CN109263951A - 一种新型垂直升降的飞机 - Google Patents

Abstract

一种新型垂直升降的飞机，属于飞行器技术领域，包括机翼、飞控装置、尾翼、旋翼装置、转臂机构、牵引装置、控制器。在机翼上设有驾驶舱；在驾驶舱内设有控制器；旋翼装置上的电机采用分布式排列方式布局；位于机翼前缘和支撑台位置的电机分别通过两个转臂机构连接在机翼的前缘和支撑台上；位于机翼翼尖部位的电机通过连杆结构固定在机翼翼尖外侧；牵引装置的分别连接在两个转臂机构上；当摆动两个转臂机构均使电机上的螺旋桨处在水平位置时，牵引装置处于最长状态；机身上还设有锁死机构，该锁死机构能够将牵引装置锁死在机身上，防止牵引装置被往前或往后拉扯。本发明能够进行垂直升降，航行时间长，飞行过程平稳，安全系数高。

Description

一种新型垂直升降的飞机

技术领域

一种新型垂直升降的飞机，属于飞行器技术领域，尤其涉及一种飞机。

背景技术

固定翼飞机虽然飞行速度快且航行时间长，但其不能够进行定点悬停；多旋翼飞行器虽然能够在空中进行悬停，但其航行时间短，飞行速度慢。虽然目前也有一些通过多旋翼飞行器和固定翼飞机结合起来的飞机，但它们都有一定的缺陷，在使用固定翼模式飞行时必须停掉多旋翼部分的动力，而这一部分就成为了飞机负担，无形中增加了飞机的负担。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新型垂直升降的飞机，其能够进行垂直升降，空中悬停，长时间、长距离巡航。

一种新型垂直升降的飞机，包括机翼、飞控装置、旋翼装置、转臂机构、牵引装置、控制器。

机翼采用展弦比小的机翼，在机翼上设有驾驶舱；在驾驶舱内设有控制器；旋翼装置上的电机采用分布式排列方式布局在机翼前缘、支撑台及翼尖位置；位于机翼前缘和支撑台位置的电机分别通过两个转臂机构连接在机翼的前缘和支撑台上，机翼的前缘设有支撑架，位于机翼前缘转臂机构通过轴承结构与支撑架相连，位于支撑台的转臂机构通过轴承结构连接在支撑台上；通过摆动转臂机构带动电机进行转动，从而改变电机的角度，进而改变电机带动螺旋桨转动时所产生升力的方向；位于机翼翼尖部位的电机通过连杆结构固定在机翼翼尖外侧；牵引装置的两端分别连接在两个转臂机构上；当摆动两个转臂机构均使电机上的螺旋桨处在水平位置时，牵引装置处于最长状态；机身上还设有锁死机构，该锁死机构能够将牵引装置锁死在机身上，防止牵引装置被往前或往后拉扯。

在未启动旋翼装置时，位于机翼前缘的转臂机构处于自然垂放状态，同时位于支撑台的转臂机构也处于自然垂放在机身上。

在启动旋翼装置时，在机翼前缘和支撑台部位的电机带动螺旋桨高速转动下，由于转臂机构通过轴承结构连接在支撑架上的，此时电机所产生的作用力会以轴承位置为圆心带动转臂机构进行顺时针转动；由于牵引装置的牵引，位于机翼前缘的转臂机构最多转动到将电机的转轴竖直朝上，即电机上的螺旋桨处于水平状态，此时电机上的螺旋桨与轴承所在位置等高；位于机翼后缘部位的转臂机构最多能转动到使得电机的转轴前倾斜朝上，电机上的螺旋桨指向机翼后缘位置。

在旋翼装置启动后，牵引装置两端连接着两个转臂机构，两个转臂机构受到的作用力相反，使得在两个转臂机构往不同方向转动后牵引装置被绷紧，此时通过拉扯牵引装置前后移动能够改变两个转臂机构的转动范围，改变两个转臂机构之间的力平衡，以此来改变旋翼装置为飞机提供动力的方向。

当将牵引装置往前拉扯时，位于机翼前缘的转臂机构转动到最大位置且该转臂机构上的电机的螺旋桨处于竖直状态，位于支撑台部位的转臂机构上的电机的螺旋桨处在前倾斜朝上状态，锁死牵引装置，牵引装置无法被向前及向后拉扯，此时位于机身前端的电机为飞机提供前进的拉力，位于支撑台位置的电机为飞机提供倾斜向上的升力，该升力能够分解为前进的拉力和竖直向上的升力，位于机翼翼尖部位的电机始终为飞机提供垂直向上的升力，此状态下飞机以类似固定翼飞机的模式进行飞行。

当将牵引装置往后拉扯时，位于机翼前缘喝支撑台的转臂机构将会顺时针转动，将机翼前缘下方的转臂机构上的电机改变为水平状态；锁死牵引装置，位于机翼翼尖部位的电机始终为飞机提供垂直向上的升力，此状态下整个旋翼装置为飞机提供垂直向上的升力，此时飞机采用以类似多旋翼飞行器的飞行方式进行飞行，飞机可以通过旋翼装置的这种模式下进行垂直升降。

在位于机翼前缘的电机为飞机提供前进的拉力及位于机翼后缘位置的电机为飞机提供倾斜向上的升力的综合作用下，通过受力分析可得知，飞机在机翼及位于机翼后缘位置的电机上获得的垂直向上的升力，这两个力一前一后，它们的合力在两个升力之间，即飞机的整体升力点在机翼上升力点的后方。

位于支撑台位置的电机在为飞机提供倾斜向上的升力的同时还能加快流经机翼上翼面的气流速度，而且电机上的螺旋桨尖端靠近机翼的后缘，螺旋桨所产生的气流还能将流经机翼后缘的气流带往机翼后缘下端，形成下洗气流，提高机翼获得的升力效率。同时位于机翼翼尖部位的电机还能将流经翼尖位置的气流下压，避免的翼尖涡流的产生，同样提高了机翼获得的升力效率。

飞控装置置于飞机的重心位置，飞控装置与旋翼装置上的电机通过电信号相连接，飞控装置与控制器通过信号线相连接，通过控制器能够控制旋翼装置上的电机启停及调速。

机翼采用展弦比小的机翼，整体上飞机机翼翼展小，弦长大，使得飞机机翼短的同时还能拥有较大的机翼面积。

在转臂机构带动电机转动过程中，电机上的螺旋桨始终指向转臂机构的转动支点，螺旋桨的旋转平面与转臂机构的转动支点在同一个平面上，这样使得在转臂机构转动时能减少电机转动螺旋桨所带来的扭矩，只需要较小的力便能转动转臂机构。

优选地，旋翼装置上的电机分成第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组，第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组均各自单独连接一个飞控装置；第一四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，第一四旋翼组有4个电机且对称布置在两个转臂机构的四端，第一四旋翼组与第一四旋翼飞控装置通过电信号相连；第二四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力且调整飞机的飞行姿态，第二四旋翼组有4个电机且对称布置在翼尖部位的四个端角位置，第二四旋翼组与第二四旋翼飞控装置通过电信号相连；

六旋翼组有12个电机，这12个电机分成6对，每一对上的2个电机转向相反且相邻布置，这6对电机以类似六轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，6对电机均匀布置在两个转臂机构的中间及翼尖位置；整体上看旋翼装置的电机共有20个，在机翼前缘有6个，机翼后缘位置有6个，在机翼两端的翼尖部位各设有4个；位于驾驶舱左侧上的电机与驾驶舱右侧上的电机的转向对应相反，相互抵消扭矩。

旋翼装置上的电机分成三组，而且每组电机均由单独的飞控装置进行控制，即使在某一组上的电机发生故障后飞机还能通过另一组提供的动力快速降落，这样能够提高飞机的安全性和可靠性。

转臂机构包括两条转动臂及电机座，电机座呈长条形，电机座用于安装电机，两条转动臂左右均匀布置连接在电机座上，两条转动臂为异形结构，两条转动臂的另一端均通过轴承结构活动连接在机翼的支撑架上；转动臂上设有用于连接牵引装置的小孔。

优选地，所述机翼的中部后端还能设有尾翼，尾翼通过连杆结构连接到机翼后端，通过控制尾翼来调整飞机的俯仰及偏航。

优选地，所述机翼还能设有副翼，飞机在以固定翼模式飞行时，飞机能够通过副翼来进行侧向滚转。

优选地，所述机身上设有雪橇式起落架，这样在飞机进行垂直降落时能起缓冲作用。

优选地，牵引装置采用两根钢丝绳分别牵引两个转臂机构，钢丝绳通过导轮在机翼内进行缠绕布置，在导轮上带有挡板，该挡板能够将避免钢丝绳从导轮的凹槽中脱出；在牵引装置上设有操作杆，操作杆的下端通过钢丝绳与机翼前缘的转臂机构相固定，操作杆的上段通过钢丝绳与支撑台的转臂机构相固定；操作杆的中间部位通过轴承结构活动连接在机身上，驾驶员通过前推或后拉操作杆的上端来使得钢丝绳被往后或往前拉扯。机身内的锁死机构能够将操作杆锁死，进而使得钢丝不能被往后或往前拉扯。

机翼内配有电池，电池为电机及飞控装置供电。

本发明的一种新型垂直升降的飞机，能够进行垂直升降，空中悬停，航行时间长，飞行过程平稳，拥有两种提供升力的方式，安全系数高，适用于物流运输、灾后救援及高空监测等工作。

附图说明

图1是本发明飞机固定翼模式飞行状态侧视示意图；图2是本发明飞机垂直升降状态侧视示意图；图3是本发明垂直升降状态轴侧示意图。

图中，1-机翼，2-飞控装置，3-旋翼装置，4-转臂机构，5-牵引装置，6-控制器，7-驾驶舱，9-支撑架，10-锁死机构，11-电机，12-螺旋桨，13-转动臂，14-电机座，15-起落架，16-操作杆，17-导轮，18-支撑台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作具体说明：一种新型垂直升降的飞机，包括机翼1、飞控装置2、旋翼装置3、转臂机构4、牵引装置5、控制器6。

机翼1采用展弦比小的机翼1，在机翼1上设有驾驶舱7；在驾驶舱7内设有控制器6；

旋翼装置3上的电机11采用分布式排列方式布局在机翼1前缘、支撑台18及翼尖位置；位于机翼1前缘和支撑台18位置的电机11分别通过两个转臂机构4连接在机翼1的前缘和支撑台18上，机翼1的前缘设有支撑架9，位于机翼1前缘转臂机构4通过轴承结构与支撑架9相连，位于支撑台18转臂机构4通过轴承结构连接在支撑台18上；通过摆动转臂机构4带动电机11进行转动，从而改变电机11的角度，进而改变电机11带动螺旋桨12转动时所产生升力的方向；位于机翼1翼尖部位的电机11通过连杆结构固定在机翼1翼尖外侧；牵引装置5的两端分别连接在两个转臂机构4上；当摆动两个转臂机构4均使电机11上的螺旋桨12处在水平位置时，牵引装置5处于最长状态；机身上还设有锁死机构10，该锁死机构10能够将牵引装置5锁死在机身上，防止牵引装置5被往前或往后拉扯。

在未启动旋翼装置3时，位于机翼1前缘的转臂机构4处于自然垂放状态，同时位于支撑台18下端的转臂机构4也处于自然垂放在机身上。

在启动旋翼装置3时，在机翼1前缘和支撑台18部位的电机11带动螺旋桨12高速转动下，由于转臂机构4通过轴承结构连接在支撑架9上的，此时电机11所产生的作用力会以轴承位置为圆心带动转臂机构4进行顺时针转动；由于牵引装置5的牵引，位于机翼1前缘的转臂机构4最多转动到将电机11的转轴竖直朝上，即电机11上的螺旋桨12处于水平状态，此时电机11上的螺旋桨12与轴承所在位置等高；由于牵引装置5的牵引作用下，位于支撑台18部位的转臂机构4最多能转动到使得电机11的转轴前倾斜朝上，电机11上的螺旋桨12指向机翼1后缘位置。

在旋翼装置3启动后，牵引装置5两端连接着两个转臂机构4，两个转臂机构4受到的作用力相反，使得在两个转臂机构4往不同方向转动后牵引装置5被绷紧，此时通过拉扯牵引装置5前后移动能够改变两个转臂机构4的转动范围，改变两个转臂机构4之间的力平衡，以此来改变旋翼装置3为飞机提供动力的方向。

当将牵引装置5往前拉扯时，位于机翼1前缘的转臂机构4转动到最大位置且该转臂机构4上的电机11的螺旋桨12处于垂直状态，位于支撑台18位置的转臂机构4上的电机11转动到支撑台18的上方并倾斜向上；锁死牵引装置5，此时位于机身前端的电机11为飞机提供前进的拉力，位于支撑台18位置的电机11为飞机提供倾斜向上的升力，该升力能够分解为前进的拉力和竖直向上的升力，位于机翼1翼尖部位的电机11始终为飞机提供垂直向上的升力，此状态下飞机以类似固定翼飞机的模式进行飞行。

当将牵引装置5往后拉扯时，位于机翼1前缘喝支撑台18的转臂机构4将会顺时针转动，将机翼1前缘下方的转臂机构4上的电机11改变为水平状态，位于机翼1翼尖部位的电机11始终为飞机提供垂直向上的升力，此状态下整个旋翼装置3为飞机提供垂直向上的升力，此时飞机采用以类似多旋翼飞行器的飞行方式进行飞行，飞机可以通过旋翼装置3的这种模式下进行垂直升降。

在位于机翼1前缘的电机11为飞机提供前进的拉力及位于支撑台18位置的电机11为飞机提供倾斜向上的升力的综合作用下，通过受力分析可得知，飞机在机翼1及位于支撑台18位置的电机11上获得的垂直向上的升力，这两个力一前一后，它们的合力在两个升力之间，即飞机的整体升力点在机翼1上升力点的后方。

位于支撑台18位置的电机11在为飞机提供倾斜向上的升力的同时还能加快流经机翼1上翼面的气流速度，而且电机11上的螺旋桨12尖端靠近机翼1的后缘，螺旋桨12所产生的气流还能将流经机翼后缘的气流带往机翼后缘下端，形成下洗气流，提高机翼1获得的升力效率。同时位于机翼1翼尖部位的电机11还能将流经翼尖位置的气流下压，避免的翼尖涡流的产生，同样提高了机翼1获得的升力效率。

飞控装置2置于飞机的重心位置，飞控装置2与旋翼装置3上的电机11通过电信号相连接，飞控装置2与控制器6通过信号线相连接，通过控制器6能够控制旋翼装置3上的电机11启停及调速。

机翼1采用展弦比小的机翼1，整体上飞机机翼1翼展小，弦长大，使得飞机机翼1短的同时还能拥有较大的机翼1面积。

在转臂机构4带动电机11转动过程中，电机11上的螺旋桨12始终指向转臂机构4的转动支点，螺旋桨12的旋转平面与转臂机构4的转动支点在同一个平面上，这样使得在转臂机构4转动时能减少电机11转动螺旋桨12所带来的扭矩，只需要较小的力便能转动转臂机构4。

旋翼装置3上的电机11分成第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组，第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组均各自单独连接一个飞控装置2；第一四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，第一四旋翼组有4个电机11且对称布置在两个转臂机构4的四端，第一四旋翼组与第一四旋翼飞控装置2通过电信号相连；第二四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力且调整飞机的飞行姿态，第二四旋翼组有4个电机11且对称布置在翼尖部位的四个端角位置，第二四旋翼组与第二四旋翼飞控装置2通过电信号相连；六旋翼组有12个电机11，这12个电机11分成6对，每一对上的2个电机11转向相反且相邻布置，这6对电机11以类似六轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，6对电机11均匀布置在两个转臂机构4的中间及翼尖位置；整体上看旋翼装置3的电机11共有20个，在机翼1前缘有6个，支撑台18位置有6个，在机翼1两端的翼尖部位各设有4个；

位于驾驶舱7左侧上的电机11与驾驶舱7右侧上的电机11的转向对应相反，相互抵消扭矩。

旋翼装置3上的电机11分成三组，而且每组电机11均由单独的飞控装置2进行控制，即使在某一组上的电机11发生故障后飞机还能通过另一组提供的动力快速降落，这样能够提高飞机的安全性和可靠性。

转臂机构4包括两条转动臂13及电机座14，电机座14呈长条形，电机座14用于安装电机11，两条转动臂13左右均匀布置连接在电机座14上，两条转动臂13为异形结构，两条转动臂13的另一端均通过轴承结构活动连接在机翼1的支撑架9上；转动臂13上设有用于连接牵引装置5的小孔。

所述机身上设有后三点式起落架15。

牵引装置5采用两根钢丝绳分别牵引两个转臂机构4，钢丝绳通过导轮17在机翼1内进行缠绕布置，在导轮17上带有挡板，该挡板能够将避免钢丝绳从导轮17的凹槽中脱出；在牵引装置5上设有操作杆16，操作杆16的下端通过钢丝绳与机翼1前缘的转臂机构4相固定，操作杆16的上段通过钢丝绳与支撑台18的转臂机构4相固定；操作杆16的中间部位通过轴承结构活动连接在机身上，驾驶员通过前推或后拉操作杆16的上端来使得钢丝绳被往后或往前拉扯。机身内的锁死机构10能够将操作杆16锁死，进而使得钢丝不能被往后或往前拉扯。

电池布置在驾驶舱7内的座椅后方，电池为电机11及飞控装置2供电。

Claims (7)

1.一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：包括机翼（1）、飞控装置（2）、旋翼装置（3）、转臂机构（4）、牵引装置（5）、控制器（6）；所述机翼（1）还能设有副翼；在机翼（1）上设有驾驶舱（7）；在驾驶舱（7）内设有控制器（6）；

旋翼装置（3）上的电机（11）采用分布式排列方式布局在机翼（1）前缘、支撑台（18）及翼尖位置；

位于机翼（1）前缘和支撑台（18）位置的电机（11）分别通过两个转臂机构（4）连接在机翼（1）的前缘和支撑台（18）上，机翼（1）的前缘设有支撑架（9），位于机翼（1）前缘转臂机构（4）通过轴承结构与支撑架（9）相连，位于支撑台（18）上的转臂机构（4）通过轴承结构连接在支撑台（18）上；

位于机翼（1）翼尖部位的电机（11）通过连杆结构固定在机翼（1）翼尖外侧；

牵引装置（5）由两根绳子组成；牵引装置（5）分别连接在两个转臂机构（4）上；机身上还设有锁死机构（10）；

飞控装置（2）置于飞机的重心位置，飞控装置（2）与旋翼装置（3）上的电机（11）通过电信号相连接，飞控装置（2）与控制器（6）通过信号线相连接；

机翼（1）内配有电池，电池为电机（11）及飞控装置（2）供电。

2.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：旋翼装置（3）上的电机（11）分成第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组，第一四旋翼组、第二四旋翼组和六旋翼组均各自单独连接一个飞控装置（2）；

第一四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，第一四旋翼组有4个电机（11）且对称布置在两个转臂机构（4）的四端，第一四旋翼组与第一四旋翼飞控装置（2）通过电信号相连；

第二四旋翼组以类似X型的四轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力且调整飞机的飞行姿态，第二四旋翼组有4个电机（11）且对称布置在翼尖部位的四个端角位置，第二四旋翼组与第二四旋翼飞控装置（2）通过电信号相连；

六旋翼组有12个电机（11），这12个电机（11）分成6对，每一对上的2个电机（11）转向相反且相邻布置，这6对电机（11）以类似六轴旋翼飞行器的飞行模式提供升力，6对电机（11）均匀布置在两个转臂机构（4）的中间及翼尖位置；

整体上看旋翼装置（3）的电机（11）共有20个，在机翼（1）前缘有6个，机翼（1）后缘位置有6个，在机翼（1）两端的翼尖部位各设有4个；

位于驾驶舱（7）左侧上的电机（11）与驾驶舱（7）右侧上的电机（11）的转向对应相反，相互抵消扭矩。

3.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：转臂机构（4）包括两条转动臂（13）及电机座（14），电机座（14）呈长条形，电机座（14）用于安装电机（11），两条转动臂（13）左右均匀布置连接在电机座（14）上，两条转动臂（13）为异形结构，两条转动臂（13）的另一端均通过轴承结构活动连接在机翼（1）的支撑架（9）上；转动臂（13）上设有用于连接牵引装置（5）的小孔。

4.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：牵引装置（5）采用两根钢丝绳分别牵引两个转臂机构（4），钢丝绳通过导轮（17）在机翼（1）内进行缠绕布置，在导轮（17）上带有挡板，该挡板能够将避免钢丝绳从导轮（17）的凹槽中脱出；在牵引装置（5）上设有操作杆（16），操作杆（16）的下端通过钢丝绳与机翼（1）前缘的转臂机构（4）相固定，操作杆（16）的上段通过钢丝绳与支撑台（18）的转臂机构（4）相固定；操作杆（16）的中间部位通过轴承结构活动连接在机身上，驾驶员通过前推或后拉操作杆（16）的上端来使得钢丝绳被往后或往前拉扯；机身内的锁死机构（10）能够将操作杆（16）锁死，进而使得钢丝不能被往后或往前拉扯。

5.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：机翼（1）采用展弦比小的机翼（1），整体上飞机机翼（1）翼展小，弦长大，使得飞机机翼（1）短的同时还能拥有较大的机翼（1）面积。

6.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：机身下方设有后三点式起落架（15）。

7.根据权利要求1所述的一种新型垂直升降的飞机，其特征在于：所述机翼（1）的中部后端还能设有尾翼，尾翼通过连杆结构连接到机翼（1）后端，通过控制尾翼来调整飞机的俯仰及偏航。