CN111152926A - 一种串列翼装置及串列翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串列翼装置及串列翼飞行器，所述串列翼装置包括：环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干翼；所述环形运动装置能够主动式环形循环运动；若干翼能够随所述环形运动装置循环运动，以使该串列翼装置获得升力或同时获得升力和推力。本发明一种串列翼装置，结构简单，可垂直起降，多翼不形成闭合环形、翼间干扰小而升阻比大，没有大迎风截面的环形涵道，飞行阻力小，飞行器的运行速度和翼的循环运动速度可以叠加。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器，更具体地说涉及一种串列翼装置及串列翼飞行器。
背景技术
固定翼飞机、直升机、多旋翼飞行器是常见的飞行器。固定翼飞机机翼升阻比大，但一般只有一到两个主翼，升力面积小，难以在低速下提供较大升力且不能垂直起降；翼自身不能提供前进的动力，需要额外的螺旋桨来提供，螺旋桨的推进功率有损失，能量利用效率低。直升机、多旋翼飞行器可以垂直起降但升阻比小，能量利用效率低。
公告号为CN201710222033.4的中国发明专利公开了一种新型的电磁驱动串列翼飞行器，这种飞行器在一个大涵道里包括多个串列翼，这些串列翼形成一个闭合环面，串列翼悬浮在电磁轨道上，串列翼循环转动从而提供飞行器的升力。这种飞行器虽然也能垂直起降，但是它的磁悬浮结构复杂，对制造要求高，成本高；根据卡门—加布里埃尔运输效率图可知现有直升机的升阻比在4左右，而电磁驱动串列翼飞行器多翼形成一个闭合环形，翼间干扰大，导致升力减小而阻力增大，升阻比小于4，能耗高；涵道的迎风截面大，飞行中阻力大；升力和翼的速度平方成正比，这种串列翼飞行器的飞行速度和翼的循环运行速度不能叠加，不能进一步地增加升力。新型的电磁驱动串列翼飞行器运行时串列翼装置不能提供推力，需用其他推进器，推进器不仅增加了飞行器迎风面积，而且增加了阻力，还有功率损耗，降低了能量利用率。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种新型的串列翼装置和串列翼飞行器。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
一种串列翼装置，包括：
环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干翼；
所述环形运动装置能够环形循环运动；
若干翼能够随所述环形运动装置循环运动，以使该串列翼装置获得升力或同时获得升力和推力。
所述环形运动装置包括：
环形输送单元、以及至少两个转轮；
所述环形输送单元绕在所述转轮上形成环形运动结构；
所述环形输送单元上固定设有若干个用于固定所述翼的翼固定件。
还包括串列翼装置架，串列翼装置架与机体之间通过连接件固定连接，串列翼装置架通过轴承与所述转轮转动连接。
所述串列翼装置架上通过轨道连接件设置有与所述环形输送单元输送方向相平行设置的轨道，所述翼固定件一面与所述环形输送单元固定，另一面与翼固定连接；
翼固定件的左、右两侧对称设有朝向所述轨道方向延伸设置的两个连接耳，所述连接耳上设有用于与所述轨道滚动接触的滚轮。
所述环形输送单元为环形输送带、环形输送链或环形输送绳。
所述翼的两端设有用于限制翼尖绕流，减弱下洗流以获得较大升阻比的翼端挡板。
所述环形运动装置为环形直线电机装置，环形的轨道作为定子，围绕环形轨道设置多个转子，每个转子上都固定连接翼。
位于环形运动装置上方的上方翼和位于环形运动装置下方的下方翼之间，靠近上方翼设置有翼隔板，所述翼隔板的底部通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的上表面距离上方翼的下表面具有平行间隔距离；
或者，位于环形运动装置上方的上方翼上方设置有翼隔板，所述翼隔板的底部通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的下表面距离上方翼的上表面具有平行间隔距离；
或者，位于环形运动装置下方的下方翼和位于环形运动装置上方的上方翼之间，靠近下方翼设置翼隔板，所述翼隔板通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的下表面距离下方翼的上表面具有平行间隔距离；
或者翼隔板设置在所述下方翼下面，所述翼隔板通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的上表面距离下方翼的下表面具有平行间隔距离。
本发明进一步公开了一种串列翼飞行器，包括飞行器本体、以及设置在所述飞行器本体上的一个或多个所述的串列翼装置；
还包括推进器，设置在所述飞行器本体上，用于提供飞行器的部分或全部飞行动力。
本发明一种串列翼装置及串列翼飞行器相比于现有飞行器翼的结构来说，具有以下有益效果：
第一、根据卡门—加布里埃尔运输效率图知现有固定翼运输机的升阻比为18左右，本发明的翼虽然前后翼会有一些干扰，但它们和固定翼一样相对于空气是平移运动，在加上多翼的设置可使展弦比更大，从而本发明也能获得和固定翼运输机差不多的大升阻比，减小飞行时的阻力。
第二．本发明串列翼装置中的上方翼和下方翼为高度不同的两纵列，没有形成闭合环形，干扰大大减小，能获得较大的升阻比。
第三．飞行器没有大迎风截面的环形涵道，飞行阻力小。
第四.本发明翼相对于空气的速度等于串列翼装置环形运动的速度加上飞行器的飞行速度，飞行器升力和速度平方成正比，本发明可以在较小的飞行速度下获得较大的升力。
第五.本发明可以通过设置串列翼的首尾高度差或用其他方式实现机翼提供升力的同时产生一个向前的升力分量，从而提供飞行器飞行时的推进力，以减少额外安装推进器的推进器阻力及提高能量利用效率。
第六.本发明无需复杂的磁悬浮装置，结构简单，制造相对方便，成本低。
附图说明
图1是本发明串列翼装置实施例1的结构示意图；
其中，1为串列翼装置架；2为输送带；3为带轮；4为翼固定件；5为翼；
图2是本发明串列翼装置实施例1的主视图；
图3是本发明串列翼装置实施例2的主视图；
图4是本发明串列翼装置实施例3的结构示意图；
其中，6为挡板支架；7为翼端挡板；
图5是本发明串列翼装置实施例4的结构示意图；
其中，8为翼隔板；9为隔板支架；
图6为翼隔板垂直放置示意图；
图7是本发明串列翼装置实施例5的结构示意图；
图8是本发明串列翼装置实施例6的结构示意图；
图9是翼运行到下方时的速度示意图；
图10所示是一种环形运动装置的几何形状示意图；
图11是本发明串列翼装置实施例7的结构示意图；
图12是本发明串列翼装置实施例7的主视图；
其中，10为滚轮；11为轨道；12为轨道连接件；
图13是本发明串列翼飞行器的结构示意图；
图14是本发明串列翼飞行器飞行时的主视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明串列翼装置及串列翼飞行器的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示是本发明串列翼装置的第1种实施例的结构示意图。
如图2所示是本发明串列翼装置的第1种实施例的主视图。
包括串列翼装置架1、输送带2、带轮3、翼固定件4、翼5、驱动装置。翼固定件4将一个翼5固定在输送带2上，驱动装置驱动带轮3转动时带动输送带2转动，输送带2上固定的翼5和输送带2一起循环运动。为便于说明原理，现举一例。假设空气流速为零，以图2中正右侧为飞行方向，为正反向，飞行器以20m/s的速度飞行，输送带以30m/s的速度逆时针转动，下方的翼向前进方向运行，上方的翼向前进方向反方向运动（本发明中所称上方翼为运行到上方时的翼，下方翼为运行到下方的翼），这时下方翼相对于空气的速度为飞行器运行速度加上翼循环运动速度为50m/s，此时下方翼速度远大于飞行速度和翼循环运动速度，升力和速度的平方成正比，速度越大，升力越大。上方的翼相对于空气的速度为翼循环运动速度减去飞行器飞行速度为-10m/s；上方翼产生升力的方向向下，本文统称为负升力；负升力也和速度的平方成正比，由于上方翼相对于空气的运行速度小，负升力也小。上方翼和下方翼形成有一定间距的两纵列，没有成闭合环形，干扰大大减小。本发明翼的运行是移动的，不是直升机的转动，升阻比大。串列翼装置没有大迎风截面的环形涵道，飞行阻力小。当然转轮也可是可以主动转动的驱动轮。
为了进一步的减小翼间干扰，本发明可以设置翼的垂直高度不同。
实施例2
如图3所示是本发明第二种实施例的主视图。
其与第一个实施例不同的是输送带顺时针转动，这时上方翼相对于空气的速度为飞行器运行速度的绝对值加上翼循环运动速度的绝对值，此时上方的翼获得了一个比循环运行速度以及飞行速度都大的一个相对于空气的速度，获得较大升力；下方翼获得较小的负升力。
实施例3
如图4示是本发明第三种实施例的立体图。
与第一种实施例不同的是翼两端各有一块翼端挡板7，限制翼尖绕流，从而减弱下洗流以获得更大的升阻比。翼端挡板支架6一端和串列翼装置架1固定连接，另一端和翼端挡板7连接。
实施例4
如图5示是本发明第四种实施例的立体图。
与第一种实施例不同的是在上方翼下方设置有一翼隔板8，翼隔板8通过隔板支架9和串列翼装置架1固定连接，翼隔板8距离上方翼间隙小，这样上方翼在运行时下方是翼隔板，上方翼下表面会产生负压，翼隔板8上表面也产生负压，两个表面产生的负压相抵消，从而进一步的减小了负升力，同时翼隔板8的设置也会使上方翼和下方翼的翼尖绕流减小，从而降低翼运动时的阻力。当然翼隔板8也可以放置在上方翼的上方。翼隔板的设置让本发明的串列翼飞行器可以垂直起飞，串列翼装置在地面静止时，串列翼开始循环运动，翼运行到下方时产生较大升力，运行到上方时由于距离翼隔板近，负升力会被大大削弱，随着循环运动速度的加快，串列翼产生的升力增大直至等于或超过飞行器重力，串列翼飞行器脱离地面垂直起飞，降落时减慢循环运动速度，升力降低，飞行器下落至地面。隔板对下方翼的升力会产生不利影响，也可以设置翼隔板从中间分开为两块，翼隔板和翼隔板支架为可转动连接，翼隔板上有转轴，翼隔板支架上有转轴套，起飞后翼隔板转动垂直放置如图6所示。当然两块翼在起飞后也可使翼隔板向翼尖方向移动使串列翼装置中部空出略小于翼展长度的缝也可以减小翼隔板对下方翼的不利干扰。当然为了减小翼隔板对下方翼的升力产生的不利影响，还可以将翼隔板在翼展方向上的宽度做的窄一些，或者在翼隔板中间开缝。
上方翼提供升力时，可选择的在环形运动装置中位于下方的下方翼和位于上方翼之间，靠近下方翼设置翼隔板，或者翼隔板设置在下方翼下面；可选择的不设置翼隔板；
实施例5
如图7示是本发明第五种实施例的立体图。
为了使串列翼装置获得较好的横向稳定性或者为了进一步减小上下翼间的干扰，本发明设置翼为左右两翼，两翼之间有一夹角，翼运行到下方时有一个下反角；当然也可以设置翼运行到下方时为上反角。翼有反角存在时设置的翼隔板为V形或倒V形。当然也可以设置翼有后掠角来增加横向稳定性。
实施例6
如图8所示是本发明的第六种实施例，它的串列翼装置机头方向低机尾方向高。取运行到下方的一个翼画其速度图如图9所示，假设空气流速为零，以图9中正右侧为飞行方向，为正方向，由于机头方向环形运动装置低，所以翼在下方运动的速度V2方向斜向下，飞行器的运动速度为V1，飞行器相对空气的运动速度为V1与V2的合速度，这样空气对翼有一个斜向上的速度，从而升力会产生一个向前的分力，这分力可以抵消部分飞行器运行时的阻力，进一步的增大这升力的分力可以提供飞行器全部的推进力。当然本发明使翼产生升力向前分力的方法不限于让翼装置前低后高，也可以通过改变环形运动装置的形状来实现，如图10所示的环形运动装置几何形状示意图，翼在下方运动的速度方向斜向下，升力会产生一个向前的分力。
实施例7
第6种实施例如图11、图12所示，为了在翼提供较大升力时，不顶着输送带垂直向上移动过多，在翼固定件4上安装滚轮10，在翼装置架1上安装轨道11，轨道11和翼装置架1通过轨道连接件12固定在一起，使翼5的升力通过滚轮10作用在轨道11上，从而限制翼5向上或向下的移动，保证翼5运行的平稳性。
实施例8
第7种实施例如图13、图14所示，该实施例的串列翼装置个数是四个，串列翼装置上方翼下面有翼隔板8，四个串列翼装置固定在机架13上，各有一套动力系统，通过环形运动速度的不同，调节飞行器的平衡。飞行器静止在地面上，串列翼装置循环运动，随着运动速度的增加，飞行器起飞脱离地面，以图14右侧方向为飞行器飞行方向，前方两个串列翼速度减慢、后方两个串列翼速度加快，飞行器发生一个俯仰使前方低后方高，这样机翼就会产生一个向前的分力从而克服空气阻力向前飞行；当需要减速时，前方两个串列翼速度加快、后方两个串列翼速度变慢，飞行器发生一个俯仰使前方抬高一些，后方降低从而减小推进力降低速度。
飞行器上串列翼的个数可以根据要求灵活设置，1个、2个、3个、5个等都行。
作为本发明的其他实施例，本发明的串列翼装置不限于输送带装置；可以是链条、链轮装置，翼固定在链条上，随链条一起作环形运动；也可以是钢丝绳，钢丝绳轮装置，翼固定在钢丝绳上，随钢丝绳一起作环形运动；也可以是环形直线电机装置（直线电机弯曲成环形），环形的轨道作为定子，围绕环形轨道设置多个转子，每个转子上都固定上翼，翼随转子一起作环形运动。
本发明的稳定性可以参考现有飞行器的稳定性进行设置，比如加平尾、垂尾等。本发明的转向可以参考现有固定翼飞行器的转向舵装置。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (10)
1.一种串列翼装置，其特征在于：包括：
环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干翼；
所述环形运动装置能够环形循环运动；
若干翼能够随所述环形运动装置循环运动，以使该串列翼装置获得升力或同时获得升力和推力。
2.根据权利要求1所述的串列翼装置，其特征在于，所述环形运动装置包括：
环形输送单元、以及至少两个转轮；
所述环形输送单元绕在所述转轮上形成环形运动结构；
所述环形输送单元上固定设有若干个用于固定所述翼的翼固定件。
3.根据权利要求2所述的串列翼装置，其特征在于，还包括串列翼装置架，串列翼装置架与机体之间通过连接件固定连接，串列翼装置架通过轴承与所述转轮转动连接。
4.根据权利要求3所述的串列翼装置，其特征在于，所述串列翼装置架上通过轨道连接件设置有与所述环形输送单元输送方向相平行设置的轨道，所述翼固定件一面与所述环形输送单元固定，另一面与翼固定连接；
翼固定件的左、右两侧对称设有朝向所述轨道方向延伸设置的两个连接耳，所述连接耳上设有用于与所述轨道滚动接触的滚轮。
5.根据权利要求2所述的串列翼装置，其特征在于，所述环形输送单元为环形输送带、环形输送链或环形输送绳。
6.根据权利要求2所述的串列翼装置，其特征在于，所述翼的两端设有用于限制翼尖绕流，减弱下洗流以获得较大升阻比的翼端挡板。
7.根据权利要求1所述的串列翼装置，其特征在于，所述环形运动装置为环形直线电机装置，环形的轨道作为定子，围绕环形轨道设置多个转子，每个转子上都固定连接翼。
8.根据权利要求1所述的串列翼装置，其特征在于，位于环形运动装置上方的上方翼和位于环形运动装置下方的下方翼之间，靠近上方翼设置有翼隔板，所述翼隔板的底部通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的上表面距离上方翼的下表面具有平行间隔距离；
或者，位于环形运动装置上方的上方翼上方设置有翼隔板，所述翼隔板的底部通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的下表面距离上方翼的上表面具有平行间隔距离；
或者，位于环形运动装置下方的下方翼和位于环形运动装置上方的上方翼之间，靠近下方翼设置翼隔板，所述翼隔板通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的下表面距离下方翼的上表面具有平行间隔距离；
或者翼隔板设置在所述下方翼下面，所述翼隔板通过隔板支架和串列翼装置架固定连接，翼隔板的上表面距离下方翼的下表面具有平行间隔距离。
9.一种串列翼飞行器，包括飞行器本体、以及设置在所述飞行器本体上的一个或多个如权利要求1~8中任一所述的串列翼装置。
10.根据权利要求9所述的串列翼飞行器，其特征在于，还包括推进器，设置在所述飞行器本体上，用于提供飞行器的部分或全部飞行动力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200515 |