CN114455059A - 一种单兵飞行器 - Google Patents

Abstract

一种单兵飞行器，包括机体和位于机体上的发动机；所述机体包括相连接的机翼和端板，端板相对设置于机翼两侧；所述机翼中部设有人体机位，发动机相对设置于人体机位两侧，且发动机位于人体机位与端板之间；所述发动机内设有桨叶，且发动机内设有与桨叶相适配的涵道，涵道后端连接有与控制发动机的滑流舵；与现有技术相比，采用翼身融合布局，由于机翼与机身的融合使得飞行器的干扰阻力与诱导阻力大幅降低，可以大幅降低飞行器阻力，提升飞行器的气动性能，可以提高气动性能，采用电动涵道风扇发动机，可以在长时间提供稳定推力的同时减少噪音与耗能，使飞行器更加安全。在螺旋桨外围加涵道可以减少桨尖效应，降低诱导阻力。

Description

一种单兵飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种单兵飞行器。

背景技术

单兵垂直起降飞行器将飞行器与人紧密结合，将在未来战场及城市立体交通领域发挥重要作用，极大缓解交通拥堵问题。目前的单兵飞行器多采用火箭或涡轮发动机，造成巡航时间较短，几乎没有考虑空气气动设计，对空气动力的运用不够。外形为非常规形式，造成控制困难，火箭发动机燃料包与人体较接近，安全隐患大。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种安全可靠，耗能低，续航高的单兵飞行器。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种单兵飞行器，包括机体和位于机体上的发动机；所述机体包括相连接的机翼和端板，端板相对设置于机翼两侧；所述机翼中部设有人体机位，发动机相对设置于人体机位两侧，且发动机位于人体机位与端板之间；所述发动机内设有桨叶，且发动机内设有与桨叶相适配的涵道，涵道后端连接有与控制发动机的滑流舵。

作为本发明的一种优选方案，所述机翼为梯形结构，机翼中部安装有急救包，急救包安装于机翼中部前端，人体机位位于急救包后方。

作为本发明的一种优选方案，所述机翼翼展为3.4m，平均翼弦长度为1.13m，机翼翼根长为1.5m，机翼翼尖长为0.75m。

作为本发明的一种优选方案，所述机翼的展弦比为3，梢根比为0.5，后掠角为23.8°。

作为本发明的一种优选方案，所述端板包括相连接的上部端板和下部端板，上部端板位于机翼上方，下部端板位于机翼下方。

作为本发明的一种优选方案，所述上部端板高500mm，下部端板部高度为200mm，上部端板和下部端板后端平齐，上部端板和下部端板前端形成尖角结构。

作为本发明的一种优选方案，所述上部端板为自上而下尺寸逐渐增大的梯形结构，下部端板为自上而下尺寸逐渐减小的梯形结构，上部端板底部和下部端板顶部尺寸相一致，且上部端板底部和下部端板顶部与机翼相连接。

作为本发明的一种优选方案，所述发动机前端形成有唇口，桨叶位于唇口内，且桨叶前端中部形成有整流帽。

作为本发明的一种优选方案，所述涵道环形设置于发动机内，且涵道与桨叶之间存在1mm间距。

作为本发明的一种优选方案，所述上部端板和下部端板两端后端设有起落架。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用翼身融合布局，由于机翼与机身的融合导致飞行器的干扰阻力与诱导阻力大幅降低，可以大幅降低飞行器阻力，提升飞行器的气动性能，并将机翼设计为梯形翼形状，可以提高气动性能；

2、由于单兵飞行器的展弦比较小，为了增大等效展弦比，将在单兵飞行器两侧放置端板以提高气动性能和支撑起落架；

3、采用电动涵道风扇发动机，可以在长时间提供稳定推力的同时减少噪音与耗能，使飞行器更加安全。在螺旋桨外围加涵道可以减少桨尖效应，降低诱导阻力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是机翼的俯视图；

图3是端板的主视图；

图4是发动机的主视图；

图5是发动机的结构示意图；

图6是仿真飞行升力实验图；

附图标记：机翼1，端板2，上部端板2-1，下部端板2-2，发动机3，唇口3-1，整流帽3-2，桨叶3-3，滑流舵3-4，涵道3-5，急救包4，人体机位5，起落架6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1-6所示，一种单兵飞行器，包括机体和位于机体上的发动机3；所述机体包括相连接的机翼1和端板2，端板2相对设置于机翼1两侧；所述机翼1中部设有人体机位5，发动机3相对设置于人体机位5两侧，且发动机3位于人体机位5与端板2之间；所述发动机3内设有桨叶3-3，且发动机3内设有与桨叶3-3相适配的涵道3-5，涵道3-5后端连接有与控制发动机3的滑流舵3-4。

机翼1、端板2和发动机3为一体式结构，从而实现机体翼身的融合布局（BWB）。

机翼1为片体结构，端板2固定设置于机翼1两端，且端板2与机翼1交叉设置，人体机位5为背带和锁扣式结构，背带固定连接于机翼1上，且背带之间的锁扣式连接，可对人体进行包裹，从而实现将人体固定设置于机翼1上，滑流舵3-4通过连接轴固定连接于涵道3-5后端，滑流舵3-4可对发动机3的位置进行控制，从而可实现飞行器的俯仰。

机翼1为梯形结构，机翼1中部安装有急救包4，急救包4安装于机翼1中部前端，人体机位5位于急救包4后方，机翼1为等腰梯形结构，急救包4通过绑扎固定连接于机翼1上，当人体设置于人体机位5上时，急救包4位于人体背部位置，单兵飞行器起飞总重量为180-200kg。

机翼1翼展为3.4m，平均翼弦长度为1.13m，符合单兵飞行器的小型化要求，飞行器的总体布局为翼身融合布局，故整个机翼1采取一个后掠的梯形翼的形式，考虑到在机翼上要留出救援包4的位置，为了保证机翼1的面积不被削减，因此在设计时取一定余量，适当加大机翼1弦长，将机翼1翼根长为1.5m，机翼1翼尖长为0.75m，机翼1的展弦比为3，梢根比为0.5，后掠角为23.8°，飞行器机翼1的翼型选用NACA4412翼型。

后掠角是指从机翼1平均气动弦长连线自翼根到翼尖向后歪斜的角度，通俗讲就是机翼机身之间的夹角，平均翼弦长度的计算公式为b=s/l，其中s为机翼1在机体水平面的投影面积，l为机翼1的展长。

端板2包括相连接的上部端板2-1和下部端板2-2，上部端板2-1位于机翼1上方，下部端板2-2位于机翼1下方，上部端板2-1高500mm，下部端板2-2部高度为200mm，上部端板2-1和下部端板2-2后端平齐，上部端板2-1和下部端板2-2前端形成尖角结构。

上部端板2-1为自上而下尺寸逐渐增大的梯形结构，下部端板2-2为自上而下尺寸逐渐减小的梯形结构，上部端板2-1底部和下部端板2-2顶部尺寸相一致，且上部端板2-1底部和下部端板2-2顶部与机翼1相连接。

上部端板2-1和下部端板2-2均为直角梯形结构，上部端板2-1和下部端板2-2的直角位置位于上部端板2-1和下部端板2-2的后端，上部端板2-1和下部端板2-2的倾斜角位于上部端板2-1和下部端板2-2的前端。

上部端板2-1和下部端板2-2的前端用于破风，在上部端板2-1和下部端板2-2前端尖角的作用下使得上部端板2-1和下部端板2-2前端的阻力较小，而上部端板2-1和下部端板2-2后端防止气流的回流，具有更好的稳定性。

发动机3前端形成有唇口3-1，桨叶3-3位于唇口3-1内，且桨叶3-3前端中部形成有整流帽3-2，涵道3-5环形设置于发动机3内，且涵道3-5与桨叶3-3之间存在1mm间距。

涵道3-5用于防止桨叶3-3的浆尖效应，桨叶3-3的浆尖与涵道3-5紧贴但不接触，可以有效防止诱导阻力，桨叶3-3半径为0.4m，桨叶3-3个数为8片，桨叶3-3安装在距离前缘0.17m的位置处，涵道3-5长度为0.53m。在发动机3的涵道3-5后部通过连接轴固定一个可以围绕轴进行偏转的滑流舵3-4，对单兵飞行器进行俯仰与滚转控制，滑流舵3-4采用NACA0012翼型。

上部端板2-1和下部端板2-2两端后端设有起落架6。

在飞行器水平巡航的过程中，为了使飞行器能够具有足够的升力使飞行器正常飞行，必须满足升力与重力平衡，平衡方程为

。代入计算得Cl=0.728，这是保证飞行器正常飞行的最小升力系数。由升力系数曲线可知，飞行器迎角为6°时，飞行器升力系数满足升力系数要求。即当飞行器在按照设计巡航速度（33m/s），以6°或6°以上迎角飞行时，飞行器产生的升力即可满足气动力要求。

其中W为飞行器的起飞总重量，也就是飞行器加人体的重量。

L为飞行器在运行过程中产生的升力。

Cl为升力系数。

S为机翼1的面积。

V是飞行器的速度。

ρ是大气密度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：机翼1，端板2，上部端板2-1，下部端板2-2，发动机3，唇口3-1，整流帽3-2，桨叶3-3，滑流舵3-4，涵道3-5，急救包4，人体机位5，起落架6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种单兵飞行器，包括机体和位于机体上的发动机（3）；其特征在于，所述机体包括相连接的机翼（1）和端板（2），端板（2）相对设置于机翼（1）两侧；所述机翼（1）中部设有人体机位（5），发动机（3）相对设置于人体机位（5）两侧，且发动机（3）位于人体机位（5）与端板（2）之间；所述发动机（3）内设有桨叶（3-3），且发动机（3）内设有与桨叶（3-3）相适配的涵道（3-5），涵道（3-5）后端连接有与控制发动机（3）的滑流舵（3-4）。

2.根据权利要求1所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述机翼（1）为梯形结构，机翼（1）中部安装有急救包（4），急救包（4）安装于机翼（1）中部前端，人体机位（5）位于急救包（4）后方。

3.根据权利要求2所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述机翼（1）翼展为3.4m，平均翼弦长度为1.13m，机翼（1）翼根长为1.5m，机翼（1）翼尖长为0.75m。

4.根据权利要求3所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述机翼（1）的展弦比为3，梢根比为0.5，后掠角为23.8°。

5.根据权利要求1所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述端板（2）包括相连接的上部端板（2-1）和下部端板（2-2），上部端板（2-1）位于机翼（1）上方，下部端板（2-2）位于机翼（1）下方。

6.根据权利要求5所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述上部端板（2-1）高500mm，下部端板（2-2）部高度为200mm，上部端板（2-1）和下部端板（2-2）后端平齐，上部端板（2-1）和下部端板（2-2）前端形成尖角结构。

7.根据权利要求6所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述上部端板（2-1）为自上而下尺寸逐渐增大的梯形结构，下部端板（2-2）为自上而下尺寸逐渐减小的梯形结构，上部端板（2-1）底部和下部端板（2-2）顶部尺寸相一致，且上部端板（2-1）底部和下部端板（2-2）顶部与机翼（1）相连接。

8.根据权利要求1所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述发动机（3）前端形成有唇口（3-1），桨叶（3-3）位于唇口（3-1）内，且桨叶（3-3）前端中部形成有整流帽（3-2）。

9.根据权利要求8所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述涵道（3-5）环形设置于发动机（3）内，且涵道（3-5）与桨叶（3-3）之间存在1mm间距。

10.根据权利要求5所述的一种单兵飞行器，其特征在于，所述上部端板（2-1）和下部端板（2-2）两端后端设有起落架（6）。

Images