CN114834628A - 一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，属于航空技术领域。包括机身、机翼、驱动装置、起落架和操控机构，甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼，壳状机翼的上下部设有多排驱动装置，在机翼表面产生层状驱动气流；将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为若干分区；通过调节某个分区的壳状机翼上部驱动装置的功率和/或下部驱动装置的功率，即调整该分区的壳状机翼上表面层状驱动气流的压强和/或下表面层状驱动气流的压强，从而改变该分区的壳状机翼上翼面的受力和/或下翼面的受力，通过改变机翼各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼的飞行姿态，实现垂直起降和水平飞行。

Description

一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机

技术领域

本发明涉及一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，属于航空技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就现有技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

目前，垂直起降航空器还存在一些无法克服的固有缺陷。一是效率低，现在使用的垂直起降航空器推重比均小于1，飞行效率低下，与固定翼航空器普遍大于5的推重比相比差距十分明显；二是受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，多旋翼航空器的理论速度不能超过120公里/小时，飞行速度受限；三是旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损，可靠性低；四是旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，航空器的最大起飞重量受限，无法做大；五是很多新型复合式垂直起降航空器尝试采用固定翼，但是面临小面积固定翼效果有限而大面积固定翼会对垂直起降时的下洗气流造成遮挡的矛盾。

总之，垂直起降航空器的上述缺陷来源于机翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾。在机翼上部和下部设有驱动装置，同时将大面积机翼和驱动装置分为若干分区分别操控的方法，能够实现大面积机翼的飞行控制，使甲翼机很好地兼容垂直起降和水平飞行两种飞行模式，运行更加高效、飞行更加安全、结构更加合理、性能更加稳定，是垂直起降航空器新的发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有垂直起降航空器飞行效率低下、载重量小、操控复杂、安全性差、水平飞行模式和垂直起降模式互相冲突等问题，提出一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，在机翼上部和下部设有驱动装置，同时将大面积机翼和驱动装置分为若干分区分别操控，通过调节驱动装置的功率改变该分区的壳状机翼翼面的受力，通过改变机翼各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼的飞行姿态，实现甲翼机的垂直起降和水平飞行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和操控机构，所述甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，壳状机翼的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置3沿机翼弦向设置多排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置3以大面积壳状宽弦机翼2的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为若干分区，通过调节某个分区的上部驱动装置23的功率和/或下部驱动装置24的功率，即调整该分区的壳状机翼上表面层状驱动气流的压强和/或下表面层状驱动气流的压强，从而改变该分区的壳状机翼上翼面的受力和/或下翼面的受力，通过改变机翼2各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼2的飞行姿态，实现甲翼机的垂直起降和水平飞行。

将大面积壳状宽弦机翼2设计为组合式，横向分割为若干段倾转翼4和若干段固定翼5，每个分区内均包括若干段倾转翼4和若干段固定翼5，每个分区内的所有倾转翼4通过同一个倾转机构6与机身1连接，由同一路倾转信号控制，各分区的倾转翼4分别由各自的倾转信号控制，受各自的倾转机构6驱动；倾转翼4与固定翼5像斑马线一样交替设置，通过倾转翼4的倾转，既能与固定翼组合为一个整体机翼2实现水平飞行，又能将倾转翼像百叶窗一样打开条状气流通道实现垂直起降；众多小直径驱动装置3沿翼展方向密集排列固定安装于倾转翼4上，上部驱动装置23位于倾转翼4的上翼面，下部驱动装置24位于倾转翼4的下翼面,驱动装置3与倾转翼4同步倾转。

所述壳状机翼的两端设置大型翼梢小翼，翼梢小翼7向下通过V形机翼25与机身相连，在左右两侧V形机翼的后部增设副翼，构成夹角超过90°的V形手工机械操控舵面，两个舵面均向上实现上仰、向下实现下俯，左舵面向上同时右舵面向下实现向左横滚，左舵面向下同时右舵面向上实现向右横滚；在机身尾部设垂直尾翼26，构成垂直手工机械操控舵面，垂直尾翼向左实现左偏航，垂直尾翼向右实现右偏航；即使全机断电仍可通过人力操控舵面控制甲翼机实现无动力滑翔飞行。

所述分区最基本的分区方式是四分区，将众多的驱动装置3和倾转翼4以大面积壳状宽弦机翼2的气动中心为原点分为四个分区，分别为左前分区12、左后分区13、右前分区14和右后分区15，每个分区内的所有倾转翼4由同一个倾转机构驱动，左前分区12由左前倾转机构16驱动、左后分区13由左后倾转机构17驱动、右前分区14由右前倾转机构18驱动和右后分区15由右后倾转机构19驱动。在4个分区划分的基础上，将前边两个分区或将后边两个分区合并成一个分区形成3个分区划分，或将每个分区细分为两个分区形成8个分区划分，或将每个分区细分为4个分区形成16个分区划分，或将前边两个分区细分为4个分区并将后边两个分区合并成一个分区形成5个分区划分，以此类推。

所述驱动装置3采用分布式驱动，由众多小直径电机螺旋桨或者涵道风扇或者喷气式发动机或者气流喷嘴或者小型发动机构成；每个分区的所有驱动装置3旋转方向相同，每个分区的众多倾转翼4由一组倾转机构6驱动同步倾转，每个分区的上部驱动装置23由一路功率信号控制，每个分区的下部驱动装置24由另一路功率信号控制；总之，每个分区均有3路飞行控制信号，分别为1路倾转信号、1路上部驱动装置23的功率信号、1路下部驱动装置24的功率信号；甲翼机通过调节各分区的倾转信号和功率信号改变机翼上下表面各部分的受力从而控制飞行。

所述驱动装置3以倾转轴20为中心对称设于倾转翼4的上部和下部，将倾转翼4分为倾转轴前部的倾转翼21和倾转轴后部的倾转翼22两个部分，倾转轴20安装于倾转翼4中部靠前且位于倾转翼弦长的二分之一至四分之一之间，使得倾转轴后部的倾转翼22大于倾转轴前部的倾转翼21，保证倾转翼在自由坠落时能够在上升气流作用下自动上转平，实现滑翔迫降；驱动装置3在倾转翼4表面产生层状驱动气流，驱动气流的厚度小于倾转翼4的弦长的一半，驱动气流对倾转轴前部的倾转翼21的翼面产生负压力，对倾转轴后部的倾转翼22的翼面产生正压力，由于后部翼面大于前部翼面，同时由于驱动装置前方的气流发散负压压强小、驱动装置后方的气流收敛正压压强大，驱动气流对翼面产生了正压力。

所述倾转翼4的数量为2至n段，倾转翼4的弦长大于驱动装置3高度的2倍，倾转翼的段数越多，弦长越小，甲翼机的优势越突出。固定翼5的数量为0至n+1段，固定翼5的弦长小于驱动装置3高度的3倍，固定翼的段数越少，弦长越小，甲翼机的优势越突出。

所述甲翼机在垂直起降阶段，各段倾转翼4的倾转角均为下倾90°，驱动装置3垂直向上，将各分区依照四旋翼模式控制飞行，通过调节各分区的驱动装置3的功率改变各分区的升力同时平衡扭矩控制飞行；甲翼机在过渡飞行阶段，通过调节每个分区的倾转角度和上部下部驱动装置的功率控制飞行；在起飞过渡飞行阶段，倾转翼4逐渐上转，驱动装置3逐渐转平向前，驱动装置3在四旋翼的大功率状态下，产生向前的拉力驱动甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼4前行产生了迎角升力，迎角升力大于驱动装置3前倾造成的垂直升力损失，甲翼机获得向上运动的趋势，同时各段倾转翼4前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，因此起飞过渡飞行阶段的控制需逐渐减小各分区的驱动装置3的功率最终过渡到水平飞行控制；在降落过渡飞行阶段，倾转翼4逐渐下倾，驱动装置3逐渐垂直向上，水平飞行的惯性保持甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼前行产生了迎角升力，各段倾转翼前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，驱动装置3在水平飞行的的小功率状态下，甲翼机获得的升力不足导致产生向下运动的趋势，因此降落过渡飞行阶段的控制需逐渐加大各分区的驱动装置3的功率最终过渡到四旋翼控制。

所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的俯仰控制通过调节前后排分区的驱动装置3的功率改变前后排分区机翼的升力差来实现，上仰控制通过增加前排分区的驱动装置的功率同时等比列减少后排分区的驱动装置的功率来实现，下俯控制通过减少前排分区的驱动装置的功率同时等比列增加后排分区的驱动装置的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的横滚控制通过调节左右两侧分区的驱动装置3的功率改变左右两侧机翼的升力差来实现，甲翼机的右滚转控制通过增加左侧分区下部驱动装置24的功率并等比列减少左侧分区上部驱动装置23的功率，同时减少右侧分区下部驱动装置24的功率并等比列增加右侧分区上部驱动装置23的功率来实现；甲翼机的左滚转控制通过减少左侧分区下部驱动装置24的功率并等比列增加左侧分区上部驱动装置23的功率，同时增加右侧分区下部驱动装置24的功率并等比列减少右侧分区上部驱动装置23的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧分区的驱动装置3的功率改变左右两侧驱动装置的拉力差来实现，甲翼机的右偏航控制通过增加左侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少右侧分区的驱动装置的功率，并通过加大左侧机翼上部驱动装置23的功率同时等比列减少下部驱动装置24的功率以抵消增加左侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力增量，同时加大右侧机翼下部驱动装置24的功率同时等比列减少上部驱动装置23的功率以弥补减少右侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力减损来实现；左偏航控制是通过增加右侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少左侧分区的驱动装置的功率，并通过加大右侧机翼上部驱动装置23的功率同时等比列减少下部驱动装置24的功率以抵消增加右侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力增量，同时加大左侧机翼下部驱动装置24的功率同时等比列减少上部驱动装置23的功率以弥补减少左侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力减损来实现。

所述甲翼机在水平飞行阶段进入了固定翼飞行模式，各段倾转翼4的倾转角均保持为零，通过调节驱动装置3的功率控制飞行；甲翼机的俯仰控制通过调节驱动装置3的功率加大或减少前排分区的机翼升力同时减少或加大后排分区的机翼升力来实现；甲翼机的横滚控制通过调节驱动装置3的功率改变左右两侧分区的机翼升力差来实现，向右滚转通过加大左侧分区的机翼升力和/或减少右侧分区的机翼升力实现，向左滚转通过加大右侧分区的机翼升力和/或减少左侧分区的机翼升力实现；甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧驱动装置3的功率改变左右两侧驱动装置的拉力差来实现。

本发明的甲翼机的重心低于机翼的气动中心，采用大面积宽弦机翼，将翼载降低到每平米10公斤以下，由于多段倾转降低了转动惯量，提高了倾转速度，甲翼机的飞行模式转换所需的安全高度为零，起飞即可倾转，大大压缩了垂直起降时间，提高了能源效率；在垂直起降接近地面时，由于大面积机翼的约束，下行驱动气流在大面积宽弦机翼下方聚集，产生了气垫效应，在起飞和降落的瞬间能够有效提升甲翼机的垂直起降能力，从而提高了甲翼机的飞行效率；百叶窗式多段倾转倾的机翼构型，惯量小、下倾快、侧面积小，及时卸载侧面风压，提高大面积宽弦机翼垂直起降的侧风稳定性。

本发明的甲翼机将大面积低翼载壳状宽弦机翼分为多个分区，在每个分区壳状倾转机翼的上部和下部对称设有驱动装置，驱动气流在各分区的机翼翼面上产生了多对上下夹持的作用力，故调节驱动装置的功率即可改变机翼翼面的受力状态，从而控制甲翼机的飞行姿态。由于驱动装置与倾转翼固定连接同步倾转，因此这种控制方法伴随倾转机翼的倾转连续工作，具有连贯性，这些作用力和作用力矩在垂直起降、过渡飞行和水平飞行三个阶段均连续发生作用，其数值的大小和矢量的方向以及飞行控制的效果均不会发生突变，提高了甲翼机的操控性和安全性。

甲翼机在垂直起降、过渡飞行和水平飞行三个阶段，俯仰均为前后排分区反比例加减驱动装置功率改变前后排分区翼面升力，横滚均为左右侧分区反比例加减驱动装置功率改变左右侧分区翼面升力，偏航均为左右侧分区反比例加减驱动装置功率改变左右侧分区拉力，飞行控制的参数（驱动装置功率）和产生的效果（俯仰均为前后排分区翼面升力差、横滚均为左右侧分区翼面升力差、偏航均为左右侧分区拉力差）不因飞行模式和飞行阶段的改变而突变，具有一致性、连续性和稳定性。相比而言，倾转旋翼类航空器如鱼鹰V-22，若左右侧旋翼反比例加减功率，垂直起降时是横滚，水平飞行时是偏航，控制的效果发生了突变。再比如，四旋翼类航空器如亿航184，若左右侧旋翼反比例加减功率，垂直起降时是偏航，水平飞行时是横滚，控制的效果也发生了突变，这种控制的效果突变给飞行安全留下了重大隐患。甲翼机则从根本上克服了这个隐患。

本发明的甲翼机的机翼为薄壳状，可以简化为没有翼型的平板翼，依靠迎角升力飞行，因此甲翼机的升阻比K（Lift-to-Drag Ratio）为甲翼面积与甲翼机水平迎风面积（风阻面积）Sd之比，即甲翼机的升阻比K为：K=Cl/Cd=S/Sd；甲翼机的翼载较低，甲翼面积较大，一般情况下，甲翼机水平迎风面积（风阻面积）Sd均可做到甲翼面积的十分之一以下，甲翼机的升阻比可达10以上，即：Sd≦0.1S，K≧10；甲翼的展弦比λ为翼展l和翼弦b之比，即：λ=l/b，一般情况下，甲翼机展弦比λ≦1，此时诱导阻力较大，通过V形大型翼梢小翼减少诱导阻力，形成V形安定面；甲翼机还有一个特征参数展直比δ（德尔塔），甲翼机的展直比δ为甲翼机的翼展l与甲翼机的驱动装置直径d之比，即：δ=l/d，表示层流驱动的厚度与甲翼机机翼的比列关系，展直比越大，驱动气流越薄，甲翼机的特性越强，一般情况下，甲翼机展直比6≦δ≦20。

因此，本发明使甲翼机与现有的航空器相比，飞行控制能力得到显著改善，可以完全兼顾垂直起降和水平飞行两种飞行工况，实现飞行控制的平稳过渡和连续调节，具有模式转换自然、飞行效率高、机翼翼载低、安全稳定、结构简单、操控简便、成本低廉、易于普及等优点。

附图说明

图1是本发明甲翼机水平飞行状态正视示意图。

图2是本发明甲翼机水平飞行状态侧视示意图。

图3是本发明甲翼机水平飞行状态俯视示意图。

图4是本发明甲翼机垂直起降状态正视示意图。

图5是本发明甲翼机垂直起降状态侧视示意图。

图6是本发明甲翼机垂直起降状态俯视示意图。

图7是本发明甲翼机四分区示意图。

图8是本发明甲翼机过渡飞行上仰运动控制原理示意图。

图9是本发明甲翼机过渡飞行下俯运动控制原理示意图。

图10是本发明甲翼机过渡飞行向右偏航控制原理示意图。

图11是本发明甲翼机过渡飞行向左偏航控制原理示意图。

图12是本发明甲翼机过渡飞行向右横滚控制原理示意图。

图13是本发明甲翼机过渡飞行向左横滚控制原理示意图。

图14是本发明甲翼机水平飞行上仰运动控制原理示意图。

图15是本发明甲翼机水平飞行下俯运动控制原理示意图。

图16是本发明甲翼机水平飞行向右偏航控制原理示意图。

图17是本发明甲翼机水平飞行向左偏航控制原理示意图。

图18是本发明甲翼机水平飞行向右横滚控制原理示意图。

图19是本发明甲翼机水平飞行向左横滚控制原理示意图。

图20是本发明甲翼机壳状倾转机翼与驱动装置示意图。

图21是本发明甲翼机机翼展平示意图。

图22是本发明甲翼机人力控制V翼副翼上仰示意图。

图23是本发明甲翼机人力控制V翼副翼下俯示意图。

图24是本发明甲翼机人力控制V翼副翼向左横滚示意图。

图25是本发明甲翼机人力控制V翼副翼向右横滚示意图。

图26是本发明实施例2的单座运动型甲翼机侧视示意图。

图27是本发明实施例2的单座运动型甲翼机俯视示意图。

图28是本发明实施例3的3座家庭型甲翼机侧视示意图。

图29是本发明实施例3的3座家庭型甲翼机俯视示意图。

图30是本发明实施例4的5座公务型甲翼机侧视示意图。

图31是本发明实施例4的5座公务型甲翼机俯视示意图。

图32是本发明实施例5的三分区示意图。

图33是本发明实施例6的十六分区示意图。

图中：1-机身，2-机翼，3-驱动装置，4-倾转翼，5-固定翼，6-倾转机构，7-翼梢小翼，8-起落架，9-机头壳状固定机翼，10-机尾壳状固定机翼，11-机翼气动中心，12-左前分区，13-左后分区，14-右前分区，15-右后分区，16-左前倾转机构，17-左后倾转机构，18-右前倾转机构，19-右后倾转机构，20-倾转轴，21-倾转轴前部的倾转翼，22-倾转轴后部的倾转翼，23-上部驱动装置，24-下部驱动装置，25-V形机翼，26-垂直尾翼。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。尚未描述的结构特征，均可采用常规结构实现。

实施例1：如图1-25所示，本实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，机翼2的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置3沿机翼弦向设置2排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为四分区，将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为4段倾转翼和5段固定翼，左前分区和右前分区均包括2段倾转翼和2段固定翼，左后分区和右后分区均包括2段倾转翼和3段固定翼。每个分区内的所有倾转翼4通过同一个倾转机构6与机身1连接，由同一路倾转信号控制，各分区的倾转翼4分别由各自的倾转信号控制，受各自的倾转机构6驱动；倾转翼4与固定翼5像斑马线一样交替设置，通过倾转翼4的倾转，既能与固定翼组合为一个整体机翼2实现水平飞行，又能将倾转翼像百叶窗一样打开条状气流通道实现垂直起降；倾转翼4的上部和下部分别沿翼展方向密集设有驱动装置3，驱动装置3固定在倾转翼4上,驱动装置3与倾转翼4同步倾转。通过调节各分区的壳状机翼上部驱动装置23的功率和/或下部驱动装置24的功率，改变机翼2各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼2的飞行姿态，实现甲翼机的垂直起降和水平飞行。

驱动装置3采用分布式驱动，由电机螺旋桨构成；每个分区的所有驱动装置3旋转方向相同，每个分区的众多倾转翼4由一组倾转机构6同步驱动；每个分区的各段倾转翼4的上部驱动装置23由一路功率信号控制、下部驱动装置24由另一路功率信号控制；每个分区共有3路飞行控制信号，分别为1路倾转信号、1路上部驱动装置23的功率信号、1路下部驱动装置24的功率信号；甲翼机通过调节各分区的倾转信号和功率信号改变机翼上下表面各部分的受力从而控制飞行。驱动装置3以倾转轴20为中心对称设于倾转翼4的上部和下部，倾转轴20安装于倾转翼4中部靠前且位于倾转翼弦长的0.45处。

壳状机翼的两端设置大型翼梢小翼，翼梢小翼7向下通过V形机翼25与机身相连，在左右两侧V形机翼的后部增设副翼，构成夹角超过90°的V形手工机械操控舵面，两个舵面均向上实现上仰、向下实现下俯，左舵面向上同时右舵面向下实现向左横滚，左舵面向下同时右舵面向上实现向右横滚；在机身尾部设垂直尾翼26，构成垂直手工机械操控舵面，垂直尾翼向左实现左偏航，垂直尾翼向右实现右偏航；在全机断电时通过人力操控舵面即可实现甲翼机的无动力滑翔飞行控制。

甲翼机在垂直起降阶段，各段倾转翼4的倾转角均为下倾90°，驱动装置3垂直向上，将各分区依照四旋翼控制，通过调节各分区的驱动装置3的功率改变各分区的升力同时平衡扭矩控制飞行；甲翼机在过渡飞行阶段，通过调节每个分区的倾转角度和上部下部驱动装置的功率控制飞行；在起飞过渡飞行阶段，倾转翼4逐渐上转，驱动装置3逐渐转平向前，驱动装置3在四旋翼的大功率状态下，产生向前的拉力驱动甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼4前行产生了迎角升力，迎角升力大于驱动装置3前倾造成的垂直升力损失，甲翼机获得向上运动的趋势，同时各段倾转翼4前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，因此起飞过渡飞行阶段的控制需逐渐减小各分区的驱动装置3的功率最终过渡到水平飞行控制；在降落过渡飞行阶段，倾转翼4逐渐下倾，驱动装置3逐渐垂直向上，水平飞行的惯性保持甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼前行产生了迎角升力，各段倾转翼前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，驱动装置3在水平飞行的的小功率状态下，甲翼机获得的升力不足导致产生向下运动的趋势，因此降落过渡飞行阶段的控制需逐渐加大各分区的驱动装置3的功率最终过渡到四旋翼控制。

甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的俯仰控制通过调节前后排分区的驱动装置3的功率改变前后排分区机翼的升力差来实现，上仰控制通过增加前排分区的驱动装置的功率同时等比列减少后排分区的驱动装置的功率来实现，下俯控制通过减少前排分区的驱动装置的功率同时等比列增加后排分区的驱动装置的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的横滚控制通过调节左右两侧分区的驱动装置3的功率改变左右两侧机翼的升力差来实现，甲翼机的右滚转控制通过增加左侧分区下部驱动装置24的功率并等比列减少左侧分区上部驱动装置23的功率，同时减少右侧分区下部驱动装置24的功率并等比列增加右侧分区上部驱动装置23的功率来实现；甲翼机的左滚转控制通过减少左侧分区下部驱动装置24的功率并等比列增加左侧分区上部驱动装置23的功率，同时增加右侧分区下部驱动装置24的功率并等比列减少右侧分区上部驱动装置23的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧分区的驱动装置3的功率改变左右两侧驱动装置的拉力差来实现，甲翼机的右偏航控制通过增加左侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少右侧分区的驱动装置的功率，并通过加大左侧机翼上部驱动装置23的功率同时等比列减少下部驱动装置24的功率以抵消增加左侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力增量，同时加大右侧机翼下部驱动装置24的功率同时等比列减少上部驱动装置23的功率以弥补减少右侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力减损来实现；左偏航控制是通过增加右侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少左侧分区的驱动装置的功率，并通过加大右侧机翼上部驱动装置23的功率同时等比列减少下部驱动装置24的功率以抵消增加右侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力增量，同时加大左侧机翼下部驱动装置24的功率同时等比列减少上部驱动装置23的功率以弥补减少左侧驱动装置的功率后倾转翼4迎角产生的升力减损来实现。

甲翼机在水平飞行阶段进入了固定翼飞行模式，各段倾转翼4的倾转角均保持为零，通过调节驱动装置3的功率控制飞行；甲翼机的俯仰控制通过调节驱动装置3的功率加大或减少前排分区的机翼升力同时减少或加大后排分区的机翼升力来实现；甲翼机的横滚控制通过调节驱动装置3的功率改变左右两侧分区的机翼升力差来实现，向右滚转通过加大左侧分区的机翼升力和/或减少右侧分区的机翼升力实现，向左滚转通过加大右侧分区的机翼升力和/或减少左侧分区的机翼升力实现；甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧驱动装置3的功率改变左右两侧驱动装置的拉力差来实现。

甲翼机在加减机翼升力控制姿态时，通过上部驱动装置23的功率与下部的驱动装置24的功率反比例增减的方式保持倾转翼总体功率的稳定和扭矩的平衡；在加减机翼左侧或右侧拉力控制偏航时，通过左前分区与右后分区的驱动装置功率反比例增减和/或右前分区与左后分区的驱动装置功率反比例增减的方式保持机翼左右两侧总体功率的稳定和扭矩的平衡。

实施例2：如图1-27所示，本实现垂直起降和水平飞行的单座运动型甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，单座运动型甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，机翼2的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置3沿机翼弦向设置2排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为四分区，将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为2段倾转翼和3段固定翼，左前分区和右前分区均包括1段倾转翼和2段固定翼，左后分区和右后分区均包括1段倾转翼和1段固定翼。单座运动型甲翼机的展弦比为λ=l/b=2，倾转翼弦长1.5米。在每个分区的倾转翼的上部和下部各设置1排直径为0.7米的螺旋桨，每排数量为6，共设48个螺旋桨。螺旋桨采用FLUXER CB2超轻桨2812，单支重量50g。甲翼上设太阳能电池，采用单晶薄硅太阳能光伏电池，表面镀银线，PET+EV封装。其余与实施例1相同。

实施例3：如图1-25、28-29所示，本实现垂直起降和水平飞行的3座家庭型甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，3座家庭型甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，机翼2的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置3沿机翼弦向设置2排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为四分区，将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为6段倾转翼和3段固定翼，左前分区和右前分区均包括3段倾转翼和2段固定翼，左后分区和右后分区均包括3段倾转翼和1段固定翼。3座家庭型甲翼机的展弦比为λ= l/b = 0.7，倾转翼弦长1.5米。在每个分区的倾转翼的上部和下部各设置1排直径为0.7米的螺旋桨，每排数量为5，共设120个螺旋桨。螺旋桨采用FLUXER CB2超轻桨2812，单支重量50g。甲翼设太阳能电池，采用单晶薄硅太阳能光伏电池，表面镀银线，PET+EV封装。其余与实施例1相同。

实施例4：如图1-25、30-31所示，本实现垂直起降和水平飞行的5座公务型甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，5座公务型甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，机翼2的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置3沿机翼弦向设置2排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为四分区，将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为6段倾转翼和3段固定翼，左前分区和右前分区均包括3段倾转翼和2段固定翼，左后分区和右后分区均包括3段倾转翼和1段固定翼。5座公务型甲翼机的展弦比为λ=l/b=1，倾转翼弦长1.5米。在每个分区的倾转翼的上部和下部各设置1排直径为0.7米的螺旋桨，每排数量为8，共设192个螺旋桨。螺旋桨采用FLUXER CB2超轻桨2812，单支重量50g。甲翼设有太阳能电池，采用单晶薄硅太阳能光伏电池，表面镀银线，PET+EV封装。其余与实施例1相同。

实施例5：如图1-25、32所示，本实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，壳状机翼的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置沿机翼弦向设置3排、沿机翼展向密集分布，将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置先分为四分区，在四个分区的基础上，将后边两个分区合并成一个分区，共划分成3个分区。将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为3段倾转翼，每个分区只包括1段倾转翼。驱动装置采用分布式驱动，由涵道风扇构成，通过调节某个分区的上部驱动装置的功率和/或下部驱动装置的功率，从而改变该分区的壳状机翼上翼面的受力和/或下翼面的受力来调整大面积壳状宽弦机翼的飞行姿态，实现甲翼机的飞行控制。其余与实施例1相同。

实施例6：如图1-25、33所示，本实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，包括机身1、机翼2、驱动装置3、起落架8和飞行控制系统，甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼2，壳状机翼的上部和下部分别固定安装驱动装置3，驱动装置沿机翼弦向设置8排、沿机翼展向密集分布，将众多的驱动装置以大面积壳状宽弦机翼的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为十六个分区，分别为左前一分区、左前二分区、左前三分区、左前四分区、右前一分区、右前二分区、右前三分区、右前四分区、左后一分区、左后二分区、左后三分区、左后四分区、右后一分区、右后二分区、右后三分区、右后四分区。将大面积壳状宽弦机翼设计为组合式，横向分割为8段倾转翼和9段固定翼，左前一分区和右前一分区均包括1段倾转翼和2段固定翼，其余分区均包括1段倾转翼和1段固定翼。驱动装置采用分布式驱动，由小型发动机构成，通过调节各分区的上部驱动装置的功率和/或下部驱动装置的功率，从而改变机翼各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼的飞行姿态，实现甲翼机的飞行控制。其余与实施例1相同。

上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，包括机身（1）、机翼（2）、驱动装置（3）、起落架（8）和操控机构，其特征在于：所述甲翼机具有大面积壳状宽弦机翼（2），壳状机翼的上部和下部分别固定安装驱动装置（3），驱动装置（3）沿机翼弦向设置多排、沿机翼展向密集分布；将众多的驱动装置（3）以大面积壳状宽弦机翼（2）的气动中心为原点将机翼和驱动装置分为若干分区，通过调节某个分区的壳状机翼上部驱动装置(23)的功率和/或下部驱动装置(24)的功率，即调整该分区的壳状机翼上表面层状驱动气流的压强和/或下表面层状驱动气流的压强，从而改变该分区的壳状机翼上翼面的受力和/或下翼面的受力，通过改变机翼（2）各个分区翼面上下的受力来调整大面积壳状宽弦机翼（2）的飞行姿态，实现甲翼机的垂直起降和水平飞行。

2.根据权利要求1所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：将大面积壳状宽弦机翼（2）设计为组合式，横向分割为若干段倾转翼（4）和若干段固定翼（5），每个分区内均包括若干段倾转翼（4）和若干段固定翼（5），每个分区内的所有倾转翼（4）通过同一个倾转机构（6）与机身（1）连接，由同一路倾转信号控制，各分区的倾转翼（4）分别由各自的倾转信号控制，受各自的倾转机构（6）驱动；倾转翼（4）与固定翼（5）像斑马线一样交替设置，通过倾转翼（4）的倾转，既能与固定翼组合为一个整体机翼（2）实现水平飞行，又能将倾转翼像百叶窗一样打开条状气流通道实现垂直起降；倾转翼（4）的上部和下部分别沿翼展方向密集设有驱动装置(3)，驱动装置（3）固定在倾转翼（4）上,驱动装置（3）与倾转翼（4）同步倾转；众多驱动装置(3)均安装于倾转翼（4）上，上部驱动装置(23)位于倾转翼（4）上翼面，下部驱动装置(24)位于倾转翼（4）下翼面。

3.根据权利要求1或2所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述壳状机翼的两端设置大型翼梢小翼，翼梢小翼（7）向下通过V形机翼（25）与机身相连，在左右两侧V形机翼的后部增设副翼，构成夹角超过90°的V形手工机械操控舵面，两个舵面均向上实现上仰、向下实现下俯，左舵面向上同时右舵面向下实现向左横滚，左舵面向下同时右舵面向上实现向右横滚；在机身尾部设垂直尾翼（26），构成垂直手工机械操控舵面，垂直尾翼向左实现左偏航，垂直尾翼向右实现右偏航；即使全机断电仍可通过人力操控舵面控制甲翼机实现无动力滑翔飞行。

4.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述分区最基本的分区方式是四分区，每个分区内的所有倾转翼（4）由同一个倾转机构驱动，将众多的驱动装置（3）和倾转翼（4）以大面积壳状宽弦机翼（2）的气动中心为原点分为四个分区分别驱动，左前分区（12）由左前倾转机构（16）驱动、左后分区（13）由左后倾转机构（17）驱动、右前分区（14）由右前倾转机构（18）驱动和右后分区（15）由右后倾转机构（19）驱动。

5.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述驱动装置（3）采用分布式驱动，由众多小直径电机螺旋桨或者涵道风扇或者喷气式发动机或者气流喷嘴或者小型发动机构成；每个分区的所有驱动装置（3）旋转方向相同，每个分区的众多倾转翼（4）在同一个倾转信号控制下受倾转机构（6）驱动同步倾转，每个分区的上部驱动装置（23）由一路功率信号控制，每个分区的下部驱动装置（24）由另一路功率信号控制；总之，每个分区均有3路飞行控制信号，分别为1路倾转信号、1路上部驱动装置（23）的功率信号、1路下部驱动装置（24）的功率信号；甲翼机通过调节各分区的倾转信号和功率信号改变机翼上下表面各部分的受力从而控制飞行。

6.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述驱动装置（3）以倾转轴（20）为中心对称设于倾转翼（4）的上部和下部，将倾转翼（4）分为倾转轴前部的倾转翼（21）和倾转轴后部的倾转翼（22）两个部分，倾转轴（20）安装于倾转翼（4）中部靠前且位于倾转翼弦长的二分之一至四分之一之间，使得倾转轴后部的倾转翼（22）大于倾转轴前部的倾转翼（21），保证倾转翼在自由坠落时能够在上升气流作用下自动上转平，实现滑翔迫降；驱动装置（3）在倾转翼（4）表面产生层状驱动气流，驱动气流的厚度小于倾转翼（4）的弦长的一半，驱动气流对倾转轴前部的倾转翼（21）的翼面产生负压力，对倾转轴后部的倾转翼（22）的翼面产生正压力，由于后部翼面大于前部翼面，同时由于驱动装置前方的气流发散负压压强小、驱动装置后方的气流收敛正压压强大，驱动气流对翼面产生了正压力。

7.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述倾转翼（4）的数量为2至n段，倾转翼（4）的弦长大于驱动装置（3）高度的2倍；固定翼（5）的数量为0至n+1段，固定翼（5）的弦长小于驱动装置（3）高度的3倍。

8.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述甲翼机在垂直起降阶段，各段倾转翼（4）的倾转角均为下倾90°，驱动装置（3）垂直向上，将各分区依照四旋翼控制飞行，通过改变各分区的驱动装置（3）的功率调节各分区的升力同时平衡扭矩控制飞行；甲翼机在过渡飞行阶段，通过调节每个分区的倾转角度和驱动装置（3）的功率即可控制飞行；在起飞过渡飞行阶段，倾转翼（4）逐渐上转，驱动装置（3）逐渐转平向前，驱动装置（3）在四旋翼的大功率状态下，产生向前的拉力驱动甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼（4）前行产生了迎角升力，迎角升力大于驱动装置（3）前倾造成的垂直升力损失，甲翼机获得向上运动的趋势，同时各段倾转翼（4）前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，因此起飞过渡飞行阶段的控制需逐渐减小各分区的驱动装置（3）的功率最终过渡到水平飞行控制；在降落过渡飞行阶段，倾转翼（4）逐渐下倾，驱动装置（3）逐渐垂直向上，水平飞行的惯性保持甲翼机前行，具有正攻角的倾转翼前行产生了迎角升力，各段倾转翼前方气流状态的不同使得前排倾转翼获得的迎角升力大于后排倾转翼，甲翼机产生了抬头力矩，驱动装置（3）在水平飞行的的小功率状态下，甲翼机获得的升力不足导致产生向下运动的趋势，因此降落过渡飞行阶段的控制需逐渐加大各分区的驱动装置（3）的功率最终过渡到四旋翼控制。

9.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的俯仰控制通过调节前后排分区的驱动装置（3）的功率改变前后排分区机翼的升力差来实现，上仰控制通过增加前排分区的驱动装置的功率同时等比列减少后排分区的驱动装置的功率来实现，下俯控制通过减少前排分区的驱动装置的功率同时等比列增加后排分区的驱动装置的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的横滚控制通过调节左右两侧分区的驱动装置（3）的功率改变左右两侧机翼的升力差来实现，甲翼机的右滚转控制通过增加左侧分区下部驱动装置（24）的功率并等比列减少左侧分区上部驱动装置（23）的功率，同时减少右侧分区下部驱动装置（24）的功率并等比列增加右侧分区上部驱动装置（23）的功率来实现；甲翼机的左滚转控制通过减少左侧分区下部驱动装置（24）的功率并等比列增加左侧分区上部驱动装置（23）的功率，同时增加右侧分区下部驱动装置（24）的功率并等比列减少右侧分区上部驱动装置（23）的功率来实现；所述甲翼机在过渡飞行阶段，甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧分区的驱动装置（3）的功率改变左右两侧驱动装置（3）的拉力差来实现，甲翼机的右偏航控制通过增加左侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少右侧分区的驱动装置的功率，并通过加大左侧机翼上部驱动装置（23）的功率同时等比列减少下部驱动装置（24）的功率以抵消增加左侧驱动装置的功率后倾转翼（4）迎角产生的升力增量，同时加大右侧机翼下部驱动装置（24）的功率同时等比列减少上部驱动装置（23）的功率以弥补减少右侧驱动装置的功率后倾转翼（4）迎角产生的升力减损来实现；左偏航控制是通过增加右侧分区的驱动装置的功率同时等比列减少左侧分区的驱动装置的功率，并通过加大右侧机翼上部驱动装置（23）的功率同时等比列减少下部驱动装置（24）的功率以抵消增加右侧驱动装置的功率后倾转翼（4）迎角产生的升力增量，同时加大左侧机翼下部驱动装置（24）的功率同时等比列减少上部驱动装置（23）的功率以弥补减少左侧驱动装置的功率后倾转翼（4）迎角产生的升力减损来实现。

10.根据权利要求3所述的实现垂直起降和水平飞行的甲翼机，其特征在于：所述甲翼机在水平飞行阶段进入了固定翼飞行模式，各段倾转翼（4）的倾转角均保持为零，通过调节驱动装置（3）的功率控制飞行；甲翼机的俯仰控制通过调节驱动装置（3）的功率加大或减少前排分区的机翼升力同时减少或加大后排分区的机翼升力来实现；甲翼机的横滚控制通过调节驱动装置（3）的功率改变左右两侧分区的机翼升力差来实现，向右滚转通过加大左侧分区的机翼升力和/或减少右侧分区的机翼升力实现，向左滚转通过加大右侧分区的机翼升力和/或减少左侧分区的机翼升力实现；甲翼机的偏航控制通过调节左右两侧驱动装置（3）的功率改变左右两侧驱动装置（3）的拉力差来实现。

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