CN109823528B - 一种用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，属于航空技术领域。将大面积板状机翼横向分割为若干段活动条状板翼和固定条状板翼，固定条状板翼与机身刚性连接，无运动部件，活动条状板翼与机身通过横向铰链连接，可纵向倾转；活动条状板翼的下部与驱动装置固定连接，像百叶窗一样倾转，转为水平时组成大面积板状机翼，各段驱动装置前后串联，从机翼下部沿弦向吹送高速气流实现水平飞行，转为垂直时条状进气孔打开，各段驱动装置前后并联，从机翼上方吸气往机翼下方排气，实现垂直起降；本发明兼顾水平飞行和垂直起降的不同要求，提高垂直起降能力和飞行效率，实现飞行模式平稳转换，工作稳定，安全可靠，简便易行。

Description

一种用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航 空器

技术领域

本发明涉及一种垂直起降航空器，尤其是一种在板状机翼下方安装驱动机构并把机翼分为多段，分段同步倾转以打开进气通道实现垂直起降并兼顾水平飞行效率的航空器，属于航空技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就现有技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

目前，垂直起降航空器还存在一些无法克服的固有缺陷。一是效率低，现在使用的垂直起降航空器推重比均小于1，飞行效率低下，与固定翼航空器普遍大于5的推重比相比差距十分明显；二是受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，旋转翼航空器的理论速度不能超过420公里/小时，飞行速度有极限；三是旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损，可靠性低；四是两侧旋翼升力不均匀会导致旋转翼航空器发生横滚倾覆，横滚稳定性差；五是直升机的旋翼既提供了飞行的机动性，同时也造成了飞行操控的复杂性，操控复杂，使得操控负荷远远大于固定翼飞机，加大了人为失误的概率；六是旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，航空器尺寸受限，无法做大；七是直升机飞行机理内在的协调性差，充满了先天性的矛盾，飞行机理失调；八是很多新型复合式垂直起降航空器尝试采用固定翼，但是面临小面积固定翼效果有限而大面积固定翼会对垂直起降时的下洗气流造成遮挡的矛盾。

总之，垂直起降航空器的上述缺陷来源于机翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾。将板翼分为多段以便打开进气通道增强垂直起降的升力并兼顾水平飞行的方法，能够很好兼容垂直起降和水平飞行两种飞行模式，是垂直起降航空器新的发展方向，可以使航空器运行更加高效、飞行更加安全、结构更加合理、性能更加稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有垂直起降航空器飞行效率低下、推重比普遍小于1、操控复杂、安全性差、水平飞行模式和垂直起降模式转换不够平顺自然，以及现有航空器机翼阻力过大、垂直升力不足和弦向吹气气流发散等问题，提出一种将板翼分为多段以便打开进气通道增强垂直起降的升力并兼顾水平飞行的航空器，在活动条状板翼旋转打开进气通道增大升力实现垂直起降以后，又可以将活动条状板翼旋转关闭，与固定条状板翼合拢为一个整体的板状机翼，从而减小阻力实现高速飞行，使航空器更加安全、高效、紧凑、稳定、合理。为解决上述技术问题，本发明提供一种将大面积板状机翼分为多段以便打开进气通道增强垂直起降的升力并兼顾水平飞行的航空器，包括机身、机翼、起落机构、驱动机构和操作机构，采用大面积板状机翼和高宽比大于等于4的片状机身，将大面积板状机翼沿横向分为若干段条状板翼，条状板翼分为活动条状板翼和固定条状板翼两类，像斑马线一样交替设置，每一段活动条状板翼下方并排设置若干驱动装置（比如螺旋桨或喷气发动机），固定条状板翼位于前后两个活动条状板翼之间，与机身刚性连接，无运动部件，活动条状板翼位于固定条状板翼的前后两端，与机身通过横向铰链连接，可沿纵向倾转，活动条状板翼的下部与驱动装置固定连接，因此驱动装置与活动条状板翼可以共同转动，倾转角度可达95°以上；每段活动条状板翼连同其下方的驱动装置间设有同步机构保证所有分段之间的同步旋转；活动条状板翼既可以与固定条状板翼组合为整体板状的机翼适应水平飞行，活动条状板翼又可以像百叶窗一样沿横向打开，形成条状进气孔实现垂直起降,并能够在悬停状态下向后飞行。水平飞行时，每段活动条状板翼连同其下部的驱动装置均处于水平位置，各段条状板翼拼拢为一个板状整体，各段驱动装置前后串联，从机翼下部沿弦向吹送高速气流推动板翼机向前飞行；垂直起降时每段活动条状板翼连同其下部的驱动装置板翼均旋转至垂直位置，机翼露出条状进气孔，各段驱动装置前后并联，从机翼的上方吸气往机翼的下方排气，形成压差升力实现垂直起降。

所述活动条状板翼和固定条状板翼的数量和密度可以根据需要灵活选择；分段底驱式航空器必须在大面积板状机翼的最前端有一个设有纵向转动的水平副翼的前部活动条状板翼控制航空器的上下俯仰，在大面积板状机翼的最后端有一个设有横向转动的格栅垂直尾翼的后部活动条状板翼控制航空器的左右偏航，在这两个活动条状板翼之间则可以根据需要设置若干中部活动条状板翼和固定条状板翼；固定条状板翼的数目可以在0至n之间灵活设置；当固定条状板翼的数目大于1且为n时，中部活动条状板翼的数目应等于n-1；

所述活动条状板翼的下方并排设置若干驱动装置（比如螺旋桨或喷气发动机），每段驱动装置左右对称呈偶数设置，每段驱动装置的数量可以是2、4、6、8或者更多，每段驱动装置与其正上方的活动条状板翼相固定，可像百叶窗一样沿横向的转轴纵向旋转。

所述驱动装置在水平飞行模式下，各段活动条状板翼下方的驱动装置之间为串联关系，共同驱动气流向板翼后方流动，同段驱动装置之间密集排列；在垂直起降模式下，各段活动条状板翼下方的驱动装置之间为并联关系，各自驱动气流向板状机翼下方流动，前后两段驱动装置之间的距离（或者说是两个相邻活动条状板翼之间的距离）应大于等于驱动装置进气孔直径D的3倍。

每段活动条状板翼连同其下方的驱动装置间设有曲柄摇杆同步机构（或其它机械同步机构和电子同步机构）保证所有分段之间的同步旋转。

所述同步机构可以通过活动条状板翼转轴围绕片状机身倾转95°以上（倾转角度大于等于95°），从而保证航空器在悬停状态下可以向后飞行，提高其操控性。

无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个较大的箱体，犹如一个降落伞，确保板翼机能够缓降着陆，提高了航空器的安全性。

所述活动条状板翼中，最前端一个和最后端的一个较为特殊，最前端一个活动条状板翼称为前部活动条状板翼，前部活动条状板翼的前方下部设有可以纵向转动的水平副翼，通过水平副翼的纵向转动可以控制航空器的上下俯仰；最后端的一个活动条状板翼称为后部活动条状板翼，后部活动条状板翼后方下部设有可以横向转动的格栅垂直尾翼，通过格栅垂直尾翼的横向转动可以控制航空器的左右偏航，由于分段倾转，因此无论在垂直起降状态下或者在水平飞行状态下，水平副翼的纵向转动均可以控制航空器的上下俯仰，格栅垂直尾翼的横向转动均可以控制航空器的左右偏航，实现垂直起降模式和水平飞行模式相互转换的无缝衔接。

所述大面积板状机翼左右两侧设置大型翼梢小翼，大型翼梢小翼不但可以减少翼稍扰流，克服诱导阻力，也可以起到垂直尾翼的稳定作用，此外，大型翼梢小翼还具有加强机翼支撑和提高机身刚性的作用。

所述活动条状板翼中，除了后部活动条状板翼的宽度需要考虑偏航需要和压差升力适当加宽以外，其余活动条状板翼的宽度不宜太大，以满足进气需要为准；所述固定条状板翼的宽度可以适当加宽，以满足压差升力的需要为准；后部活动条状板翼的宽度一般为其长度的1/1-1/6，前部活动条状板翼和中部活动条状板翼的宽度一般为其长度的1/4-1/10，固定条状板翼的宽度一般为其长度的1/2-1/8。

所述板状机翼的主体无论是在水平飞行模式下还是在垂直起降模式下均为水平状态；活动条状板翼则在水平飞行模式下处于水平状态，在垂直起降模式下纵向旋转为垂直状态；由于纵向旋转为垂直状态的活动条状板翼为条状，高度较小并前后错开分布，因此板翼的主体在垂直起降模式下仍然呈水平状态，能够有效抵抗侧风的影响，克服了历史上和现有的倾转机翼垂直起降航空器存在的“门板效应”，有效提高了垂直起降的稳定性和安全性。

所述活动条状板翼和固定条状板翼均为薄壳结构，由高强度复合材料或者高强度轻金属材料制成；大面积板状机翼的轮廓线为低速翼型的上表面曲线，水平飞行时，在板状机翼上表面将空气气流通过翼型下洗产生升力的同时，在板翼下表面还可以将驱动气流强制下洗产生升力，得到比一般固定翼更大的升力，垂直起降的推重比大于1，水平飞行时的推重比大于5。

将板翼设计为条状分段组合以后，可以很好地兼顾水平飞行和垂直起降的不同要求，进一步提高垂直起降能力和飞行效率；同时，将每段驱动装置连同其正上方的条状板翼设计为像百叶窗一样沿横向的转轴同步纵向旋转，可以实现水平飞行模式和垂直起降模式之间的连续平滑无缝过渡，有效地克服了水平飞行模式和垂直起降模式相互转换时操控突变的世界级难题，操纵机构的操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，操控效果不产生突变，兼顾了水平飞行和垂直起降的不同要求，解决了飞行模式转换难题，降低了垂直起降航空器的操控难度，飞行效率显著提升，工作稳定，操作直观，安全可靠，简便易行。

本发明中，航空器的机身为片状机身，与板翼、副翼与翼梢小翼围成了一个较大的箱体，水平飞行时可以增加稳定性，垂直起降时所述箱体形成一个气流涵道将驱动装置的喷气气流引导向下，地效作用明显，可以在起飞和降落时加大空气的弹性，缓和起飞和降落的冲击；无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个较大的箱体，犹如一个降落伞，确保航空器能够缓降着陆；此外，前方进气，后方排气的垂直起降方式，理顺了气流的运动路径，比起垂直向下排气（如直升机）的起降方式，气流的运动路径更加科学合理，避免了地面风沙扬尘对视线的遮挡和对机器的损伤。

本发明使航空器可以完全兼顾垂直起降和高速飞行两种飞行工况，具有模式转换自然、飞行效率高、机翼翼载低、安全稳定、结构简单、操控简便、成本低廉、易于普及等优点。

附图说明

图1是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行状态侧视示意图。

图2是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行状态俯视示意图。

图3是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行状态后视示意图。

图4是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降状态侧视示意图。

图5是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降状态俯视示意图。

图6是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降状态后视示意图。

图7是NACA4412翼型示意图。

图8是本发明分段倾转底驱式航空器薄壳结构板翼示意图。

图9是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行上仰运动控制原理示意图。

图10是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行下俯运动控制原理示意图。

图11是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行向右运动控制原理示意图。

图12是本发明分段倾转底驱式航空器水平飞行向左运动控制原理示意图。

图13是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降上仰运动控制原理示意图。

图14是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降下俯运动控制原理示意图。

图15是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降向右运动控制原理示意图。

图16是本发明分段倾转底驱式航空器垂直起降向左运动控制原理示意图。

图17是本发明分段倾转底驱式航空器同步倾转摇杆后拉转平示意图。

图18是本发明分段倾转底驱式航空器同步倾转摇杆前推下垂示意图。

图19是本发明分段倾转底驱式航空器同步倾转摇杆后拉前推叠加示意图。

图中：1-水平副翼，2-水平副翼铰链，3-驱动装置，4-前部活动条状板翼，5-固定条状板翼，6-片状机身，7-立柱，8-中部活动条状板翼，9-后部活动条状板翼，10-格栅垂直尾翼，11-大型翼梢小翼，12-座舱，13-后轮，14-前轮，15-横杆，16-拉绳，17-活动条状板翼转轴，18-摇杆曲柄，19-摇杆铰链，20-摇杆直杆，21-后轮轴，22-NACA4412翼型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。

实施例1：如图1-19所示，本用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，包括机身、机翼、起落机构、驱动机构和操作机构，采用大面积板状机翼和高宽比为4的片状机身，将大面积板状机翼沿横向分割为可以倾转的活动条状板翼和固定条状板翼，活动条状板翼和固定条状板翼像斑马线一样交替设置，每个活动条状板翼下方并排设置4个螺旋桨作为驱动装置，活动条状板翼与螺旋桨固定为一体并通过活动条状板翼转轴围绕片状机身向下倾转，倾转可达达95°，使得活动条状板翼既可以转平与固定条状板翼组合为水平状的整体机翼适应水平飞行，又可以像百叶窗一样沿横向下倾转，打开条状进气孔进行垂直起降。

本实施例将板状机翼分割为两段活动条状板翼和一段固定条状板翼，每个活动条状板翼下方并排设置4个螺旋桨作为驱动装置，共计8个螺旋桨。每段驱动装置的4个螺旋桨连同其正上方的活动条状板翼通过曲柄摇杆机构像百叶窗一样沿横向的转轴同步旋转；无论活动条状板翼倾转如何，板状机翼的主体无论是在水平飞行模式下还是在垂直起降模式下均为水平状态；活动条状板翼则在水平飞行模式下处于水平状态，在垂直起降模式下纵向旋转为垂直状态；由于纵向旋转为垂直状态的活动条状板翼为条状，高度较小并前后错开分布，因此板翼的主体在垂直起降模式下仍然呈水平状态，能够有效抵抗侧风的影响，克服了历史上和现有的倾转机翼垂直起降航空器存在的“门板效应”，有效提高了垂直起降的稳定性和安全性。无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个较大的箱体，犹如一个降落伞，确保航空器能够缓降着陆。

本实施例将活动条状板翼分为两段，即一个前部活动条状板翼和一个后部活动条状板翼，中间有一个固定条状板翼，后部活动条状板翼的宽度为其长度的1/2，前部活动条状板翼和中部活动条状板翼的宽度为其长度的1/8，固定条状板翼的宽度为其长度的1/4（固定条状板翼的宽度为螺旋桨直径D的2倍），前部活动条状板翼的前方下部设有1个可纵向转动的水平副翼控制航空器的上下俯仰，后部活动条状板翼的后方下部设有4个可横向转动的格栅垂直尾翼控制航空器的左右偏航。在水平飞行模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为串联关系，共同驱动气流向板状机翼后方流动，驱动航空器水平飞行；在垂直起降模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为并联关系，共同驱动气流向板状机翼下方流动，实现航空器垂直起降；前后两段驱动装置之间的距离等于螺旋桨直径D的3倍。

由于分段倾转，因此无论在垂直起降状态下或者在平飞行状态下，水平副翼的纵向转动均可以控制航空器的上下俯仰，格栅垂直尾翼的横向转动均可以控制航空器的左右偏航，完全克服了飞行模式转换时的操纵机构的操控效果突变问题，操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，实现了无缝衔接。

本发明可以实现水平飞行模式和垂直起降模式之间的连续平滑无缝过渡，有效地克服了水平飞行模式和垂直起降模式相互转换时操控突变的难题，操纵机构的操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，操控效果不产生突变，兼顾了水平飞行和垂直起降的不同要求，解决了飞行模式转换难题，降低了垂直起降航空器的操控难度，飞行效率显著提升，工作稳定，操作直观，安全可靠，简便易行。

实施例2：如图1-19所示，本用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，将大面积板状机翼沿横向分割为可以倾转的活动条状板翼和固定条状板翼，活动条状板翼和固定条状板翼像斑马线一样交替设置，每个活动条状板翼下方并排设置6个螺旋桨作为驱动装置，活动条状板翼与螺旋桨固定为一体并通过活动条状板翼转轴围绕片状机身向下倾转，倾转可达98°，使得活动条状板翼既可以转平与固定条状板翼组合为水平状的整体机翼适应水平飞行，又可以像百叶窗一样沿横向下倾转，打开条状进气孔进行垂直起降。

本实施例将板状机翼分割为3段活动条状板翼和2段固定条状板翼，每个活动条状板翼下方并排设置6个螺旋桨作为驱动装置，共计18个螺旋桨。每段驱动装置的6个螺旋桨连同其正上方的活动条状板翼通过曲柄摇杆机构像百叶窗一样沿横向的转轴同步旋转；无论活动条状板翼倾转如何，板状机翼的主体无论是在水平飞行模式下还是在垂直起降模式下均为水平状态；活动条状板翼则在水平飞行模式下处于水平状态，在垂直起降模式下纵向旋转为垂直状态；由于纵向旋转为垂直状态的活动条状板翼为条状，高度较小并前后错开分布，因此板翼的主体在垂直起降模式下仍然呈水平状态，能够有效抵抗侧风的影响，克服了历史上和现有的倾转机翼垂直起降航空器存在的“门板效应”，有效提高了垂直起降的稳定性和安全性。无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个较大的箱体，犹如一个降落伞，确保航空器能够缓降着陆。

本实施例将活动条状板翼分为5段，即一个前部活动条状板翼，一个活动条状板翼和一个后部活动条状板翼，中间有2个固定条状板翼。后部活动条状板翼的宽度为其长度的1/1，前部活动条状板翼和中部活动条状板翼的宽度一般为其长度的1/4，固定条状板翼的宽度一般为其长度的1/2（固定条状板翼的宽度为螺旋桨直径D的1.5倍）。前部活动条状板翼的前方下部设有1个可纵向转动的水平副翼控制航空器的上下俯仰，后部活动条状板翼的后方下部设有6个可横向转动的格栅垂直尾翼控制航空器的左右偏航。在水平飞行模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为串联关系，共同驱动气流向板状机翼后方流动，驱动航空器水平飞行；在垂直起降模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为并联关系，共同驱动气流向板状机翼下方流动，实现航空器垂直起降；前后两段驱动装置之间的距离等于螺旋桨直径D的3.5倍。

由于分段倾转，因此无论在垂直起降状态下或者在平飞行状态下，水平副翼的纵向转动均可以控制航空器的上下俯仰，格栅垂直尾翼的横向转动均可以控制航空器的左右偏航，完全克服了飞行模式转换时的操纵机构的操控效果突变问题，操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，实现了无缝衔接。

本发明可以实现水平飞行模式和垂直起降模式之间的连续平滑无缝过渡，有效地克服了水平飞行模式和垂直起降模式相互转换时操控突变的难题，操纵机构的操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，操控效果不产生突变，兼顾了水平飞行和垂直起降的不同要求，解决了飞行模式转换难题，降低了垂直起降航空器的操控难度，飞行效率显著提升，工作稳定，操作直观，安全可靠，简便易行。

实施例3：如图1-19所示，本用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，将大面积板状机翼沿横向分割为可以倾转的活动条状板翼和固定条状板翼，活动条状板翼和固定条状板翼像斑马线一样交替设置，每个活动条状板翼下方并排设置2个小型喷气发动机作为驱动装置，活动条状板翼与螺旋桨固定为一体并通过活动条状板翼转轴围绕片状机身向下倾转，倾转可达100°，使得活动条状板翼既可以转平与固定条状板翼组合为水平状的整体机翼适应水平飞行，又可以像百叶窗一样沿横向下倾转，打开条状进气孔进行垂直起降。

本实施例将板状机翼分割为2段活动条状板翼和1段固定条状板翼，每个活动条状板翼下方并排设置2小型喷气发动机作为驱动装置，共计4个小型喷气发动机。每段驱动装置的2小型喷气发动机连同其正上方的活动条状板翼通过曲柄摇杆机构像百叶窗一样沿横向的转轴同步旋转；无论活动条状板翼倾转如何，板状机翼的主体无论是在水平飞行模式下还是在垂直起降模式下均为水平状态；活动条状板翼则在水平飞行模式下处于水平状态，在垂直起降模式下纵向旋转为垂直状态；由于纵向旋转为垂直状态的活动条状板翼为条状，高度较小并前后错开分布，因此板翼的主体在垂直起降模式下仍然呈水平状态，能够有效抵抗侧风的影响，克服了历史上和现有的倾转机翼垂直起降航空器存在的“门板效应”，有效提高了垂直起降的稳定性和安全性。无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个较大的箱体，犹如一个降落伞，确保航空器能够缓降着陆。

本实施例将活动条状板翼分为3段，即一个前部活动条状板翼，一个后部活动条状板翼和1个固定条状板翼。后部活动条状板翼的宽度为其长度的1/6，前部活动条状板翼和中部活动条状板翼的宽度为其长度的1/10，固定条状板翼的宽度为其长度的1/8（固定条状板翼的宽度为小型喷气发动机进气口直径D的5倍）。前部活动条状板翼的前方下部设有1个可纵向转动的水平副翼控制航空器的上下俯仰，后部活动条状板翼的后方下部设有4个可横向转动的格栅垂直尾翼控制航空器的左右偏航。在水平飞行模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为串联关系，共同驱动气流向板状机翼后方流动，驱动航空器水平飞行；在垂直起降模式下，前部活动条状板翼下方的驱动装置与后部活动条状板翼下方的驱动装置之间为并联关系，共同驱动气流向板状机翼下方流动，实现航空器垂直起降；前后两段驱动装置之间的距离等于螺旋桨直径D的10倍。

由于分段倾转，因此无论在垂直起降状态下或者在平飞行状态下，水平副翼的纵向转动均可以控制航空器的上下俯仰，格栅垂直尾翼的横向转动均可以控制航空器的左右偏航，完全克服了飞行模式转换时的操纵机构的操控效果突变问题，操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，实现了无缝衔接。

本发明可以实现水平飞行模式和垂直起降模式之间的连续平滑无缝过渡，有效地克服了水平飞行模式和垂直起降模式相互转换时操控突变的难题，操纵机构的操控方式过渡自然，操控参数变化平顺，操控效果不产生突变，兼顾了水平飞行和垂直起降的不同要求，解决了飞行模式转换难题，降低了垂直起降航空器的操控难度，飞行效率显著提升，工作稳定，操作直观，安全可靠，简便易行。

上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，包括机身、机翼、起落机构、驱动机构和操作机构，其特征在于：采用大面积板状机翼，将大面积板状机翼沿横向分割为纵向倾转的活动条状板翼（4；8；9）和固定条状板翼（5）两类，活动条状板翼（4；8；9）和固定条状板翼（5）像斑马线一样交替设置，每一段活动条状板翼（4；8；9）下方并排设置若干驱动装置（3），活动条状板翼（4；8；9）与驱动装置（3）固定为一体并通过活动条状板翼转轴（17）围绕片状机身（6）倾转，倾转角度达95°以上，使得活动条状板翼（4；8；9）既可以转平与固定条状板翼（5）组合为水平状的整体机翼适应水平飞行，又可以像百叶窗一样向下倾转，打开条状进气孔实现垂直起降并能够在悬停状态下向后飞行；所述固定条状板翼（5）的数量是0、1、2、3、4、5、6或者更多，活动条状板翼（4、8、9）至少有前部活动条状板翼（4）和后部活动条状板翼（9）两段，中部活动条状板翼（8）数量是0、1、2、3、4、5、6或者更多，当固定条状板翼（5）的数目大于等于1且为n时，中部活动条状板翼（8）的数目等于n-1。

2.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：每段活动条状板翼（4；8；9）的倾转由曲柄摇杆机构驱动并保持同步，每段活动条状板翼（4；8；9）的下方固定摇杆曲柄（18），摇杆曲柄（18）通过摇杆铰链（19）与摇杆直杆（20）相连接，向前拉动摇杆直杆（20）使活动条状板翼（4；8；9）、驱动装置（3）和摇杆曲柄（18）通过活动条状板翼转轴（17）围绕片状机身（6）向下倾转95°以上，打开机翼上表面的条状进气孔，各段驱动装置（3）均处于前后并联的垂直位置，通过驱动装置（3）从固定条状板翼（5）的上方吸气往固定条状板翼（5）下方排气，在固定条状板翼（5）上方形成负压区，在固定条状板翼（5）下方形成正压区，利用负压区和正压区形成的压差升力托举航空器悬停，实现垂直起降；向后拉动摇杆直杆（20）使活动条状板翼（4、8、9）、驱动装置（3）和摇杆曲柄（18）通过活动条状板翼转轴（17）围绕片状机身（6）向上倾转改平与固定条状板翼（5）组合为水平状的整体机翼，各段驱动装置（3）均处于前后串联的水平位置，通过驱动装置（3）在机翼下部沿弦向往机翼后方吹送高速气流推动航空器向前运动，实现水平飞行。

3.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述活动条状板翼（4；8；9）中，最前端一个活动条状板翼称为前部活动条状板翼（4），前部活动条状板翼（4）的前方下部设有围绕前部活动条状板翼（4）纵向转动的水平副翼（1），通过水平副翼（1）的纵向转动控制航空器的上下俯仰；最后端的一个活动条状板翼称为后部活动条状板翼（9），后部活动条状板翼（9）后方下部设有在后部活动条状板翼（9）上横向转动的格栅垂直尾翼（10），通过格栅垂直尾翼（10）的横向转动控制航空器的左右偏航，由于分段同步倾转，无论在垂直起降状态下或者在水平飞行状态下，水平副翼（1）的纵向转动控制航空器的上下俯仰，格栅垂直尾翼（10）的横向转动控制航空器的左右偏航，实现垂直起降模式和水平飞行模式相互转换的无缝衔接。

4.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述大面积板状机翼的左右两侧设置大型翼梢小翼（11），大型翼梢小翼（11）可以减少翼稍扰流，克服诱导阻力，也可以稳定垂直尾翼，并加强机翼支撑和提高机身刚性。

5.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述活动条状板翼（4；8；9）在水平飞行模式下处于水平状态，在垂直起降模式下纵向旋转为垂直状态，固定条状板翼（5）在水平飞行模式下和垂直起降模式下均为水平状态，纵向旋转为垂直状态的活动条状板翼（8）为条状，前后错开分布，大面积板状机翼的主体在垂直起降模式下呈水平状态，有效抵抗侧风的影响，克服现有的倾转机翼类垂直起降航空器存在的“门板效应”，有效提高垂直起降的稳定性和安全性。

6.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述固定条状板翼（5）的宽度适当加宽，以满足压差升力的需要为准；所述活动条状板翼（4；8；9）中，除了后部活动条状板翼（9）的宽度需要考虑偏航需要和压差升力适当加宽以外，前部活动条状板翼（4）和中部活动条状板翼（8）的宽度不宜太大，以满足进气需要为准；后部活动条状板翼（9）的宽度为其长度的1/1-1/6，前部活动条状板翼（4）和中部活动条状板翼（8）的宽度为其长度的1/4-1/10，固定条状板翼的宽度为其长度的1/2-1/8。

7.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述活动条状板翼（4；8；9）的下方设置驱动装置（3），在水平飞行模式下，相邻两段驱动装置（3）之间为串联关系，共同驱动气流向机翼后方流动，同段驱动装置（3）之间密集排列；在垂直起降模式下，相邻两段驱动装置（3）之间为并联关系，各自驱动气流向机翼下方流动，相邻两段驱动装置（3）之间的距离大于等于驱动装置（3）进气孔直径D的3倍。

8.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述活动条状板翼（4；8；9）通过活动条状板翼转轴（17）围绕片状机身（6）倾转95°以上，保证航空器在悬停状态下可以向后飞行，提高其操控性；无动力故障迫降时，上升气流会强迫活动条状板翼强制改平，与固定条状板翼拼拢为一个大面积板状机翼的整体，大面积板状机翼与片状机身，副翼，翼梢小翼围成了一个箱体，确保板翼机能够缓降着陆，提高了板翼机的安全性。

9.根据权利要求1所述的用分段倾转底驱式板翼实现垂直起降和水平飞行的航空器，其特征在于：所述大面积板状机翼为薄壳结构，由高强度复合材料或者高强度轻金属材料制成；机翼（4；5；8；9）的轮廓线为低速翼型的上表面曲线，水平飞行时，在机翼上表面将空气气流通过翼型下洗产生升力的同时，在机翼下表面还可以将驱动气流强制下洗产生升力，得到比固定翼更大的升力，垂直起降的推重比大于1，水平飞行时的推重比大于5。