CN115416848A - 可重构混合机翼垂直起降飞行器 - Google Patents

可重构混合机翼垂直起降飞行器 Download PDF

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范丽
项军华
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Abstract

一种可重构混合机翼垂直起降飞行器，包括机身、机翼、鸭翼和舱门，机身的两侧分别设置有一个机翼，在机身一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，在机身另一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，以此形成H构型的机身布局。设置在机翼下侧的旋翼模组转动至与主机翼在同一平面上，与机翼上侧的旋翼模组的相对位置发生改变，实现了整机构型的重构。本发明通过机翼下侧的旋翼模组发生转动，将机翼下侧旋翼模组垂直面转化成升力面，增大了飞机水平飞行时主机翼的展弦比，增加了升阻比；降低了飞机垂向面积导致H构型尾座式飞机航向过稳定的缺点；使得尾座式飞机具有滑翔迫降功能。

Description

可重构混合机翼垂直起降飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器领域，尤其是涉及一种采用H构型，具有旋转翼的飞行器，实现垂直起降。
背景技术
随着技术的不断发展，载人飞行器在世界各国的军事和民用领域都得到了广泛的发展和应用，常见的载人飞行器主要有固定翼飞行器和旋翼飞行器。固定翼飞行器航程长，速度快；旋翼飞行器起降灵活、稳定、可控性强。近年来也陆续出现将固定翼与旋翼相结合的垂直起降固定翼飞行器。
现有的垂直起降固定翼飞行器由于机翼翼展较大，运输与起飞降落阶段所占体积较大；现有的垂直起降固定翼飞行器在实现垂直转平飞的姿态调整过程中一般都使用了改变相对推力方向或者采用两套推进系统的方式，这会造成系统复杂性高、重量冗余、倾转机构可靠性降低等隐患。现有的垂直起降飞行器一旦出现发动机失效等事故将难以安全紧急降落。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提出一种可重构混合机翼垂直起降飞行器，系整体倾转的垂直起降折叠尾座式飞行器，能够解决现有的垂直起降固定翼飞行器在运输与起飞降落时占用空间较大的问题，倾转结构复杂、紧急降落困难等问题。。
所采用的技术方案如下：
一种可重构混合机翼垂直起降飞行器，系尾座式飞行器，包括机身、机翼、鸭翼和舱门；机身的两侧分别设置有一个机翼，机身前部的两侧设置有一对水平鸭翼，机身上开设有舱门。在机身一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，在机身另一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，以此形成H构型的机身布局。
旋翼模组包括安装架、动力柱和螺旋桨；安装架的底部固定在机翼表面上，动力柱安装在安装架的顶部且动力柱中轴线与机身的中轴线平行，螺旋桨安装在动力柱的前端，螺旋桨的驱动器件安装在动力柱内。动力柱的末端延伸至机尾外且位于同一垂直面上，形成四足尾座，作为着陆支撑点；动力柱的末端安装有减震装置。
驱动器件为匹配电机或内燃机的任一种，安装在动力柱内，每个驱动器件分别连接一个旋翼模组以用于提供驱动力。
在飞行器起飞、降落和飞行期间，设置在机翼下侧的旋翼模组发生转动(如：枢轴转动)，与机翼上侧的旋翼模组的相对位置发生改变，比如：位于各侧机翼上侧的1件旋翼模组的正下方(即H构型)，或与机翼同处于水平位置，即位于各侧机翼上侧的1件旋翼模组的外侧。
具体的，在起降时，各侧机翼下方旋翼模组折起，位于各侧机翼上侧的1件旋翼模组的正下方，四个模组形成H型构型分布在机翼上下。在空中平飞时，设置在各侧机翼下侧的1件旋翼模组发生转动而展开，重构为翼尖的旋翼模组，成为具有翼尖螺旋桨的水平大机翼。上方旋翼模组的螺旋桨可收起，只由翼尖旋翼作动力。
进一步，还包括转动机构设置于各侧机翼下侧的安装架与机翼之间，带动各侧机翼下侧的旋翼模组转动。
飞行器还包括控制系统和动力系统。
进一步的，控制系统分别连接旋翼模组的驱动器件，调整各旋翼模组的转速功率以实现飞行姿态的控制。
进一步的，动力系统安装在机身内，动力系统分别为四个旋翼模组提供动力，动力系统分别连接驱动器件；
进一步的，动力系统包括电池、电池管理模组和电器设备，分别连接驱动器件的电机端来提供动力。电池为蓄电池或燃料电池中的一种。
进一步的，机身前部鸭翼可改善机体飞行姿态，并提供一定的升力。鸭翼上带有可调控制面，控制面偏转可调整飞行器姿态。
本发明通过四个旋翼模组作为起飞动力，静止时旋翼模组组成H构型，尾部的四个减震装置落地；起飞时四个旋翼模组提供动力，控制产生的动力垂直起飞，无需跑道，机翼相对于普通固定翼飞行器更短，飞行器占用体积小；凌空后控制系统调整各个电机的转速功率来实现飞行姿态的转换，逐渐倾转机身直至达到机翼即固定翼的平飞状态，上方二个旋翼模组的螺旋桨停转收起，下方二个旋翼模组旋转至与主机翼在同一水平面上，与主机翼主体形成加长固定翼，飞行器采用单一推进系统，冗余度低；展弦比增大，飞行器诱导阻力降低，升阻比提高，能源利用效果提高；降低了飞机垂向面积从而降低了H构型飞机航向过稳定的缺点；一旦发生发动机故障等突发情况，飞行器可依靠固定翼滑行降落，直至稳定安全迫降；降低了H构型飞机包络体积。
附图说明
图1为本发明实施例中可重构混合机翼垂直起降飞行器静止时的立体图；
图2为本发明实施例中垂直飞行状态下飞行器的侧视图；
图3为本发明实施例中垂直飞行状态下飞行器的俯视图；
图4为本发明实施例中飞行器下方旋翼支架展开示意图；
图5为本发明实施例中水平飞行状态下飞行器的正视图；
图6为本发明实施例中水平飞行状态下飞行器的侧视图。
具体实施方式
以下详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅供说明具体结构，该结构的规模不受实施例的限制。
如图1至图6所示，一种尾座式飞行器，能实施整体倾转的垂直起降，包括机身100、旋翼模组、控制系统、座舱和动力系统。其中，机身100的两侧分别安装一个机翼110，机身100前部的两侧安装了一对水平鸭翼120，鸭翼上带有可调控制面，控制面偏转可调整飞行器姿态，解决了俯仰控制面布局难的问题。
机身100上开设有舱门130。各个机翼110上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组。位于机翼110上侧的旋翼模组固定且垂直于机翼，位于机翼110下侧的旋翼模组与转动机构(未示出)连接。
其中，参照图1、图2和图4，各个旋翼模组包括安装架、动力柱220和螺旋桨230。位于机翼110上侧的旋翼模组的上安装架210的底部固定在机翼110上。转动机构设置于下安装架250与机翼110间，带动下安装架250转动，动力柱220安装在上安装架210和下安装架250，且与机身100的中轴线平行，螺旋桨230安装在动力柱220的前端，电机安装在动力柱220内。螺旋桨使用电机驱动，每个电机分别连接一个螺旋桨以用于提供驱动力。控制系统分别连接四个电机以用于调整各电机的转速功率实现飞行姿态的转换。动力系统安装在机身100内，动力系统分别连接四个电机的电源端来提供动力，动力系统包括电池、电池管理模组和电器设备。
其中，参照图2至图6，飞行器垂直起降过程中机身100的是朝向上方的，四个旋翼模组呈H构型分布在机翼110上下。转成平飞后，下安装架250缓慢展开至水平，与机翼110组成加长固定翼，同时机翼110上方旋翼模组的2个螺旋桨230收起，只用加长固定翼翼尖的旋翼模组作动力。
降落时，参照图1和图2，四个动力柱220的末端延伸至机尾外且位于同一垂直面上以用于作为着陆支撑点。动力柱220的末端设置有减震装置240以便飞机能够平稳着陆。
常见的尾座式飞机一般需要多个支撑机构，支撑机构一般在飞行器平飞的时候属于阻力面。本实施例的飞行器采用转动机构实现了将支撑机构(即机翼下侧旋翼模组)从阻力面转换成升力面，增加了机翼的展弦比，降低了诱导阻力，增加了升阻比。
转动机构将机翼下侧旋翼模组垂直安定面转化成升力面，增大了飞机水平飞行时机翼面积，降低了H构型尾座式飞机航向过稳定的缺点，增加了升阻比。
尾座式飞行器要求推进系统相对于重心对称式分布，关停任意一个发动机将使得推力相对重心不对称，对于尾座式飞行器一般垂起时所需的动力远大于平飞时的动力，所以需要关停部分发动机。本实施例的飞行器的构型可使得在关停个别推进机构时保持推进系统相对于重心对称分布。
此外，转动机构使得尾座式飞行器具有水平起飞降落的能力，也可以使得尾座式飞行器在推进系统失效时实现滑翔迫降的功能，大幅提高了尾座式飞行器的安全性能。
本实施例的转动式飞行器解决了固定翼飞机在储存、运输以及起飞降落时占用场地大的问题。

Claims (10)

1.一种可重构混合机翼垂直起降飞行器，包括机身、机翼、鸭翼和舱门，机身的两侧分别设置有一个机翼，其特征是四组旋翼模组，各个所述的旋翼模组均包括安装架、动力柱和螺旋桨；
在机身一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，在机身另一侧机翼的上侧和下侧分别对称设置2件旋翼模组，以此形成H构型的机身布局；
设置在机翼下侧的所述的旋翼模组发生转动，与机翼上侧的旋翼模组的相对位置发生改变。
2.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是四个动力柱的末端延伸至机尾外且位于同一垂直面上，形成四足尾座，作为着陆支撑点。
3.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是各个动力柱的末端安装有减震装置。
4.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是还包括转动机构设置于各侧机翼下侧的安装架与机翼之间，带动各侧机翼下侧的旋翼模组转动。
5.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是在起降时，各侧机翼下方旋翼模组位于各侧机翼上侧的旋翼模组的正下方，四个模组形成H型构型。
6.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是在空中平飞时，设置在机翼下侧的旋翼模组发生转动而展开，重构为翼尖的旋翼模组，成为具有翼尖螺旋桨的水平大机翼。
7.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是还包括控制系统和动力系统。
8.根据权利要求7所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是所述的控制系统分别连接旋翼模组的驱动器件，调整各旋翼模组的转速功率以实现飞行姿态的控制。
9.根据权利要求7所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是所述的动力系统安装在所述机身内，与各个驱动器件分别连接，并为四组旋翼模组提供动力。
10.根据权利要求1所述的可重构混合机翼垂直起降飞行器，其特征是所述机身前部的两侧设置有一对水平鸭翼，鸭翼上带有可调控制面，控制面偏转可调整飞行器姿态。
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