CN109849604A - 折叠旋翼三栖飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了折叠旋翼三栖飞机，主要涉及通用航空飞行器领域。包括机体，所述机体上设有发动机进气口、发动机排气口、鸭翼、前起落架、主起落架、机翼；所述机体的顶部设有对称设有可折叠升力螺旋桨，两侧所述机翼靠近机身的一侧设有浮筒，所述浮筒上向机尾方向延伸设有尾撑杆，所述尾撑杆末端设置垂直尾翼，两个垂直尾翼之间设置可旋转式推进器，所述可旋转式推进器后部设有垂直尾翼；所述升力螺旋桨的转动、水平尾翼的旋转调整、可旋转式推进器的转动均通过舵机控制。本发明的有益效果在于：通过对机翼、可折叠升力螺旋桨、水平尾翼、可旋转式推进器的安全控制能够实现垂直起降，高速巡航以及水、陆、空三栖应用设计。

Description

折叠旋翼三栖飞机

技术领域

本发明涉及一种飞机，具体是折叠旋翼三栖飞机。

背景技术

现已存在的倾转旋翼机能够实现直升机模态和固定翼模态的空中切换，但切换过程受气流环境影响控制复杂，事故率较高。此外荷兰的PAL-V公司在2009年推出了一款可折叠旋翼的飞行汽车，这是一款旋翼机与汽车的结合产品，不过该飞行汽车不能实现垂直起降，仍需滑跑。现有技术的缺点：

1.美国军用V22倾转旋翼机倾转过程控制复杂，且一旦出现故障会导致飞机失速，严重威胁飞行安全。

2.荷兰PAL-V飞行汽车本质是一种旋翼机，其不能垂直起降且飞行速度不能超过200km/h，不适合长距离飞行。

3.美国MVP aero model3多用途飞机设计为水上起降飞机，在陆地上只能依靠拖车承载，不能实现门对门的交通。

4.美国icon A5两栖飞机只能以固定翼模式在水上起降，不能垂直起降。

5.法国AKOYA水陆雪三栖飞机驾驶舱狭窄，不能供成员在驾驶舱中休息，不太适合旅游模式。

发明内容

本发明的目的在于提供折叠旋翼三栖飞机，它通过对机翼、升力螺旋桨、水平尾翼、可旋转式推进器的安全控制能够实现垂直起降，高速巡航以及水、陆、空三栖应用设计。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

折叠旋翼三栖飞机，包括机体，所述机体上设有发动机进气口、发动机排气口、鸭翼、前起落架、主起落架、机翼；所述机体的顶部设有对称设有升力螺旋桨，两侧所述机翼靠近机身的一侧设有浮筒，所述浮筒上向机尾方向延伸设有尾撑杆，所述尾撑杆末端设置垂直尾翼，两个垂直尾翼之间设置水平尾翼，所述水平尾翼上设有可旋转式推进器；所述升力螺旋桨的转动由电机控制，所述水平尾翼的旋转调整、可旋转式推进器的倾转均通过舵机控制。

所述机体顶部设有折叠旋翼摇臂收放机构，所述折叠旋翼摇臂收放机构包括双轴伺服电机、传动蜗杆、从动涡轮、锥齿轮传动机构，所述双轴伺服电机的两个输出端与传动蜗杆传动连接，所述传动蜗杆与从动涡轮传动连接，两侧传动蜗杆的螺纹旋向相反，所述锥齿轮传动机构包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述从动涡轮两侧的传动轴上设置主动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动，所述从动锥齿轮的连轴与升力螺旋桨的摇臂连接，所述升力螺旋桨设置在摇臂的末端。

前后两侧的摇臂、升力螺旋桨呈高低错位设置。

所述机体顶部两侧设有螺旋桨放置舱和舱门，所述舱门通过舵机控制开闭。

所述机翼与浮筒之间设有折叠装置，所述折叠装置包括折叠舵机和两个呈90相交的轴，两个呈90相交的轴分别为主轴和折叠轴，所述折叠舵机与主轴传动连接，所述折叠轴与机翼连接，所述折叠舵机设置在浮筒内。

所述机体的机腹上设有三片式边条形水翼。

所述机舱头部设置有串列双座座椅，每个座椅长0.6m宽1m，座椅可展开放平，放平后为长1.8m的床，以供乘员在机舱内休憩。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过对机翼、升力螺旋桨、水平尾翼、可旋转式推进器的安全控制能够实现水、陆、空三栖应用设计；同时具有直升机的起降便捷性和固定翼飞机的高巡航速度和高巡航效率。

附图说明

附图1是本发明垂直起飞时结构示意图。

附图2是本发明中水面滑行时结构示意图。

附图3是本发明中路面行驶并打开机舱门时结构示意图。

附图4是本发明中垂直起飞时侧视图。

附图5是本发明中折叠旋翼摇臂收放机构结构示意图。

附图6是本发明中座椅结构示意图。

附图中所示标号：

1、发动机进气口；2、发动机排气口；3、鸭翼；4、前起落架；5、主起落架；6、机翼；7、升力螺旋桨；8、浮筒；9、尾撑杆；10、垂直尾翼；11、水平尾翼；12、可旋转式推进器；13、双轴伺服电机；14、传动蜗杆；15、从动涡轮；16、主动锥齿轮；17、从动锥齿轮；18、连轴；19、摇臂；20、螺旋桨放置舱；21、舱门；22、主轴；23、折叠轴；24、水翼；25、太阳能电池贴片；26、翼梢小翼；27、机舱门；28、机头灯；29、座椅。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例：

该折叠旋翼三栖飞机总长8.1米，翼展9.8米，展弦比10，梢根比为0.4，机身最宽处为2米，商载300KG，可以座2个人。本发明所述的飞机能在公路，水面和空中航行，同时具有直升机的起降便捷性和固定翼飞机的高巡航速度和高巡航效率。

其主体结构包括机体，所述机体上设有机头灯28、发动机进气口1、发动机排气口2、鸭翼3、前起落架4、主起落架5、机翼6；鸭翼3左右各一个，增加飞机俯仰操纵的灵活性，前起落架4可以向后收放，主起落架5可以向机身内收放。所述机体的顶部设有对称设有升力螺旋桨7，升力螺旋桨7的直径2.2m，两侧所述机翼6靠近机身的一侧设有浮筒8，所述浮筒8上向机尾方向延伸设有尾撑杆9，所述尾撑杆9末端设置垂直尾翼10，两个垂直尾翼10之间设置水平尾翼11，所述水平尾翼11上设有可旋转式推进器12；所述升力螺旋桨7的转动由无刷电机控制，所述水平尾翼11的旋转调整、可旋转式推进器12的倾转均通过舵机控制。前后两侧的摇臂19、升力螺旋桨7呈高低错位设置。所述机体顶部两侧设有螺旋桨放置舱20和舱门21，所述舱门21通过舵机控制开闭。所述机舱头部设置有串列双座座椅29，每个座椅29长0.6m宽1m，座椅可展开放平，放平后为长1.8m的床，以供乘员在机舱内休憩。

折叠旋翼摇臂19收放机构：所述机体顶部设有折叠旋翼摇臂19收放机构，所述折叠旋翼摇臂19收放机构包括双轴伺服电机13、传动蜗杆14、从动涡轮15、锥齿轮传动机构，所述双轴伺服电机13的两个输出端与传动蜗杆14传动连接，两侧传动蜗杆14的螺纹旋向相反，所述传动蜗杆14与从动涡轮15传动连接，所述锥齿轮传动机构包括主动锥齿轮16和从动锥齿轮17，所述从动涡轮15两侧的传动轴上设置主动锥齿轮16，所述从动锥齿轮17与主动锥齿轮16啮合传动，所述从动锥齿轮17的连轴18与升力螺旋桨7的摇臂19连接，所述升力螺旋桨7设置在摇臂19的末端。

折叠旋翼摇臂19收放机构工作原理和优点：双轴伺服电机13驱动传动蜗杆14绕X轴正向顺时针转动，传动蜗杆14前后两端的螺纹旋向相反，因而前端蜗轮绕Y轴正向逆时针转动，后端蜗轮绕Y轴正向顺时针转动，进而通过四组锥齿轮传动机构的相交轴传动带动四个摇臂19将升力螺旋桨7收回螺旋桨放置舱20内。反之，若双轴伺服电机13驱动传动蜗杆14绕X轴正向逆时针转动，则四个摇臂19转轴将升力螺旋桨7展开。

这样设计的优点在于

1、利用了蜗轮蜗杆传动系统反行程(蜗轮为主动件)具有自锁性的特点，使得双轴伺服电机13的扭矩能正向传递到从动锥齿轮17的连轴18上，而摇臂19收到的气动载荷却不能反向传递到双轴伺服电机13的转轴上，这样双轴伺服电机13内部无需设计复杂的反馈控制和锁止装置以保证电机负荷平稳，还能避免摇臂19上过大的气动力反传到双轴伺服电机13转轴上造成电机损坏。

2、只需一台双轴伺服电机13即可保证四个摇臂19同步收放，相对于需安装四个舵机的常见收放系统而言，不仅重量更轻，控制算法设计也更加简单，系统抗干扰性和可靠性更强。

所述机翼6与浮筒8之间设有折叠装置，所述折叠装置包括折叠舵机和两个呈90相交的轴，两个呈90相交的轴分别为主轴22和折叠轴23，所述折叠舵机与主轴22传动连接，所述折叠轴23与机翼6连接，所述折叠舵机设置在浮筒8内。机翼6根部的两个浮筒8既可以为飞机在水面行驶时提供浮力，又可以用于装载机翼6折叠的操纵机构。机翼6折叠的模式：机翼6绕其根部的两个呈90相交的轴其中之一的主轴22先转90度，然后在绕另一根轴折叠轴23向内侧转90度即可完成折叠，展开则反向执行上述旋转过程即可。

所述机体的机腹上设有三片式边条形水翼24。机腹三片式的水翼24设计可以保证飞机在水面航行时具有较大的滚转阻尼，使得其在水面行驶时更为平稳。

飞机的起飞模式：

1、从水面滑跑起飞。飞机浮于水面机翼6展开，起落架为收起状态，四个升力螺旋桨7也收在舱内，飞机以固定翼巡航构型，依靠尾部推进器产生的动力加速滑跑起飞。

2、从陆地滑跑起飞。起落架放出，机翼6展开，四个升力螺旋桨7收在舱内，飞机以固定翼巡航构型，依靠尾部推进器产生的动力加速滑跑起飞。

3、垂直起降。如说明书附图图1所示，将可旋转式推进器12的推力风扇向下倾转90度至水平，四个升力螺旋桨7展开，同时提供向上的升力，使得升力大于重力飞机快速上升，上升到一定高度后，尾部可旋转式推进器12的推力风扇缓慢向前倾转，开始提供前向推力分量，这时需要调整四个升力螺旋桨7的转速使得飞机的升力与重力平衡，飞机保持平飞开始向前加速，当飞机前飞的速度足够大时，机翼6上产生的升力已经能与飞机的重力平衡，这时四个升力螺旋桨7停止转动，桨叶被锁定到与摇臂19平行的状态，由折叠旋翼摇臂19收放机构驱动四个摇臂19收回螺旋桨放置舱20内，并关闭舱门21，飞机开始以固定翼模态巡航。收起四个升力螺旋桨7可以减小气动阻力，也能避免高速飞行时(速度大于400Km/h时)出现前行桨叶激波，后行桨叶失速的问题。

4、飞机的汽车模式。如说明书附图图1所示，两侧机翼6折叠后全机最大宽度仅2m，小于一辆公交车的宽度，将三个起落架放下，用尾部的推力风扇驱动前进，可以在城市道路上行驶。

飞机的动力模式：飞机机舱中部设计有一台活塞式发动机和锂离子电池，活塞发动机通过发电机产生的电力一部分用于给锂电池充电，另一部分用于驱动尾部可旋转式推进器12的推力螺旋桨，锂电池则负责给四个升力螺旋桨7的电机提供电能，这样油电混合设计的系统比同重量的纯电动飞机续航时间要长。机翼6上的太阳能电池贴片25收集的电能也可以为锂离子电池充电，符合低碳环保的设计理念。

房车模式：将驾驶舱内的两个座椅放平后即可成为两张宽1m，长1.8m的床，供人在机舱内暂时休息。

舱门21开闭方式：舱门21与机身铰接的轴由舵机驱动，向下旋转125度即为打开状态，向上旋转可以闭合。

尾部推力风扇倾转的方式：在两片垂直尾翼10各安装有一个行程为90度的舵机，两个舵机输出轴连接在一根直径为16cm的尾梁上，两个推力风扇固连在尾梁上，全动平尾则铰接在尾梁上。舵机驱动尾梁转动就可以带动可旋转式推进器12和水平尾翼11一起倾转。

水平尾翼11设置在两个推力风扇后的目的：这样的设计又称为滑流舵，可以利用推力风扇后的高速气流提高升降舵的气动效率，使用较小面积的升降舵即可产生足够的俯仰操纵力矩，能够减轻飞机的结构重量。

机舱门打开方式：如说明书附图图3所示，两个机舱门27上部与机身铰接，铰接转轴内设置有扭簧，机舱门27下部设置有与机身相配合的锁扣。打开锁扣，机舱门27在扭簧的作用下向上旋转60度至打开状态，下拉机舱门27至锁扣与机身锁定即为关闭状态。

补充说明：

这架飞机是油电混合驱动，上部四个升力螺旋桨7是电动的，根据螺旋桨拉力计算公式并代入设计参数：拉力＝桨盘直径(米)×螺距(米)×桨叶宽度(米)×转速²(转/秒)×大气压力(1个标准大气压为单位)×经验系数(0.25)＝2.2×2.8×0.12×35²×1×0.25＝226.38kg，预估飞机的最大起飞重量为800KG，四个升力螺旋桨7的升力完全足够飞机起降。且起降时辅之以尾部可旋转式推进器12的推进螺旋桨转动后向下的推力，可以保证足够快的起降速度以及遭遇气流扰动时仍然保证提供足够的升力。

机翼6两端设有向下翻转的翼梢小翼26，机翼6两端向下翻转的翼梢小翼26可以减小固定翼模态飞行时的诱导阻力。

机身采用双垂尾设计，起落架是前三点式的，前起落架4可以向后收放，两个主起落架5可以向机身内侧收放。全机布局为三翼面式布局，前部的鸭翼3是全动式的，平尾装在两个推力风扇后，两者可以为飞机提供俯仰方向的操纵力矩。

Claims (7)

1.折叠旋翼三栖飞机，包括机体，所述机体上设有发动机进气口(1)、发动机排气口(2)、鸭翼(3)、前起落架(4)、主起落架(5)、机翼(6)；其特征在于：

所述机体的顶部设有对称设有升力螺旋桨(7)，两侧所述机翼(6)靠近机身的一侧设有浮筒(8)，所述浮筒(8)上向机尾方向延伸设有尾撑杆(9)，所述尾撑杆(9)末端设置垂直尾翼(10)，两个垂直尾翼(10)之间设置水平尾翼(11)，所述水平尾翼(11)上设有可旋转式推进器(12)；

所述升力螺旋桨(7)的转动由电机控制，所述水平尾翼(11)的旋转调整、可旋转式推进器(12)的倾转均通过舵机控制。

2.根据权利要求1所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：所述机体顶部设有折叠旋翼摇臂(19)收放机构，所述折叠旋翼摇臂(19)收放机构包括双轴伺服电机(13)、传动蜗杆(14)、从动涡轮(15)、锥齿轮传动机构，所述双轴伺服电机(13)的两个输出端与传动蜗杆(14)传动连接，两侧传动蜗杆(14)的螺纹旋向相反，所述传动蜗杆(14)与从动涡轮(15)传动连接，所述锥齿轮传动机构包括45度的主动锥齿轮(16)和从动锥齿轮(17)，所述从动涡轮(15)两侧的传动轴上设置主动锥齿轮(16)，所述从动锥齿轮(17)与主动锥齿轮(16)啮合传动，所述从动锥齿轮(17)的连轴(18)与升力螺旋桨(7)的摇臂(19)连接，所述升力螺旋桨(7)设置在摇臂(19)的末端。

3.根据权利要求2所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：前后两侧的摇臂(19)、升力螺旋桨(7)呈高低错位设置。

4.根据权利要求3所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：所述机体顶部两侧设有螺旋桨放置舱(20)和舱门(21)，所述舱门(21)通过舵机控制开闭。

5.根据权利要求1所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：所述机翼(6)与浮筒(8)之间设有折叠装置，所述折叠装置包括折叠舵机和两个呈90相交的轴，两个呈90相交的轴分别为主轴(22)和折叠轴(23)，所述折叠舵机与主轴(22)传动连接，所述折叠轴(23)与机翼(6)连接，所述折叠舵机设置在浮筒(8)内。

6.根据权利要求1所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：所述机体的机腹上设有三片式边条形水翼(24)。

7.根据权利要求1所述折叠旋翼三栖飞机，其特征在于：所述机翼(6)上附有太阳能电池贴片(25)。