CN114313259B - 一种纵向滚翼单元及基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种纵向滚翼单元及基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器。本发明提出一种纵向滚翼单元，包括螺旋桨旋转桨叶、滚翼桨叶、环形翼、转轴、旋转桨叶控制舵机和滚翼桨叶控制舵机，其中环形翼设置在纵向滚翼单元的两端，通过转轴连接；螺旋桨旋转桨叶设置在环形翼的环形腔内，且与旋转桨叶控制舵机连接；滚翼桨叶设置在两个环形翼之间，且与滚翼桨叶控制舵机连接；转轴与飞行器飞行方向同向。本发明还提出一种基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器。本发明既保留了常规滚翼飞行器垂直起降等优良特性，又具备固定翼飞行器高速飞行的能力。

Description

一种纵向滚翼单元及基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种纵向滚翼单元及基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器。

背景技术

基于摆线桨(滚翼)的滚翼飞行器，由于能够与直升机一样垂直起降，而且具备高气动效率、低噪音和全向适量推力的优点，近年来得到了蓬勃发展，目前主要应用于微小型和低速飞行器。常规滚翼飞行器，其摆线桨转轴方向与飞行方向垂直，通过控制摆线桨调节机构，能够在垂直转轴的平面内产生任意方向和一定范围内的升力，因此可以同时提供升力和向前的推力，无需专用的推力装置，此原理导致摆线桨叶有类似于直升机的前行桨叶、后行桨叶的概念，前行桨叶的气流坐标系速度为飞行器飞行速度叠加自身转速的前行速度，因此限制了其最大前行飞行速度。综上所述，受其基本原理限制，滚翼飞行器更适合低速飞行，无法实现固定翼飞行器的高速飞行速度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种纵向滚翼单元及基于该纵向滚翼单元的纵向滚翼飞行器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种纵向滚翼单元，包括螺旋桨旋转桨叶、滚翼桨叶、环形翼、转轴、旋转桨叶控制舵机和滚翼桨叶控制舵机，其中环形翼设置在纵向滚翼单元的两端，通过转轴连接；螺旋桨旋转桨叶设置在环形翼的环形腔内，且与旋转桨叶控制舵机连接；滚翼桨叶设置在两个环形翼之间，且与滚翼桨叶控制舵机连接；转轴与飞行器飞行方向同向；

纵向滚翼单元由动力驱动绕转轴旋转，螺旋桨旋转桨叶在随滚翼单元旋转的同时，由旋转桨叶控制舵机控制转动改变气流攻角，实现螺旋桨变矩功能，产生低速飞行所需的平行于转轴的气动力；滚翼桨叶在随滚翼单元旋转的同时，由滚翼桨叶控制舵机周期改变气动攻角，产生垂直于转轴的任意方向气动力。

进一步的，所述旋转桨叶控制舵机和滚翼桨叶控制舵机为舵机或电机。

一种纵向滚翼飞行器，包括机身、机翼、稳定翼面以及4个纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元两个一组对称布置在机身两侧，每组纵向滚翼单元通过转轴安装到机翼前后。

一种纵向滚翼飞行器，包括机身、稳定翼面以及4个纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元两个一组对称布置在机身两侧，每组纵向滚翼单元合并在一起，并通过前后两个小翼安装到机身上。

一种纵向滚翼飞行器，包括机身、稳定翼面以及多个纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元采用滚翼串列绕机身转动的布置方式。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：通过轴向飞行、集成环形翼、螺旋桨/操纵面等技术措施，实现了低速飞行直接力控制，并突破了滚翼飞行器高速飞行限制，既保留了常规滚翼飞行器垂直起降等优良特性，又具备固定翼飞行器高速飞行的能力。

附图说明

图1是常规滚翼飞行器示意图。

图2是纵向滚翼单元的结构示意图。

图3是纵向滚翼单元正视图及侧视图。

图4是高速纵向滚翼飞行器的示意图。

图5是同侧滚翼前后融合飞行器示意图。

图6是串列纵向滚翼飞行器示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明纵向滚翼飞行器，滚翼飞行器飞行方向与滚翼转轴同向，而不是常规与滚翼方向垂直的运动方向。其核心部分为纵向滚翼(又称摆线桨)单元，主要由滚翼桨叶12(也称摆线桨叶)、环形翼13、转轴14、螺旋桨旋转桨叶11、旋转桨叶控制舵机15、滚翼桨叶控制舵机16组成。

滚翼桨叶12在滚翼转动时产生垂直于转轴的拉力(可作为升力)，随滚翼旋转一周，滚翼桨叶由滚翼桨叶控制舵机16周期改变气动攻角，可产生垂直于转轴14的任意方向气动力；螺旋桨旋转桨叶11随滚翼一起旋转，由旋转桨叶控制舵机15控制转动改变气流攻角，实现螺旋桨变矩功能，可产生低速飞行所需的平行于转轴14的气动力，该力可向前、向后，可变大小；环形翼13安装于滚翼单元的前后两端，用于气动整流，降低飞行阻力，同时高速飞行时也能产生足够的升力。

由于避免了前后行桨叶的问题，纵向滚翼单元除支持正常低速飞行外，同时支持高速飞行。其原理保留了滚翼飞行器能够垂直起降的特性，在滚翼飞行器高速飞行时，环形翼13可以为飞行器产生升力、侧力等气动力，不再需要依靠滚翼旋转为飞行器产生升力及推力；螺旋桨旋转桨叶11由旋转桨叶控制舵机15调整实现顺桨降低气动阻力，滚翼不再绕转轴旋转，状态固定在一定角度位置(例如图2所示的旋转桨叶11处于水平垂直位置)，旋转桨叶控制舵机15的桨叶变矩功能转换为舵面控制功能，结合螺旋桨旋转桨叶11实现气动操纵舵面功能，产生俯仰、偏航、滚转气动力。

纵向滚翼单元由动力驱动绕转轴14旋转，动力可以为电机也可以是其他动力-传动装置驱动，为常规转动驱动。旋转桨叶控制舵机15和滚翼桨叶控制舵机16，可以是舵机、电机及其他实现同样功能的机构，例如滚翼桨叶控制舵机16目前大多是由滚翼变矩机构实现。

高速纵向滚翼飞行器，由机身21在其左右对称布置数量相等的纵向滚翼单元22，旋转方向同样左右对称，图4示例布置左右各两个纵向滚翼单元22，通过转轴24安装到机翼23上，能够实现纵向滚翼飞行器的俯仰、横倾及偏航控制，由于每个滚翼单元都能产生升力、侧力及轴向推力，因此支持飞行器直接力控制。纵向滚翼飞行器高速飞行时由稳定翼面25提供静态稳定性，另外安装大推力发动机(例如涡喷发动机)，提供高速飞行所需推力。机翼23也能为飞行器产生升力。

图5高速纵向滚翼飞行器，单侧两个滚翼单元合并在一起，但两个纵向滚翼单元33的滚翼桨叶12仍独立控制，因此其功能作用仍为2个独立滚翼，不同的是转轴34在前后两侧由小翼32支撑，两侧滚翼转向仍然相反，其它要素机身21、稳定翼面25类似，形成一种变化的滚翼飞行器。

图6所示为滚翼串列绕机身转动的布置方式，简称为串列纵向滚翼飞行器，由一定数量的纵向滚翼单元42绕机身旋转，转动方向分为正转和反转，其数量应满足驱动滚翼的扭矩平衡，转轴43可以位于机身内，也可以机身外进行支撑和旋转，机身42、稳定面44等元素功能不变。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种纵向滚翼单元，其特征在于，包括螺旋桨旋转桨叶（11）、滚翼桨叶（12）、环形翼（13）、转轴（14）、旋转桨叶控制舵机（15）和滚翼桨叶控制舵机（16），其中环形翼（13）设置在纵向滚翼单元的前后两端，通过转轴（14）连接；螺旋桨旋转桨叶（11）设置在环形翼（13）的环形腔内，且与旋转桨叶控制舵机（15）连接；滚翼桨叶（12）设置在两个环形翼（13）之间，且与滚翼桨叶控制舵机（16）连接；转轴（14）与飞行器飞行方向同向；

纵向滚翼单元由动力驱动绕转轴（14）旋转，螺旋桨旋转桨叶（11）在随滚翼单元旋转的同时，由旋转桨叶控制舵机（15）控制转动改变气流攻角，实现螺旋桨变矩功能，产生低速飞行所需的平行于转轴（14）的气动力；滚翼桨叶（12）在随滚翼单元旋转的同时，由滚翼桨叶控制舵机（16）周期改变气动攻角，产生垂直于转轴（14）的任意方向气动力；环形翼（13）用于气动整流，降低飞行阻力，同时高速飞行时也能产生足够的升力；

所述旋转桨叶控制舵机（15）和滚翼桨叶控制舵机（16）为舵机或电机；

纵向滚翼单元除支持正常低速飞行外，同时支持高速飞行，在滚翼飞行器高速飞行时，环形翼（13）为飞行器产生气动力，包括升力、侧力，不再需要依靠滚翼桨叶旋转为飞行器产生升力及推力；螺旋桨旋转桨叶（11）由旋转桨叶控制舵机（15）调整实现顺桨降低气动阻力，滚翼不再绕转轴旋转，状态固定在一定角度位置，旋转桨叶控制舵机（15）的桨叶变矩功能转换为舵面控制功能，结合螺旋桨旋转桨叶（11）实现气动操纵舵面功能，产生俯仰、偏航、滚转气动力。

2.一种纵向滚翼飞行器，其特征在于，包括机身、机翼、稳定翼面以及4个权利要求1所述的纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元两个一组对称布置在机身两侧，每组纵向滚翼单元通过转轴安装到机翼上，实现纵向滚翼飞行器的俯仰、横倾及偏航控制，纵向滚翼飞行器高速飞行时由稳定翼面提供静态稳定性，另外安装大推力发动机，提供高速飞行所需推力，机翼也为飞行器产生升力。

3.一种纵向滚翼飞行器，其特征在于，包括机身、稳定翼面以及4个权利要求1所述的纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元两个一组对称布置在机身两侧，每组纵向滚翼单元合并在一起，转轴通过前后两个小翼安装到机身上。

4.一种纵向滚翼飞行器，其特征在于，包括机身、稳定翼面以及多个权利要求1所述的纵向滚翼单元，所述纵向滚翼单元采用滚翼串列绕机身转动的布置方式，转动方向分为正转和反转，纵向滚翼单元数量满足驱动滚翼的扭矩平衡，转轴位于机身内或机身外进行支撑和旋转。