CN115042969A - 采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器 - Google Patents
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Abstract
采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，包括机身、飞机主翼、飞机水平尾翼、飞机前翼、螺旋桨、倾转螺旋桨短舱和倾转机构；飞机主翼设置在机身的中部，飞机水平尾翼和飞机前翼分别设置在机身的头部和尾部；飞机主翼、飞机水平尾翼和飞机前翼的翼尖端部均设置有倾转螺旋桨短舱，每个倾转螺旋桨短舱均设置有螺旋桨与带滑流舵的短翼，倾转机构设置在倾转螺旋桨短舱内部，倾转机构输出端连接所在翼尖端部，倾转机构带动倾转螺旋桨短舱在水平和竖直两个位置旋转。本发明倾转机构与发动机短舱固连，倾转机构布置于发动机短舱中，则不需要在飞机机翼上布置其他结构，使得飞机整体结构简单高效，且方便倾转机构维护。
Description
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，特别涉及采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器。
背景技术
空中飞行器的广泛应用将构建起城市立体交通网络，实现对地面交通的有效补充。极大的缓解目前城市日益严重的拥堵问题。
城市飞行器需要采用垂直起降设计，满足其在城市狭小空间中的起降，重点关注的指标为安全性，噪声等级与能源使用的清洁性，目前存在的城市飞行器多采用分布式电动推进方式的多旋翼，固定翼或混合布局设计。
垂直起降飞机的设计中，发动机短舱的倾转机构至关重要，通常倾转机构都需要对飞机的机翼结构进行额外设计，以足够容纳倾转机构的放置，这样使得倾转旋翼飞机通常结构复杂且不便于维护。
发明内容
本发明的目的在于提供采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，以解决倾转旋翼飞机通常结构复杂且不便于维护的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，包括机身、飞机主翼、飞机水平尾翼、飞机前翼、螺旋桨、倾转螺旋桨短舱和倾转机构；飞机主翼设置在机身的中部，飞机水平尾翼和飞机前翼分别设置在机身的头部和尾部；飞机主翼、飞机水平尾翼和飞机前翼的翼尖端部均设置有倾转螺旋桨短舱，每个倾转螺旋桨短舱均设置有螺旋桨，倾转机构设置在倾转螺旋桨短舱内部，倾转机构输出端连接所在翼尖端部，倾转机构带动倾转螺旋桨短舱在水平和竖直两个位置旋转。
进一步的，倾转机构包括电动机、齿轮减速器、蜗轮蜗杆机构、角度监测装置和转轴；电动机的输出端连接齿轮减速器，齿轮减速器输出端连接蜗轮蜗杆机构的蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮设置在转轴上，角度监测装置同轴设置在蜗轮的侧面；转轴连接翼尖端部。
进一步的，角度监测装置包括角位移传感器、齿轮和从动轮；角位移传感器设置在倾转螺旋桨短舱内，齿轮设置在转轴上，齿轮通过皮带连接从动轮，从动轮设置在角位移传感器上。
进一步的，倾转机构通过支撑结构固定在倾转螺旋桨短舱内，电动机、角位移传感器和转轴均固定在支撑结构上。
进一步的，飞机前翼、飞机主翼和飞机水平尾翼的安装位置不在同一水平面上，水平高度按照飞机前翼、飞机主翼、飞机水平尾翼的顺序依次增高，各个机翼的螺旋桨平面均处于彼此错开状态，各个机翼的螺旋桨的投影面不重叠。
进一步的，机身的尾部设置有飞机垂直尾翼，飞机水平尾翼垂直设置在飞机垂直尾翼上，飞机垂直尾翼和飞机水平尾翼组成飞机的T形尾翼。
进一步的，每个倾转螺旋桨短舱的外侧面均设置有滑流舵面的短翼安定面。
进一步的，滑流舵面的短翼安定面的尾端设置有滑流舵面。
进一步的，滑流舵面通过转轴连接在滑流舵面的短翼安定面，滑流舵面能够绕滑流舵面的短翼安定面偏转。
进一步的，倾转螺旋桨短舱内靠近螺旋桨的位置还设置有螺旋桨驱动机构。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明倾转机构与发动机短舱固连，倾转机构布置于发动机短舱中，则不需要在飞机机翼上布置其他结构，使得飞机整体结构简单高效，且方便倾转机构维护。
本发明使用涡轮蜗杆机构使得发动机短舱可以在任何相对于机翼的角度实现自锁定，且不会由于外部载荷使得发动机短舱与机翼之间发生意外旋转。
本发明与蜗轮同轴设置且被反向驱动的皮带轮通过驱动角位移传感器，可以测量发动机短舱相对于机翼转过的角度，使得发动机短舱的旋转角度可以被精确的控制。
本发明六旋翼无论在垂直起降和平飞过程中在布置上均不存在桨盘投影面积重叠，可保证旋翼效率最大化。
本发明三翼面气动布局，当需要增加载重量时，不需要对飞机布局有重大调整，具有良好的可扩展性。
本发明滑流舵面，在任意状态下均具有舵效，可以直接参与飞机姿态控制，并给倾转机构卸载，可提高飞行安全性。
附图说明
图1平飞状态正视图；
图2垂直起降状态俯视图；
图3三翼面布局说明图；
图4滑流舵面示意图；
图5短舱倾转机构剖视图；
其中：
1为飞机螺旋桨，7为飞机前翼，8为飞机主翼，9为飞机水平尾翼，10为飞机垂直尾翼，11为机身，12为倾转螺旋桨短舱，13为滑流舵面的短翼安定面，14为滑流舵面，15为蜗轮蜗杆机构，17为转轴，18为角位移传感器，19为齿轮，20为从动轮，21为支撑结构，22为电动机，23为齿轮减速器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图5，本发明采用采用三翼面气动布局，即飞机在布局上有前翼，主机翼，尾翼三组翼面。三组翼面从机头向机尾方向依次由低到高排布。
三翼面可倾转六旋翼构型，每个倾转螺旋桨动力短舱均位于三组翼面的翼尖两侧对称布置。在垂直起降过程中旋翼推力为竖直方向，在水平巡航飞行过程中旋翼推力转换为水平。
倾转短舱具有滑流舵面设计，即每个倾转动力短舱均有一段短翼面，并在后缘设置有舵面。
飞机共有6个螺旋桨，在平飞与垂直起飞状态下，飞机的螺旋桨平面均处于彼此错开状态，不存在投影面上的大面积重叠。如图3，其中7为飞机前翼，8为飞机主翼，9为飞机水平尾翼，10为飞机垂直尾翼，11为机身。7，8，9依次从前向后从低到高依次排列，目的为使互相之间不存在干扰，螺旋桨均安装于三个翼面的尖端。10与9组成飞机的T形尾翼。当需要增加飞机载人或载货数量，只需要增长机身11，同时放大并同时增加7，8，9之间间距即可。如图4所示，12为倾转螺旋桨短舱，在12位置处设置有转轴，驱动螺旋桨短舱可以在水平和竖直两个位置旋转，13为滑流舵面的短翼安定面，安装于每个发动机短舱的外侧，14为滑流舵面，安装于短翼后缘，可偏转，在飞行中持续受到螺旋桨滑流的影响。
如图5中所示为倾转短舱安装与机翼翼尖的示意图，其中17为转轴，12为倾转螺旋桨短舱，1为螺旋桨，本发明则是一种布置于倾转螺旋桨短舱12中，于倾转螺旋桨短舱12的结构固连，通过转轴17驱动发动机短舱相对于机翼旋转的机构。剖开发动机短舱外壳后，21为倾转螺旋桨短舱12中的支撑结构，倾转机构主体则固连于结构21。
下面说明倾转机构的运行原理：首先电动机22接通驱动电流后输出高转速低扭矩的驱动力，通过齿轮减速器23减速为低转速高扭矩的驱动力并驱动蜗轮蜗杆机构15中的蜗杆转动，蜗杆驱动涡轮进行进一步的减速驱动发动机短舱相对于机翼固定点转动。同时，与蜗轮蜗杆机构中涡轮同轴设计有齿轮19，齿轮19通过皮带轮传动带动从动轮20，从动轮处安装有角位移传感器18，测量从动轮20转过的角度。其中从动轮20与齿轮19的传动比为固定值通过传动比则可以计算得到发动机短舱相对于机翼转过的角度。
Claims (10)
1.采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，包括机身(11)、飞机主翼(8)、飞机水平尾翼(9)、飞机前翼(7)、螺旋桨(1)、倾转螺旋桨短舱(12)和倾转机构；飞机主翼(8)设置在机身(11)的中部，飞机水平尾翼(9)和飞机前翼(7)分别设置在机身的头部和尾部；飞机主翼(8)、飞机水平尾翼(9)和飞机前翼(7)的翼尖端部均设置有倾转螺旋桨短舱(12)，每个倾转螺旋桨短舱(12)均设置有螺旋桨(1)，倾转机构设置在倾转螺旋桨短舱(12)内部，倾转机构输出端连接所在翼尖端部，倾转机构带动倾转螺旋桨短舱(12)在水平和竖直两个位置旋转。
2.根据权利要求1所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，倾转机构包括电动机(22)、齿轮减速器(23)、蜗轮蜗杆机构(15)、角度监测装置和转轴(17)；电动机(22)的输出端连接齿轮减速器(23)，齿轮减速器(23)输出端连接蜗轮蜗杆机构(15)的蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮设置在转轴(17)上，角度监测装置同轴设置在蜗轮的侧面；转轴(17)连接翼尖端部。
3.根据权利要求2所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，角度监测装置包括角位移传感器(18)、齿轮(19)和从动轮(20)；角位移传感器(18)设置在倾转螺旋桨短舱(12)内，齿轮(19)设置在转轴(17)上，齿轮(19)通过皮带连接从动轮(20)，从动轮(20)设置在角位移传感器(18)上。
4.根据权利要求3所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，倾转机构通过支撑结构(21)固定在倾转螺旋桨短舱(12)内，电动机(13)、角位移传感器(18)和转轴(17)均固定在支撑结构(21)上。
5.根据权利要求1所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，飞机前翼(7)、飞机主翼(8)和飞机水平尾翼(9)的安装位置不在同一水平面上，水平高度按照飞机前翼(7)、飞机主翼(8)、飞机水平尾翼(9)的顺序依次增高，各个机翼的螺旋桨平面均处于彼此错开状态，各个机翼的螺旋桨的投影面不重叠。
6.根据权利要求1所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，机身(11)的尾部设置有飞机垂直尾翼(10)，飞机水平尾翼(9)垂直设置在飞机垂直尾翼(10)上，飞机垂直尾翼(10)和飞机水平尾翼(9)组成飞机的T形尾翼。
7.根据权利要求1所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，每个倾转螺旋桨短舱(12)的外侧面均设置有滑流舵面的短翼安定面(13)。
8.根据权利要求7所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，滑流舵面的短翼安定面(13)的尾端设置有滑流舵面(14)。
9.根据权利要求8所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，滑流舵面(14)通过转轴连接在滑流舵面的短翼安定面(13)，滑流舵面(14)能够绕滑流舵面的短翼安定面(13)偏转。
10.根据权利要求1所述的采用翼尖滑流舵的倾转动力六旋翼电动垂直起降飞行器，其特征在于，倾转螺旋桨短舱(12)内靠近螺旋桨(1)的位置还设置有螺旋桨驱动机构。
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