CN109353500A - 一种加装水翼的多栖飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加装水翼的多栖飞行器，属于倾转飞行器、水翼和涵道螺旋桨领域，通过在机身下端腹部安装有水翼装置，机身上端尾部安装有尾部涵道螺旋桨；所述的尾部涵道螺旋桨两侧安装有一组V形尾翼；在左右机翼的端部上端分别安装有左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨；机翼的下端对称安装有浮筒；本发明使用涵道螺旋桨替代螺旋桨能够提高飞行器的性能，左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨、尾部涵道螺旋桨可倾转，可实现水面、地面垂直起降，同时采用水翼装置使得飞行器具有快速灵活的水面运动能力，本发明飞行器兼具倾转飞行器、水翼艇的特性。

Description

一种加装水翼的多栖飞行器

技术领域

本发明涉及倾转飞行器、水翼和涵道螺旋桨领域，尤其涉及一种多栖飞行器，具体是指一种加装水翼的多栖飞行器。

背景技术

多栖飞行器是一种能够同时在水上及空中运行的飞行器，并且能够实现水面起降。目前，传统多栖飞行器普遍使用螺旋桨作为推进装置，但螺旋桨的效率低并且容易受到外界干扰，在水面起飞时阻力较大，因此起飞时的速度慢；同时由于螺旋桨的效率低，传统的多栖飞行器不能实现快速灵活变化运动。此外，传统的多栖飞行器采用的螺旋桨会产生桨尖的涡流与回流现象，造成气动效率低下。并且，传统的多栖飞行器多不具备在水面垂直起降能力，因此适用的范围窄。

综上，传统多栖飞行器具有以下缺陷：1)虽然能够在水面起飞但不能实现水面长时间滑行；2)水面起飞时所受阻力大，起飞滑跑距离远；3)不具备垂直起降能力。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种加装水翼的多栖飞行器，本发明使用涵道螺旋桨替代螺旋桨能够提高飞行器的性能，同时采用水翼装置使得飞行器具有快速灵活的水面运动能力；本发明飞行器兼具倾转飞行器、水翼艇的特性，解决了现有技术中的缺陷。

本发明是这样实现的：

本发明公开的一种加装水翼的多栖飞行器，包括机身，机身左右两侧的机翼，机身下端腹部安装有水翼装置，所述的水翼装置包括一组前水翼以及一组后水翼，所述的前水翼安装于机身腹部的前部，所述的后水翼安装于机身腹部的尾部。当加装水翼的多栖飞行器在水面滑行时，主要由水翼装置割划水面产生升力使机身脱离水面，减少其与水面的接触面积，从而降低阻力，实现水面快速滑行。

机身上端尾部安装有尾部涵道螺旋桨；所述的尾部涵道螺旋桨两侧安装有一组V形尾翼，机翼提供载运器空中飞行时的升力。V型尾翼安装在机尾，可提高载运器运动的横纵向稳定性。一组V形尾翼后缘处分别安装有左侧方向舵、右侧方向舵；所述的左右机翼的端部上端分别安装有左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨；所述的左右机翼的下端对称安装有浮筒。浮筒安装在机翼根部下方，左右对称分布，浮筒可提高飞行器水面漂浮状态时的稳定性。

本发明中的左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨、尾部涵道螺旋桨可倾转，可实现水面、地面垂直起降；此外，升力和推力系统主要由左涵道螺旋桨，右涵道螺旋桨和尾部涵道螺旋桨组成。

进一步，所述的前水翼以及后水翼均使用SIMPLE6翼型，有利于前水翼和后水翼在水面工作时产生更小的波浪。

进一步，所述的机身尾部左右两侧还安装有水平尾翼。

进一步，所述的左右机翼的后缘处对称安装有左副翼以及右副翼。

进一步，在尾部涵道螺旋桨的前端还依次安装有后机舱盖、前机舱盖。

进一步，所述的后机舱盖、前机舱盖采用耐高压玻璃。

进一步，所述的左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨通过分别通过第一转轴与两侧的机翼相连，同时，左涵道螺旋桨、右涵道螺旋桨绕着第一转轴中轴线旋转。

进一步，所述的尾部涵道螺旋桨通过第二转轴与机身相连，同时，尾部涵道螺旋桨绕着第二转轴中轴线旋转。

本发明与现有技术的有益效果在于：

1)本发明使用涵道螺旋桨替代螺旋桨能够提高飞行器的性能，且该涵道螺旋桨为倾转涵道螺旋桨，其优点在于涵道对螺旋桨的桨尖起到了较好的保护作用，抑制了桨尖的涡流与回流现象；流线经过涵道唇口，吸入涵道，被吸入的空气均经过桨盘，增大了桨盘面积，提高了气动效率；同时，涵道外侧压力大于内侧压力，会产生一定的力，且该力矢量向风扇中心倾斜，水平分量由于对称分布而相互抵消，其垂直分量即为附加的涵道升力；

2)本发明的多栖飞行器加装水翼装置，降低水面起飞时的水动阻力；水翼产生升力的原理与机翼一致，但水的密度约为空气的800倍，因此较小的水翼浸水面积就能产生较大水动升力；多栖飞行器在水面滑行时，可以像水翼艇一样凭借水翼产生的升力将机身抬离水面而不与水面接触，从而降低了整机的浸水面积减少了阻力，降低了发动机的需用功率，因此可选用重量更轻的发动机，提高了整机的性能；

3)本发明采用水翼使得飞行器具有快速灵活的水面运动能力，倾转涵道螺旋桨的使用使飞行器能够垂直运动并能灵活变化运动方式，本发明飞行器兼具倾转飞行器、水翼艇的特性；

4)在军用方面，飞行器可装载在两栖攻击舰中；执行任务时，可在高空高速巡航，进行远距离侦察，发现敌方后可迅速下降到水面，凭借其优良的隐身性能和快速潜行性能接近目标，到达一定距离后利用其携带的武器对敌方进行攻击行动；飞行器具有水翼船和倾转四旋翼的快速机动性，能够出其不意地攻击目标，又可迅速逃离战场；

5)在民用方面，飞行器利用其悬停特性和优良的水面活动能力，能够长时间执行环境监测任务，而不需返回地面。飞行器能够在水面上执行搜救任务，与传统直升机搜救相比，能够直接停在水面上而不需要救援人员通过吊绳实施救援，进而提高了救援速度并降低了救援风险。飞行器还可广泛应用于旅游产业，如水面观光、飞行体验等。

附图说明

图1是本发明一种加装水翼的多栖飞行器垂直飞行状态图；

图2是本发明一种加装水翼的多栖飞行器前飞状态图；

图3是本发明一种加装水翼的多栖飞行器前视图；

图4是本发明一种加装水翼的多栖飞行器左视图；

图5是本发明一种加装水翼的多栖飞行器俯视图；

图6是本发明一种加装水翼的多栖飞行器的左涵道螺旋桨与机翼连接图；

图7是本发明一种加装水翼的多栖飞行器尾部涵道螺旋桨与机翼连接图；

图中，1-前水翼，2-浮筒，3-机翼，4-右涵道螺旋桨，5-右副翼，6-水平尾翼，7-右侧方向舵，8-V形尾翼，9-左侧方向舵，10-后机舱盖，11-前机舱盖，12-左副翼，13-左涵道螺旋桨，14-后水翼，15-尾部涵道螺旋桨,16-机身，17-第一转轴，18-第二转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的加装水翼的多栖飞行器，包括机身16，机身16左右两侧的机翼3，左右机翼3的后缘处对称安装有左副翼12以及右副翼5。

机身16下端腹部安装有水翼装置，所述的水翼装置包括一组前水翼1以及一组后水翼14，所述的前水翼1安装于机身16腹部的前部，所述的后水翼14安装于机身16腹部的尾部。前水翼1和后水翼14均使用SIMPLE6翼型，有利于前水翼2和后水翼10在水面工作时产生更小的波浪。水翼装置割划水面产生水动升力，将机身16抬离水面，从而减小飞行器水面运动时的阻力。

机身16上端从头部至尾部依次安装有前机舱盖11、后机舱盖10、尾部涵道螺旋桨15；后机舱盖10、前机舱盖11采用耐高压玻璃。尾部涵道螺旋桨15两侧安装有一组V形尾翼8，V型尾翼8安装在机尾，可提高载运器运动的横纵向稳定性；所述的一组V形尾翼8后缘处分别安装有左侧方向舵9、右侧方向舵7。所述的左右机翼3的端部上端分别安装有左涵道螺旋桨13、右涵道螺旋桨4。飞行器垂直飞行时，左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15处于水平状态，螺旋桨高速旋转产生升力。飞行器转入前进状态时，左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15偏转角度，在产生升力的同时提供向前的推力。

左右机翼3的下端对称安装有浮筒2，浮筒2可提高飞行器水面漂浮状态时的稳定性。机身16尾部左右两侧还安装有水平尾翼6。

升力和推力系统主要由左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15组成。如图6～7所示，左涵道螺旋桨13、右涵道螺旋桨4通过分别通过第一转轴17与两侧的机翼3相连。同时，左涵道螺旋桨13、右涵道螺旋桨4绕着第一转轴17中轴线旋转。尾部涵道螺旋桨15通过第二转轴18与机身16相连，同时，尾部涵道螺旋桨15绕着第二转轴18中轴线旋转。

如图1所示，图1为飞行器垂直飞行状态图，飞行器垂直飞行时，其主要特征是左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15呈水平状态，螺旋桨高速旋转产生升力。飞行器转入前进状态时，左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15偏转角度，在产生升力的同时提供向前的推力。

图2为飞行器前飞状态图，其主要特征是左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15与水平面呈垂直状态，均产生向前的推力。

图3为飞行器前视图，飞行器V型尾翼8距机身16底部距离为0.982m，翼展4.96m，机翼3左右端各对称安装一个浮筒2，浮筒2位于机翼3根部。

图4为飞行器左视图，飞行器机身16高0.71m，机身16腹部安装有前水翼1和后水翼14，前水翼1安装在机身16前部，后水翼14安装在机身16尾部。

图5为飞行器俯视图，飞行器机身16宽0.845m，长5.28m，机翼3两端开孔，孔内部安装左涵道螺旋桨13和右涵道螺旋桨4，尾部涵道螺旋桨15安装在机身16尾部弧形槽中。

图6是左涵道螺旋桨与机翼连接图，左涵道螺旋桨13通过第一转轴17与机翼3相连，同时，左涵道螺旋桨13可以绕着第一转轴17中轴线旋转。

图7是尾部涵道螺旋桨与机翼连接图，尾部涵道螺旋桨15通过第二转轴18与机身16相连，同时，尾部涵道螺旋桨15可以绕着第二转轴18中轴线旋转。

本发明的加装水翼的多栖飞行器的工作方法具体如下：

水面滑行时，前水翼1和后水翼14割划水面产生水动升力，将机身16抬离水面，从而减小飞行器水面运动时的阻力，实现快速滑行。飞行器水面航行时，左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4和尾部涵道螺旋桨15均倾转至与水平面垂直角度，飞行器进行航向操纵时，控制左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4的转速不同，同时控制左侧方向舵9和右侧方向舵7的偏转实现偏航运动，向左偏航时，左涵道螺旋桨13比右涵道螺旋桨4的转速大，左侧方向舵9和右侧方向舵7向左偏转；向右偏航时，左涵道螺旋桨13比右涵道螺旋桨4的转速小，左侧方向舵9和右侧方向舵7向右偏转。

俯仰操纵时，控制尾部螺旋桨15转速，增大尾部螺旋桨15转速实现飞行器低头运动，减小尾部螺旋桨15转速实现飞行器抬头运动。滚转操纵时，控制控制左涵道螺旋桨13，右涵道螺旋桨4的转速不同，左涵道螺旋桨13比右涵道螺旋桨4的转速大时顺时针滚转，左涵道螺旋桨13比右涵道螺旋桨4的转速小时逆时针滚转。飞行器空中飞行时偏航、俯仰及滚转运动与水面滑行时工作原理一致。此时，前水翼1和后水翼14也能产生一定的附加升力。

通过仿真计算对本发明加装水翼的多栖飞行器的性能进行测试，得出如下表一的性能参数；

表一加装水翼的多栖飞行器主要参数

长×宽×高	5.28×0.845×0.71m
		翼展	4.96m
空重	1.5吨
		最大起飞重量	2.5吨
最大水面滑行速度	85km/h
		水面滑跑起飞距离	320m
悬停升限	1000m
		最大平飞速度	420km/h
飞行航程	1000km
		飞行航时	3h

从上表可以看出加装水翼的多栖飞行器相比传统的水上飞机水面起降距离更短，水翼的加装能够有效地缩短起降距离。同时其能够空中悬停，悬停升限达到1000m，飞行方式灵活。与同级别水上飞机相比，其最大平飞速度达420km/h更具优势，并且具有更长的航程与航时。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种加装水翼的多栖飞行器，包括机身（16），机身（16）左右两侧的机翼（3），其特征在于，所述的机身（16）下端腹部安装有水翼装置，所述的水翼装置包括一组前水翼（1）以及一组后水翼（14），所述的前水翼（1）安装于机身（16）腹部的前部，所述的后水翼（14）安装于机身（16）腹部的尾部；

所述的机身（16）上端尾部安装有尾部涵道螺旋桨（15）；所述的尾部涵道螺旋桨（15）两侧安装有一组V形尾翼（8）；所述的一组V形尾翼（8）后缘处分别安装有左侧方向舵（9）、右侧方向舵（7）；

所述的左右机翼（3）的端部上端分别安装有左涵道螺旋桨（13）、右涵道螺旋桨（4）；

所述的左右机翼（3）的下端对称安装有浮筒（2）。

2.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的前水翼（1）以及后水翼（14）均使用SIMPLE6翼型。

3.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的机身（16）尾部左右两侧还安装有水平尾翼（6）。

4.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的左右机翼（3）的后缘处对称安装有左副翼（12）以及右副翼（5）。

5.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，在尾部涵道螺旋桨（15）的前端还依次安装有后机舱盖（10）、前机舱盖（11）。

6.根据权利要求5所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的后机舱盖（10）、前机舱盖（11）采用耐高压玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的左涵道螺旋桨（13）、右涵道螺旋桨（4）通过分别通过第一转轴（17）与两侧的机翼（3）相连，同时，左涵道螺旋桨（13）、右涵道螺旋桨（4）绕着第一转轴（17）中轴线旋转。

8.根据权利要求1所述的一种加装水翼的多栖飞行器，其特征在于，所述的尾部涵道螺旋桨（15）通过第二转轴（18）与机身（16）相连，同时，尾部涵道螺旋桨（15）绕着第二转轴（18）中轴线旋转。