CN110104162A - 一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，飞翼式飞机具有太阳能板、螺旋桨、机翼和副翼，太阳能板设置在机翼的上表面，副翼设置在机翼的后方，机翼的下方安装有雪橇式浮筒起落架和前三点式起落架，前三点式起落架通过第一驱动机构实现收起和放下，雪橇式浮筒起落架通过第二驱动机构实现收起和放下，前三点式起落架的上方对应设置有起落架容纳室，雪橇式浮筒起落架的上方对应设置有浮筒容纳室。本发明的技术解决方案：借鉴常规布局太阳能飞机的设计思路，变为飞翼式布局，再在三点式起落架的基础上加装雪橇式浮筒，实现垂直起降以及水面起降。

Description

一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机

技术领域

本发明属于太阳能飞翼机领域，具体涉及一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机。

背景技术

如今，各国面临着能源短缺、气候变化等一系列问题，而太阳能作为一种可再生的新能源，有着清洁、环保、持续长久等优点，成为每个国家重要选择之一，其大规模利用不仅可有效减少对化石能源的依赖，保护环境，同时也是未来发展的重要途径。

飞行器的飞翼式布局是指仅有一块一体翼面的气动布局形式，全机没有平尾、垂尾、鸭翼等安定面，甚至没有明显的机身。其结构效率较高，可以实现更大的载油量和更大的起飞质量，这意味着飞翼布局的航程和航时必然比常规布局的大。飞翼式布局具有升阻比大、气动效率高，载荷分布均匀、结构效率高，有效载荷量大，隐身性能好等突出的优点。随着计算机控制技术的进步，控制效率较低的问题也逐步得到解决。

早在1974年，世界上第一架太阳能飞机SunriseI便在4096块太阳电池的驱动下飞上天空，标志着太阳能飞行时代的来临。由于太阳能飞机以太阳能为能源，具有多种优点，有着广阔的应用前景，随着科学技术的发展，后来被广泛应用于大气研究、天气预报、环境及灾害监测、农作物遥测、交通管制、电信和电视服务、自然保护区监控、外星球探测等，以及用来完成边境巡逻、侦察、通信中继、电子对抗等任务。正是由于太阳能飞机的优点，对其的研究成为重中之重。太阳能无人机在近几年也有所发展，2017年，由科研院校(北航长鹰航空科技(台州)有限公司)与地方合作的采用常规气动布局的中国首个大型无人机——“天鹰”以及中国航天科技集团公司第十一研究院自主研发的新型太阳能无人机——彩虹太阳能无人机的成功研发都象征着我国在该领域的进步。相较于普通飞机具有结构重量轻、飞行阻力小、而且隐身性好的飞翼式飞机，却在利用太阳能方面没有得到很大的应用。

发明内容

基于上述背景技术及问题，本发明提供了:

一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，所述飞翼式飞机具有太阳能板、螺旋桨、机翼和副翼，所述太阳能板设置在机翼的上表面，所述副翼设置在机翼的后方，所述机翼的下方安装有雪橇式浮筒起落架和前三点式起落架，所述前三点式起落架通过第一驱动机构实现收起和放下，所述雪橇式浮筒起落架通过第二驱动机构实现收起和放下，所述前三点式起落架的上方对应设置有起落架容纳室，所述雪橇式浮筒起落架的上方对应设置有浮筒容纳室。

进一步地，所述第一驱动机构包括第一主驱动杆、第一连杆、第一从动杆和第一连接块，所述第一主驱动杆的一端连接电机输出轴，另一端与第一连杆的一端连接，第一连杆的另一端连接起落架轮，第一从动杆铰接在起落架容纳室内，第一从动杆的一端铰接在固定在第一连杆上的第一连接块上。

进一步地，所述第二驱动机构包括第二主驱动杆、第二连杆、第二从动杆和第二连接块，所述第二主驱动杆的一端连接电机输出轴，另一端与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端连接雪橇式浮筒，第二从动杆铰接在浮筒容纳室内，第二从动杆的一端铰接在固定在第二连杆上的第二连接块上。

进一步地，所述螺旋桨具有可倾转驱动机构。

进一步地，所述可倾转驱动机构包括前轴、联轴器、后轴、旋转电机、轴承、外壳、液压油缸、铰接部、水平支撑、竖直支撑，所述前轴的前端连接螺旋桨，所述前轴的后端通过联轴器连接后轴，所述后轴连接旋转电机的输出轴，所述前轴上套接有轴承，轴承外侧套接外壳，所述外壳通过铰接部与液压油缸连接，液压油缸的缸体部与机翼铰接，所述水平支撑用于在前轴处于水平状态时支撑外壳，所述竖直支撑用于在前轴处于竖直状态时支撑外壳。

进一步地，所述联轴器为万向联轴器。

本发明的目的：旨在发展一种新型的具备多种起降方式的翼身融合太阳能飞翼式飞机的设计方法，通过研究太阳能飞机和多种起降方式的实现途径，提出了一种在飞翼式布局的基础上，通过安装太阳能电池板提供能量，通过改进起落架结构实现多种起降方式的设计方法。

本发明的技术解决方案：借鉴常规布局太阳能飞机的设计思路，变为飞翼式布局，再在三点式起落架的基础上加装雪橇式浮筒，实现垂直起降以及水面起降。

本发明的优点：基于太阳能飞机固有优势和飞翼式飞机本身的气动特性，兼顾多种起降方式的优点。不仅实现了太阳能作为新能源为飞翼式飞机带来节能减排的效果，使太阳能飞机减少重量，提高载荷能力。多种起降方式还可以增强飞机适应不同环境的能力，为未来飞行器的发展提供了新思路。

翼身融合的太阳能飞翼式飞机结合了飞翼式飞机与太阳能飞机的优点，采用飞翼式气动布局的方式，使太阳能飞机在减少重量和尺寸的同时，能够提高其载荷能力，而且该布局更大范围的采光面积也同样有利于太阳能的收集。同时周边情况多变，为了适应不同地点，不同环境，设计多种起降方式，不仅在陆地、水面可进行起降，也可滑行、垂直起降，减少不必要干扰。

附图说明

图1本发明太阳能飞翼式飞机的整机结构示意图；

图2本发明太阳能飞翼式飞机的主视图；

图3本发明前三点式起落架放下示意图；

图4本发明前三点式起落架收起示意图；

图5本发明雪橇式浮筒起落架放下示意图；

图6本发明雪橇式浮筒起落架收起示意图；

图7本发明螺旋桨水平位置倾转驱动机构结构示意图；

图8本发明螺旋桨的轴承连接处局部放大图；

图9本发明螺旋桨竖直位置倾转驱动机构结构示意图；

图中太阳能板1、可倾转螺旋桨2、机翼3、副翼4、雪橇式浮筒起落架5、前三点式起落架6、起落架容纳室7、第一主驱动杆8、第一连杆9、第一从动杆10、第一连接块11、浮筒容纳室12、第二主驱动杆13、第二连杆14、第二从动杆15、第二连接块16、前轴17、联轴器18、后轴19、旋转电机20、轴承21、外壳22、液压油缸23、铰接部24、水平支撑25、竖直支撑26。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“周向”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的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-9所示，本发明提供了一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，所述飞翼式飞机具有太阳能板1、螺旋桨2、机翼3和副翼4，所述太阳能板1设置在机翼3的上表面，所述副翼4设置在机翼3的后方，所述机翼3的下方安装有雪橇式浮筒起落架5和前三点式起落架6，所述前三点式起落架6通过第一驱动机构实现收起和放下，所述雪橇式浮筒起落架5通过第二驱动机构实现收起和放下，所述前三点式起落架6的上方对应设置有起落架容纳室7，所述雪橇式浮筒起落架5的上方对应设置有浮筒容纳室12。

所述第一驱动机构包括第一主驱动杆8、第一连杆9、第一从动杆10和第一连接块11，所述第一主驱动杆8的一端连接电机输出轴，另一端与第一连杆9的一端连接，第一连杆9的另一端连接起落架轮，第一从动杆10铰接在起落架容纳室7内，第一从动杆7的一端铰接在固定在第一连杆9上的第一连接块11上。

所述第二驱动机构包括第二主驱动杆13、第二连杆14、第二从动杆15和第二连接块16，所述第二主驱动杆13的一端连接电机输出轴，另一端与第二连杆14的一端连接，第二连杆14的另一端连接雪橇式浮筒，第二从动杆15铰接在浮筒容纳室12内，第二从动杆15的一端铰接在固定在第二连杆14上的第二连接块16上。

所述螺旋桨2具有可倾转驱动机构。

所述可倾转驱动机构包括前轴17、联轴器18、后轴19、旋转电机20、轴承21、外壳22、液压油缸23、铰接部24、水平支撑25、竖直支撑26，所述前轴17的前端连接螺旋桨2，所述前轴17的后端通过联轴器18连接后轴19，所述后轴19连接旋转电机20的输出轴，所述前轴17上套接有轴承21，轴承21外侧套接外壳22，所述外壳22通过铰接部24与液压油缸23连接，液压油缸的缸体部与机翼3铰接，所述水平支撑25用于在前轴17处于水平状态时支撑外壳22，所述竖直支撑26用于在前轴17处于竖直状态时支撑外壳22。

所述联轴器18为万向联轴器。

多种起降方式的翼身融合太阳能飞翼式飞机的设计方法是为了使太阳能飞机减轻自身重量，提高气动性，并且适应不同环境而提出的设计方法。

多种起降方式的翼身融合太阳能飞翼式飞机主要实施步骤包括：

1、在水面时，前三点式起落架6收起，雪橇式浮筒起落架5打开，浮筒产生浮力，使飞翼式飞机在水面停放；在水面滑行起飞时，前三点式起落架6收起，雪橇式浮筒起落架5打开，倾转螺旋桨2在电机驱动下转换为水平状态，实现水面滑行起飞；在水面垂直起降时，前三点式起落架6收起，雪橇式浮筒起落架5打开，倾转螺旋桨2在电机驱动下转换为垂直状态，实现水面垂直起降。飞翼式飞机起飞后，雪橇式浮筒起落架5收起。

2、在陆地时，当有地面跑道时，雪橇式浮筒起落架5收起，前三点式起落架6打开，倾转螺旋桨2在电机驱动下转换为水平状态，飞翼式飞机可在陆地滑跑起飞；当地面崎岖无跑道时，雪橇式浮筒起落架5收起，前三点式起落架6打开，倾转螺旋桨2在电机驱动下转换为垂直状态，飞翼式飞机垂直起降；当在雪地时，前三点式起落架6收起，雪橇式浮筒起落架5打开，倾转螺旋桨2在电机驱动下为水平状态时，可以实现飞翼式飞机滑行起飞，如果倾转螺旋桨2在电机驱动下为垂直状态时，也可以实现飞翼式飞机垂直起降。

3、翼身融合了太阳能，飞翼式飞机在起飞后，太阳能板1吸收太阳能，源源不断的提供能量，节能环保。吸收的太阳能转化为电能存储到电池中，并由电池供电驱动倾转螺旋桨2，为飞翼式飞机提供动力。

运用本专利生成装置在保持飞翼布局的同时，实现了在不同环境有着多种起降方式的设计，并且能够实现节能减排、环保等总体性能。

运用具备多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，本例给定实现在地面跑道进行滑跑起飞，并在水面垂直降落的预想，按照本专利所述设计方法，飞翼式飞机利用太阳能储能的电池成功驱动螺旋桨，并利用了两套不同的起落架系统完全实现我们预想的功能。

翼身融合的太阳能飞翼式飞机结合了飞翼式飞机与太阳能飞机的优点，采用飞翼式气动布局的方式，使太阳能飞机在减少重量和尺寸的同时，能够提高其载荷能力，而且该布局更大范围的采光面积也同样有利于太阳能的收集。同时周边情况多变，为了适应不同地点，不同环境，设计多种起降方式，不仅在陆地、水面可进行起降，也可滑行、垂直起降，减少不必要干扰。

Claims (6)

1.一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，所述飞翼式飞机具有太阳能板(1)、螺旋桨(2)、机翼(3)和副翼(4)，其特征在于：所述太阳能板(1)设置在机翼(3)的上表面，所述副翼(4)设置在机翼(3)的后方，所述机翼(3)的下方安装有雪橇式浮筒起落架(5)和前三点式起落架(6)，所述前三点式起落架(6)通过第一驱动机构实现收起和放下，所述雪橇式浮筒起落架(5)通过第二驱动机构实现收起和放下，所述前三点式起落架(6)的上方对应设置有起落架容纳室(7)，所述雪橇式浮筒起落架(5)的上方对应设置有浮筒容纳室(12)。

2.如权利要求1所述的一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一主驱动杆(8)、第一连杆(9)、第一从动杆(10)和第一连接块(11)，所述第一主驱动杆(8)的一端连接电机输出轴，另一端与第一连杆(9)的一端连接，第一连杆(9)的另一端连接起落架轮，第一从动杆(10)铰接在起落架容纳室(7)内，第一从动杆(7)的一端铰接在固定在第一连杆(9)上的第一连接块(11)上。

3.如权利要求2所述的一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，其特征在于：所述第二驱动机构包括第二主驱动杆(13)、第二连杆(14)、第二从动杆(15)和第二连接块(16)，所述第二主驱动杆(13)的一端连接电机输出轴，另一端与第二连杆(14)的一端连接，第二连杆(14)的另一端连接雪橇式浮筒，第二从动杆(15)铰接在浮筒容纳室(12)内，第二从动杆(15)的一端铰接在固定在第二连杆(14)上的第二连接块(16)上。

4.如权利要求3所述的一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，其特征在于：所述螺旋桨(2)具有可倾转驱动机构，实现飞翼式飞机滑行起飞和垂直起。

5.如权利要求3所述的一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，其特征在于：所述可倾转驱动机构包括前轴(17)、联轴器(18)、后轴(19)、旋转电机(20)、轴承(21)、外壳(22)、液压油缸(23)、铰接部(24)、水平支撑(25)、竖直支撑(26)，所述前轴(17)的前端连接螺旋桨(2)，所述前轴(17)的后端通过联轴器(18)连接后轴(19)，所述后轴(19)连接旋转电机(20)的输出轴，所述前轴(17)上套接有轴承(21)，轴承(21)外侧套接外壳(22)，所述外壳(22)通过铰接部(24)与液压油缸(23)连接，液压油缸的缸体部与机翼(3)铰接，所述水平支撑(25)用于在前轴(17)处于水平状态时支撑外壳(22，所述竖直支撑(26)用于在前轴(17)处于竖直状态时支撑外壳(22)。

6.如权利要求3所述的一种具有多种起降方式的太阳能飞翼式飞机，其特征在于：所述联轴器(18)为万向联轴器。