CN114852325A - 一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器 - Google Patents

一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，包括机身，所述机身两侧连接机翼，所述机翼的翼梢为低阻翼尖，每个所述机翼上均安装有两组多旋翼，所述多旋翼分前后两排在机身两侧对称分布，所述机身底部安装有滑橇式起落架，所述机身的尾端连接尾翼，所述尾翼采用双V尾布局，所述尾翼连接后排内侧的多旋翼，所述机身后段两侧连接有涵道推力桨。本飞行器兼备直升机和固定翼飞机的优点，具备较好的地形适应性和巡航性能。该飞行器无需跑道即可进行垂直起降，可以适应复杂的城市交通环境，安全性和适应性较强。

Description

一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器
技术领域
本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器。
背景技术
随着城市化进程，陆用空间日趋饱和，交通拥堵问题日益严重，亟需开发城市空中可用空间，发展垂直式立体交通。eVTOL(Electric Vertical Takeoffand Landing)电动垂直起降飞行器开发吸引了包括航空航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方以及学术界的广泛关注。eVTOL未来潜在应用涉及城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等多种场景模式。
eVTOL的垂直升降，一般是通过提供垂直升力的多旋翼实现。多旋翼具有垂直起降和悬停等功能，对地形依赖性不高，具有较好的灵活性，但其最大前飞速度受到诸多限制；如果飞行器仅靠垂直螺旋桨提供升力和推力，效率较低；固定翼飞机具有较高的前飞速度，但对地形要求很高，场地建设和维护成本较高，因此结合多旋翼和固定翼的优点，打造一款气动性能好、地形适应性强、飞行速度快、适合城市交通的垂直起降飞行器成为研究热点。
多旋翼用于起降及固定翼用于巡航阶段这种复合翼布局是目前电动垂直起降采用较多的方式。为提高垂起飞行器的安全及巡航性能，旋翼数量增加，且在重心前后对称分布，可有效降低控制复杂性，然而尾部的旋翼机构布置也较为困难；为了克服巡航阻力及确保一定的机动性，通常尾推螺旋桨尺寸较大，这也给巡航的经济性及尾翼的载荷带来挑战。
本文的目的在于解决现有技术中存在的不足，结合涵道及固定翼等技术，提出了一种涵道推力电动垂直起降飞行器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，以解决背景技术中提到的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，包括机身，所述机身两侧连接机翼，所述机翼的翼梢为低阻翼尖，每个所述机翼上均安装有两组多旋翼，所述多旋翼分前后两排在机身两侧对称分布，所述机身底部安装有滑橇式起落架，所述机身的尾端连接尾翼，所述尾翼采用双V尾布局，所述尾翼连接后排内侧的多旋翼，所述机身后段两侧连接有涵道推力桨。
优选的，所述尾翼包括内V尾，所述内V尾的中部连接机身尾端，所述内V尾的两端对称连接外V尾。
优选的，每个所述机翼后侧由机身向翼尖分别设有襟翼、内副翼和外副翼，所述襟翼位于两组多旋翼之间，所述内副翼和外副翼位于外侧多旋翼与翼尖之间。
优选的，所述内V尾和外V尾后侧分别设有内V尾舵面和外V尾舵面。
优选的，所述涵道推力桨包括涵道挂架，所述涵道挂架连接涵道，所述涵道后端安装有定子，所述定子上安装有整流罩，所述整流罩上安装有推力桨，所述涵道挂架连接机身，所述涵道挂架采用流向对称翼型。
优选的，所述涵道离开机身距离须超过当地边界层厚度，与机身安装呈外撇θ及俯仰姿态角ψ，角度不超过3°，所述涵道流向截面为翼型，涵道入口直径Din，推力桨桨叶直径Dprop，涵道出口直径Dexit，满足：Din＝1.05～1.15Dprop；Dexit＝1～1.05Dprop。
本发明的技术效果和优点：本飞行器兼备直升机和固定翼飞机的优点，具备较好的地形适应性和巡航性能。该飞行器无需跑道即可进行垂直起降，可以适应复杂的城市交通环境，安全性和适应性较强；本飞行器在气动方面具有优异的性能，涵道推力螺旋桨较高的推重比使得结构紧凑及巡航阻力较小，具有更高的推力性能、更高的推进效率和更低的噪声特性；本飞行器易于操纵，多旋翼和固定翼之间的模式转换可以通过多旋翼及涵道推力桨配合进行操纵，两种模式下的操纵易于转换，操纵效率高。前飞模式下，通过控制副翼及内外V尾舵偏角进行姿态角控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的涵道安装的俯仰姿态角ψ示意图；
图4为本发明的涵道推力桨结构示意图；
图5为图2中涵道挂架沿A-A方向的剖面图；
图6为图2中涵道沿B-B方向的剖面图；
图7为涵道剖面流线图。
图中：1-机翼，2-低阻翼尖，3-多旋翼，5-机身，6-滑橇式起落架，7-内V尾，8-外V尾，9-涵道推力桨，10-涵道，11-涵道挂架，12-推力桨，13-整流罩，14-定子，15-外副翼，16-内副翼，17-襟翼，18-外V尾舵面，19-内V尾舵面。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接或是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
实施例
如图1和图2所示一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，包括机身5，机身5两侧连接机翼1，机翼1的翼梢为低阻翼尖2，每个机翼1上均安装有两组多旋翼3，机身5底部安装有滑橇式起落架6，机身5的尾端连接尾翼，尾翼采用双V尾布局，尾翼连接后排内侧的多旋翼3，机身5后段两侧安装有涵道推力桨9，为巡航及转换阶段提供动力。每个机翼1后侧由机身5向翼尖分别设有襟翼17、内副翼16和外副翼15，襟翼17位于两组多旋翼3之间，内副翼16和外副翼15位于外侧多旋翼3与翼尖之间。
其中，多旋翼3分前后两排在机身5两侧对称布局，调整各多旋翼3使得多旋翼力的中心与重心重合实现垂直起降功能；增加(减小)前面一排同时降低(增加)后面一排多旋翼3的转速可以实现飞机的纵向俯仰控制；增加(减小)左侧同时降低(增加)右侧多旋翼的转速可以实现飞机的横滚控制；多旋翼3的旋转方向相邻相反，增加(减小)顺时针旋转一组多旋翼3的转速可实现逆时针(顺时针)偏航控制。
进入转换时，飞机放下襟翼17以设计攻角平飞，涵道推力桨9加速飞机前飞，同时降低升力螺旋桨的转速，控制其转速不至于掉高度，待达到转换完成的速度，多旋翼3中的升力螺旋桨停止旋转，飞机进入固定翼模式。
如图2所示，尾翼包括内V尾7，内V尾7的中部连接机身5尾端，内V尾7的两端对称连接外V尾8，内V尾7和外V尾8后侧分别设有内V尾舵面19和外V尾舵面18。当完成多旋翼3向固定翼转换后或固定翼模式工作时，外副翼15及内副翼16用来控制飞机横滚，外V尾舵面18主要用来控制飞机偏航，内V尾舵面19主要用来控制飞机俯仰，襟翼17下偏可增加飞机的升力，减小转换速度，主要用于多旋翼和固定翼之间切换及转换后的爬升。
涵道推力桨9安装在机身5后段。涵道推力桨9包括涵道挂架11，涵道挂架11连接涵道10，涵道10后端安装有定子14，定子14上安装有整流罩13，整流罩13上安装有推力桨12，涵道挂架11连接机身5，涵道挂架11采用流向对称翼型。为了确保涵道推力桨9能高效运行，涵道10离开机身5距离须超过当地边界层厚度，与机身5安装呈外撇θ(如图2所示)及俯仰姿态角ψ(如图3所示)，一般安装角不超过3°。如图5所示，涵道挂架11采用流向对称翼型设计。推力桨12高速旋转推动气流从机头向尾部方向流动，气流在上游整流罩13及下游定子14的整流作用下减弱旋转，可以更好工作。涵道流向截面为翼型(如图6所示)设计，涵道入口直径Din，推力桨桨叶直径Dprop，涵道出口直径Dexit，满足：Din＝1.05～1.15Dprop；Dexit＝1～1.05Dprop。
推力桨12与涵道10之间的间隙对于涵道推力桨9的整体性能影响较大，间隙过大导致涵道性能下降，过小时结构振动易于导致推力桨12损坏涵道10。
如图7所示，轴向高速气流在流过涵道前缘唇口时产生较低的负压区，从而产生较大的向前拉力，故唇口处的流动状态对涵道10的设计至关重要，通常要保证在设计包线范围内唇口处的气流都保持流动附着状态，对于低速飞行状态(来流Ma～0.2)，唇口半径较大低速特性好。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，包括机身，其特征在于：所述机身两侧连接机翼，所述机翼的翼梢为低阻翼尖，每个所述机翼上均安装有两组多旋翼，所述多旋翼分前后两排在机身两侧对称分布，所述机身底部安装有滑橇式起落架，所述机身的尾端连接尾翼，所述尾翼采用双V尾布局，所述尾翼连接后排内侧的多旋翼，所述机身后段两侧连接有涵道推力桨。
2.根据权利要求1所述的一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，其特征在于：所述尾翼包括内V尾，所述内V尾的中部连接机身尾端，所述内V尾的两端对称连接外V尾。
3.根据权利要求1所述的一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，其特征在于：每个所述机翼后侧由机身向翼尖分别设有襟翼、内副翼和外副翼，所述襟翼位于两组多旋翼之间，所述内副翼和外副翼位于外侧多旋翼与翼尖之间。
4.根据权利要求2所述的一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，其特征在于：所述内V尾和外V尾后侧分别设有内V尾舵面和外V尾舵面。
5.根据权利要求1所述的一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，其特征在于：所述涵道推力桨包括涵道挂架，所述涵道挂架连接涵道，所述涵道后端安装有定子，所述定子上安装有整流罩，所述整流罩上安装有推力桨，所述涵道挂架连接机身，所述涵道挂架采用流向对称翼型。
6.根据权利要求5所述的一种涵道推力电动垂直起降复合翼飞行器，其特征在于：所述涵道离开机身距离须超过当地边界层厚度，与机身安装呈外撇θ及俯仰姿态角ψ，角度不超过3°，所述涵道流向截面为翼型，涵道入口直径Din，推力桨桨叶直径Dprop，涵道出口直径Dexit，满足：Din＝1.05～1.15Dprop；Dexit＝1～1.05Dprop。
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