CN112607030A - 一种组合式垂直起降飞行器及其起降方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞行器设计领域,具体涉及一种组合式垂直起降飞行器及其起降方法。组合式垂直起降飞行器包括:任务飞行器(1)、拉索(2)和运载飞行器(3),其中,起飞和降落阶段,拉索(2)上端与运载飞行器(3)的机身(301)下的吊挂点连接,拉索(2)下端与任务飞行器(1)的吊挂点(111)连接,通过运载飞行器(3)带动任务飞行器(1)起飞和降落。能够在没有跑道的情况下,实现飞行器的垂直起飞、水平高速飞行和垂直降落;兼具直升机飞行器垂直起降和固定翼飞行器高速飞行的优点。
Description
技术领域
本发明属于飞行器设计领域,具体涉及一种组合式垂直起降飞行器及其起降方法。
背景技术
传统垂直起降飞行器如直升机、倾转旋翼飞机。直升机由旋翼产生升力起飞,飞行后通过控制旋翼小幅度倾斜,产生向前飞行的拉力,实现直升机前飞,但受旋翼气动效率的影响,所能达到的前飞速度低。倾转旋翼飞机,其旋翼可在竖直和水平方向范围内倾转;起飞时,旋翼处于竖直状态产生向上的升力,实现飞机垂直起飞;起飞后,旋翼倾转至水平状态产生向前的拉力,实现飞机的前飞;这种飞机的倾转机构非常复杂且重量大,所以有效任务载重的重量效率低;且由于旋翼需要兼顾垂直起飞和前飞两种工况,故其旋翼效率很低;还有起飞时的动力远大于前飞所需的动力,给发动机的设计和寿命带来了很大的难度。
发明内容
发明目的:提供一种组合式垂直起降飞行器及其起降方法,以在没有跑道的情况下实现任务飞行器的高速飞行。
技术方案:
第一方面,提供了一种组合式垂直起降飞行器,包括:任务飞行器1、拉索2和运载飞行器3,其中,起飞和降落阶段,拉索2上端与运载飞行器3的机身301下的吊挂点连接,拉索2下端与任务飞行器1的吊挂点111连接,通过运载飞行器3带动任务飞行器1起飞和降落。
进一步地,运载飞行器3为多旋翼飞行器,包括机身301、至少四个旋翼302以及至少四个悬臂303,其中,至少四个旋翼302分散布置在机身301的周围,并且分别通过悬臂303与机身301连接。
进一步地,任务飞行器1上方设置有吊挂装置110,其中,吊挂装置110包括拉杆101、后拉索102、左拉索103、右拉锁104以及吊挂点111,拉杆101、后拉索102、左拉索103、右拉锁104汇于吊挂点111。
进一步地,拉杆101的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心前方,且在飞行器对称面上,拉杆101可绕该起吊点转动;后拉索102的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心后方,且在飞行器对称面上,后拉索102可绕该起吊点伸长缩短;左拉索103、右拉锁104的下部交点分别对称安装在两侧机翼的起吊点上,该起吊点的航向位置位于飞行器重心附近,左拉索103、右拉锁104可绕该起吊点伸长缩短。
进一步地,拉索2为能自由弯曲的绳索,拉索2的拉伸载荷大于任务飞行器1重量的1.5倍。
第二方面,提供了一种组合式垂直起降飞行器的起飞方法,包括:
将任务飞行器1和运载飞行器3通过拉索2连接在一起;
使运载飞行器3起飞,在运载飞行器3飞行至任务飞行器1上方时,通过拉索2将任务飞行器1吊离地面进入悬停状态;
任务飞行器1吊离地面进入悬停状态之后,使运载飞行器3前倾,拖曳任务飞行器1加速前飞;
在任务飞行器1达到飞行器的最小前飞速度时,使任务飞行器1的动力装置131开机;
任务飞行器1的动力装置131开机后,使任务飞行器1与拉索2断开;
进一步地,还包括:任务飞行器1与拉索2断开之后,运载飞行器3返回地面。
第三方面,提供了一种组合式垂直起降飞行器的降落方法,其特征在于,包括:
运载飞行器3以任务飞行器1的最小前飞速度维持前飞状态;
任务飞行器1从运载飞行器3正后方接近运载飞行器3,并将吊挂点111与拉索2连接;
在拉索2将任务飞行器1和运载飞行器3连接后,运载飞行器3加大马力前飞,同时任务飞行器1的动力装置131关机,由运载飞行器3拖曳任务飞行器1减速前飞;
任务飞行器1减速至悬停状态后,使运载飞行器3垂直下降直到任务飞行器1降落至地面时。
有益效果:
本发明的一种组合式垂直起降飞行器,可以再没有跑道的情况下,实现飞行器的垂直起飞、水平高速飞行和垂直降落;兼具直升机飞行器垂直起降和固定翼飞行器高速飞行的优点;运载飞行器和任务飞行器分离后,由任务飞行器单独执行任务,相对传统垂直起降飞行器,将垂直起降模块分离,可以将任务飞行器设计的更加精巧,降低空机重量,提高任务飞行器的使用效率。
附图说明
图1为本发明的组合式垂直起降飞行器结构示意图;
图2为任务飞行器的结构示意图。
图3为组合式垂直起降飞行器初始起飞阶段示意图。
图4为组合式垂直起降飞行器垂直上升准备阶段的示意图。
图5为组合式垂直起降飞行器垂直上升的示意图。
图6为组合式垂直起降飞行器前飞状态的示意图。
图7为任务飞行器前飞状态下吊挂装置结构示意图。
图8为任务飞行器与运载飞行器分离状态的示意图。
图9为任务飞行器接近运载飞行器的状态示意图。
其中,任务飞行器1、拉索2、运载飞行器3、拉杆101、后拉索102和左拉索103、右拉锁104、机翼121和动力装置131、吊挂点111、吊挂装置110、机身301、旋翼302、悬臂303
具体实施方式
为了实现在没有跑道的情况下实现任务飞行器的高速飞行。本发明提供了一种组合式垂直起降飞行器。
在本发明可能的实施例中,组合式垂直起降飞行器由任务飞行器1、拉索2和运载飞行器3组成。任务飞行器1为固定翼飞行器,运载飞行器3为多旋翼飞行器。起飞时,运载飞行器和任务飞行器连接在一起,构成一个整体的组合式飞行器,由运载飞行器的旋翼提供垂直起飞所需的升力;起飞后组合式飞行器前倾至前飞状态,该过程任务飞行器的发动机开机,由两者同时提供向上的升力和向前飞行的动力;当组合飞行器达到固定翼最小飞行速度时,进入分离阶段,运载飞行器和组合飞行器之间断离,形成两个独立的飞行器,运载飞行器可返回机场,由任务飞行器单独执行任务;当任务飞行器返回时,运载飞行器进入倾斜前飞状态并达到固定翼最小飞行速度,任务飞行器保持同速并进行空中对接;对接后,组合飞行器后倾至垂直状态,任务飞行器关机,由运载飞行器的旋翼提供升力实施垂直降落。
下面结合附图详细说明。
如图1,一种组合式垂直起降飞行器,由任务飞行器1、拉索2和运载飞行器3组成。如图2,任务飞行器1为固定翼飞行器,其基本组成与常规固定翼飞行器相同,包含机翼121、吊挂装置110和动力装置131,吊挂装置110包含拉杆101、后拉索102和左拉索103、右拉锁104。拉杆101、后拉索102和左拉索103、右拉锁104汇于吊挂点111。拉杆101的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心前方,且在飞行器对称面上,拉杆101可绕该起吊点转动。后拉索102的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心后方,且在飞行器对称面上,后拉索102可绕该起吊点伸长缩短。左拉索103、右拉锁104的下部交点分别对称安装在两侧机翼的起吊点上,该起吊点的航向位置位于飞行器重心附近,左拉索103、右拉锁104可绕该起吊点伸长缩短。
运载飞行器3为多旋翼飞行器,在一个可能的实施例中,由机身301、8个旋翼302和8个悬臂303组成。8个旋翼302分散布置在机身301的周围,通过悬臂303与机身301连接。8个旋翼302产生升力,实现运载飞行器3垂直上升、悬停和前飞。拉索2为柔性高强度的钢丝绳,拉索2的拉伸载荷大于任务飞行器1重量的1.5倍;拉索2上端与运载飞行器3的机身301下的吊挂点连接,拉索2下端与任务飞行器1的吊挂点111连接。
组合式垂直起降飞行器起飞过程可分为5个阶段:
起飞阶段1:地面状态下,任务飞行器1和运载飞行器3通过拉索2连接在一起,如图3;
起飞阶段2:运载飞行器3起飞后,飞行至任务飞行器1上方,如图4,通过拉索2将任务飞行器1吊离地面进入悬停状态,如图5;
起飞阶段3:运载飞行器3前倾,拖曳任务飞行器1加速前飞,如图6和7,该阶段任务飞行器1的前飞速度低,机翼121产生升力不足,无法全部克服飞行器的重力,拉索2提供的拉力克服飞行器的重力和前飞受到的阻力;
起飞阶段4:当任务飞行器1达到飞行器的最小前飞速度时,任务飞行器1的动力装置131开机,产生向前的拉力,以克服飞行器前飞受到的阻力;
起飞阶段5:任务飞行器1的动力装置131开机后,拉索2与吊挂点111分离,任务飞行器1继续前飞执行飞行任务,运载飞行器3返回地面,如图8。
组合式垂直起降飞行器降落过程可分为5个阶段:
降落阶段1:任务飞行器1执行完飞行任务返航时,运载飞行器3起飞待命,以任务飞行器1的最小前飞速度维持前飞状态;
降落阶段2:任务飞行器1从运载飞行器3正后方以最小前飞速度接近运载飞行器3,如图9,并将吊挂点111与拉索2连接;
降落阶段3:拉索2将任务飞行器1和运载飞行器3连接后,运载飞行器3加大马力前飞,同时任务飞行器1的动力装置131关机,由运载飞行器3拖曳任务飞行器1减速前飞;
降落阶段4:任务飞行器1减速前飞时,任务飞行器1的前飞速度低,机翼121产生升力不足,无法全部克服飞行器的重力,拉索2提供的拉力克服飞行器的重力和前飞受到的阻力;
降落阶段5:任务飞行器1减速至悬停状态后,运载飞行器3缓慢垂直下降,将任务飞行器1降落至地面,随后运载飞行器3降落至任务飞行器1附近的地面。
本发明提出的组合式垂直起降飞行器,可以再没有跑道的情况下,实现飞行器的垂直起飞、水平高速飞行和垂直降落;兼具直升机飞行器垂直起降和固定翼飞行器高速飞行的优点;运载飞行器和任务飞行器分离后,由任务飞行器单独执行任务,相对传统垂直起降飞行器,将垂直起降模块分离,可以将任务飞行器设计的更加精巧,降低空机重量,提高任务飞行器的使用效率。
Claims (8)
1.一种组合式垂直起降飞行器,其特征在于,包括:任务飞行器(1)、拉索(2)和运载飞行器(3),其中,起飞和降落阶段,拉索(2)上端与运载飞行器(3)的机身(301)下的吊挂点连接,拉索(2)下端与任务飞行器(1)的吊挂点(111)连接,通过运载飞行器(3)带动任务飞行器(1)起飞和降落。
2.根据权利要求1所述的飞行器,其特征在于,运载飞行器(3)为多旋翼飞行器,包括机身(301)、至少四个旋翼(302)以及至少四个悬臂(303),其中,至少四个旋翼(302)分散布置在机身(301)的周围,并且分别通过悬臂(303)与机身(301)连接。
3.根据权利要求1所述的飞行器,其特征在于,任务飞行器(1)上方设置有吊挂装置110,其中,吊挂装置(110)包括拉杆(101)、后拉索(102)、左拉索(103)、右拉锁(104)以及吊挂点(111),拉杆(101)、后拉索(102)、左拉索(103)、右拉锁(104)汇于吊挂点(111)。
4.根据权利要求3所述的飞行器,其特征在于,拉杆(101)的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心前方,且在飞行器对称面上,拉杆(101)可绕该起吊点转动;后拉索(102)的下部交点安装在机身上方的起吊点上,该起吊点位于飞行器重心后方,且在飞行器对称面上,后拉索(102)可绕该起吊点伸长缩短;左拉索(103)、右拉锁(104)的下部交点分别对称安装在两侧机翼的起吊点上,该起吊点的航向位置位于飞行器重心附近,左拉索(103)、右拉锁(104)可绕该起吊点伸长缩短。
5.根据权利要求1所述的飞行器,其特征在于,拉索(2)为能自由弯曲的绳索,拉索(2)的拉伸载荷大于任务飞行器(1)重量的1.5倍。
6.一种组合式垂直起降飞行器的起飞方法,其特征在于,包括:
将任务飞行器(1)和运载飞行器(3)通过拉索(2)连接在一起;
使运载飞行器(3)起飞,在运载飞行器(3)飞行至任务飞行器(1)上方时,通过拉索(2)将任务飞行器(1)吊离地面进入悬停状态;
任务飞行器(1)吊离地面进入悬停状态之后,使运载飞行器(3)前倾,拖曳任务飞行器(1)加速前飞;
在任务飞行器(1)达到飞行器的最小前飞速度时,使任务飞行器(1)的动力装置(131)开机;
任务飞行器(1)的动力装置(131)开机后,使任务飞行器(1)与拉索(2)断开。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:任务飞行器(1)与拉索(2)断开之后,运载飞行器(3)返回地面。
8.一种组合式垂直起降飞行器的降落方法,其特征在于,包括:
运载飞行器(3)以任务飞行器(1)的最小前飞速度维持前飞状态;
任务飞行器(1)从运载飞行器(3)正后方接近运载飞行器(3),并将吊挂点(111)与拉索(2)连接;
在拉索(2)将任务飞行器(1)和运载飞行器(3)连接后,运载飞行器(3)加大马力前飞,同时任务飞行器(1)的动力装置(131)关机,由运载飞行器(3)拖曳任务飞行器(1)减速前飞;
任务飞行器(1)减速至悬停状态后,使运载飞行器(3)垂直下降直到任务飞行器(1)降落至地面时。
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