线垂直于飞机本体1的飞行方向。

本发明的倾转旋翼式飞机还包括倾转机构3，主要用于将前旋翼2设置在飞机本体1的前端，且用于受控地控制前旋翼2在升降状态和平飞状态之间进行转换；其中，在升降状态时，是使得前旋翼2的旋转轴线垂直于飞机本体1的飞行方向；相应地，在平飞状态时，是使得前旋翼2的旋转轴线平行于飞机本体1的飞行方向。

需要说明的是，倾转机构3的数量可以根据需要进行适合的设置，例如可以采用一个倾转机构3同时控制左右的前旋翼2转动；在本发明的一个优选实施例中，每个前旋翼2是通过一个倾转机构3设置在飞机本体1的前端。

同样，倾转机构3的结构也可以根据需要进行适合的设置，例如采用一根受控地可绕自身轴线的旋转杆，参照图1和图2中的第一连接杆33，将前旋翼2分别设置在旋转杆两端，同样可以实现将前旋翼2固定且带动前旋翼2转动的目的。在本发明的一个优选实施例中，每个倾转机构3可以包括倾转支架31、舵机32以及第一连接杆33；倾转支架31可以为中空的矩形框架；舵机32采用已知的多种适合的舵机，通常包括舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等，具体结构不再赘述；舵机32是固定设置在倾转支架31的轴线中点位置处，优选倾转支架31与舵机32的两侧的舵盘相栓接。

第一连接杆33优选为直杆，其内部可以采用中空结构，以方便布置舵机32的控制导线等；第一连接杆33的一端与舵机32中减速齿轮组的输出轴（通常位于舵机舵盘中心）连接，另一端与飞机本体1的前端固定连接。舵机32在能够处理装置控制下驱动减速齿轮组转动，由于其输出轴与第一连接杆33固定，因此舵机32转动时能够使其本体相对转动，从而带动倾转支架31转动，且第一连接杆33的轴线作为倾转支架31的转动轴线。

进一步，本发明的前旋翼2可以根据需要选择为多种适合的结构；在本发明的一个优选实施例中，前旋翼2可以包括第一驱动电机21和第一螺旋桨22。两个第一驱动电机21对称固定设置在倾转支架31的轴向两端；两个第一螺旋桨22分别由第一驱动电机21驱动；两个第一螺旋桨22的旋转轴线重合，且与第一连接杆33的轴线垂直，另外，两个第一螺旋桨22的旋转方向相反；在常规状态下，两个第一螺旋桨22的动力输出信号大小相等，即产生的陀螺力矩大小相等。另外，由于采用共轴（即倾转机构3的转动轴）双桨结构，且由舵机32直驱驱动，能够大大改善了因第一螺旋桨22工作的陀螺力矩引起的振动问题，从而降低了对机构的强度，疲劳性要求，提升了倾转机构3的传力效率。

在本发明的一个优选实施例中，后旋翼4可以包括第二驱动电机41、第二螺旋桨42以及第二连接杆43。第二驱动电机41为两个，固定对称设置；第二螺旋桨42的数量与第二驱动电机41相对应，一个第二螺旋桨42由一个第二驱动电机41驱动，两个第二螺旋桨42的旋转轴线重合；同样，两个第二螺旋桨42的旋转方向相反。

第二连接杆43可以与第一连接杆33结构类似，一端固定连接至两个第二驱动电机41之间的位置处，具体地，一个第二驱动电机41的底部（参照图1和图2所示的视图方向）与第二连接杆43一端顶部固定连接，另一个第二驱动电机41的顶部再与第二连接杆43一端底部固定连接；第二连接杆43的另一端（远离后旋翼4的一端）固定连接至机身10的尾部。当然，第二连接杆43与后旋翼4之间除了上述形式以外，还可以根据需要选择其他适合的连接方式，此处不再赘述。

在本发明中，前后旋翼具体数量可以根据需要进行适合的选择，例如前旋翼2可以选择为两个、四个、六个等，且两两对称设置；同样，后旋翼4可以选择为1个或者多个，且多个后旋翼4可以在同一直线上布置。在本发明的一个优选实施例中，特别如图1和图2所示，前旋翼2的数量为两个，后旋翼4的数量为一个；采用双前发倾转动力能够使得飞机结构更简单，飞机重量更轻，另外，还能够实现高速，低耗电量的平飞，从而达到远超过旋翼机航时航程。

本发明的垂直起降固定翼飞机还包括空速计5和处理装置；空速计5可以选择已知的多种适合的空速计，设置在飞机本体1上，优选固定设置在机身10的前端，用于实时监测飞机的飞行速度。

处理装置可以根据需要设置为多种适合的数量处理装置，例如微型计算机、单片机等；处理装置设置在飞机本体1内部，与空速计5、倾转机构3中的舵机32以及前旋翼2和后旋翼4中的驱动电机通过导线连接，或者采用无线信号传输方式进行连接。处理装置用于根据空速计5传递的飞行速度信息控制倾转机构3，比如当飞行速度达到一设定值时，则控制倾转机构3倾转，从而使得前旋翼2在升降状态和平飞状态之间进行转换。另外，处理装置还用于在前旋翼2处于升降状态时控制后旋翼4工作，使得控制飞机垂直升降起飞；处理装置还用于在前旋翼2处于平飞状态时控制后旋翼4停止，从而控制飞机平飞。

在本发明中，机翼11下方设置有脚架6，脚架6底端为圆弧形结构，当飞机垂直下降时，脚架6首先接触地面，脚架6底部为圆弧形结构，根据地面的凹凸状况，脚架6使得缓冲弹簧7进行一定的弯曲，使得脚架6稳定的接触地面。在本实施例中，脚架6共设有四处，且四处脚架6均分别通过一根弹簧与机翼11相连接，且两两对称设置在机翼11两侧，通过一根缓冲弹簧7相连接，保证脚架6在接触地面时，缓冲弹簧7受到冲力进行一定的弯曲，减轻飞机下降所产生的颠簸，当飞机停稳后，根据一根缓冲弹簧7的恢复能力，使得缓冲弹簧7缓慢的进行恢复还原，保证缓冲弹簧7在恢复还原时也不会产生较大的波动。

本发明的垂直起降固定翼飞机能够在前旋翼2处于升降状态且后旋翼4工作时实现飞机的快速垂直升降，大大降低了起飞场地要求，升力要求较小且不需要其他辅助设备（例如弹射装置），进一步减轻飞机重量，从而减少了飞机与机载设备降落过程中所受冲击，也增加了飞机使用的安全性；另外，在前旋翼2处于平飞状态且后旋翼4停止工作时，实现飞机平飞，推重比要求低，能源消耗少；另外，在前旋翼处于平飞状态且后旋翼停止工作时，实现飞机平飞，推重比要求低，能源消耗少，当该固定翼飞机垂直下降时，脚架6首先接触地面，根据地面的凹凸状况，缓冲弹簧7进行一定的弯曲，使得脚架6稳定的接触地面，当该固定翼飞机停稳时，缓冲弹簧7缓慢的进行恢复，保证该固定翼飞机的平稳程度，也使得固定翼飞机下降时不会产生大量的颠簸。

需要说明的是，本发明术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种垂直起降固定翼飞机，包括飞机本体（1），其特征在于，还包括：至少两个前旋翼（2），每个所述前旋翼（2）通过一个旋转机构（3）固定在所述飞机本体（1）的前端，且沿所述飞机本体（1）的中心轴线对称设置；

至少一个后旋翼（4），所述后旋翼（4）固定设置在所述飞机本体（1）的尾部，且位于所述飞机本体（1）的中心轴线上，所述后旋翼（4）的旋转轴线垂直于所述飞机本体（1）的飞行方向；

空速计（5），所述空速计（5）设置在所述飞机本体（1）上，用于实时监测所述飞机本体（1）的飞行速度；

处理装置，所述处理装置设置在所述飞机本体（1）内部，且所述处理装置通过导线分别与所述空速计（5）、所述后旋翼（4）、所述旋转机构（3）和所述前旋翼（2）连接；

多个脚架（6），多个所述脚架（6）对称设置在所述飞机本体（1）的下方，且所述脚架（6）与所述飞机本体（1）之间通过缓冲弹簧（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述飞机本体（1）包括机身（10）和位于所述机身（10）两侧的机翼（11），所述脚架（6）位于所述机翼（11）的下方。

3.根据权利要求2所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，在所述机翼（11）后缘上设置有副翼（12），在所述机翼（11）的端部固定设置有垂直端板（13）。

4.根据权利要求3所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述倾转机构（3）包括：倾转支架（31）、舵机（32）和第一连接杆（33），所述舵机（32）固定设置在所述倾转支架（31）的轴向中点位置处，所述第一连接杆（33）一端与所述舵机（32）连接，另一端与所述机身（10）的前端固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述前旋翼（2）包括：两个第一驱动电机（21）和两个第一螺旋桨（22），两个所述第一驱动电机（21）对称固定在所述倾转支架（31）的轴向两端；两个所述第一螺旋桨（22）分别由所述第一驱动电机（21）驱动，两个所述第一螺旋桨（22）的旋转轴线重合，且与所述第一连接杆（33）的轴线垂直，两个所述第一螺旋桨（22）的旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述后旋翼（4）包括：固定对称设置的两个第二驱动电机（41）、两个第二螺旋桨（42）和第二连接杆（43），两个所述第二螺旋桨（42）分别由所述第二驱动电机（41）驱动，两个所述第二螺旋桨（42）的旋转轴线重合，且两个所述第二螺旋桨（42）的旋转方向相反；所述第二连接杆（43）一端固定连接至两个所述第二驱动电机（41）之间的位置处，另一端固定连接至所述机身（10）的尾部。

7.根据权利要求1所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述前旋翼（2）的数量为两个，所述后旋翼（4）的数量为一个，所述脚架（6）的数量为四个。

8.根据权利要求1所述的一种垂直起降固定翼飞机，其特征在于，所述空速计（5）固定设置在所述飞机本体（1）的前端。