CN115636084B - 一种倾转翼垂直起降飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空飞行领域，特别涉及一种倾转翼垂直起降飞行器及其控制方法。本发明实现飞行器通过倾转部分主翼，以尽可能简单、高效、安全的结构，实现垂直起降和巡航功能。本发明包括机身、尾翼和起落架，所述机身和尾翼固定连接，所述起落架固定连接机身，所述尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼，还包括倾转翼，所述倾转机翼与机身可转动连接，其主要特点是双发动机，置于两侧主翼。动力系统无变距。通过发动机后流场舵面，获得俯仰、滚转及方向的控制力矩。

Description

一种倾转翼垂直起降飞行器及其控制方法

技术领域

本发明属于航空飞行领域，具体涉及一种倾转翼垂直起降飞行器及其控制方法。

背景技术

市面上的垂直起降的固定翼巡航飞行器常见的有三种： 第一种是倾转动力系统，类似美国鱼鹰，由于大动力倾转及旋翼变距，存在着重量和体积较大，结构复杂故障率相对较高等问题，第二种涡扇涵道，通过改变喷气方向获得向上的升力。存在着重量和体积大、结构复杂故障率高、油耗巨大等问题，第三种是复合翼，垂直起降时依靠专用旋翼，巡航时另用专用旋翼，存在着占绝大多数的巡航时间状态下，垂直起降专用旋翼成为较大废重及废阻等问题。在航空母舰等特殊环境中以上三种飞行器都有一定的弊端。

现有技术中申请号为：“CN201910188839.5 ”的 一种垂直起降和高速飞行的推进式旋转机翼飞机及其控制方法，包括机身、四桨叶旋转机翼、鸭翼、尾翼、多输入多输出动力系统以及尾桨与推进共用系统。本发明中尾桨与前飞推进系统共用一套动力与驱动装置，能够大大减轻飞机自重并减小起飞需用功率；多输入多输出动力系统满足旋翼模式的大功率需求，也可以在固定翼模式使动力系统工作在最优经济状态；四桨叶旋转机翼设计提高了飞机的载重能力和最大起飞重量，且通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构，实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局，达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的效果。

但该方案依然存在问题，第一飞机起降时不能垂直起降的问题，第二飞机在飞行过程中不能进行快速翻转的问题。

发明内容

本发明提供一种垂直起降和高速飞行的推进式旋转机翼飞机，以飞机起降时不能垂直起降的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种垂直起降和高速飞行的推进式旋转机翼飞机，包括机身、尾翼和起落架，所述机身和尾翼固定连接，所述起落架固定连接机身，还包括倾转飞行单元，所述倾转飞行单元包括倾转翼、倾转翼驱动电机、螺旋桨和螺旋桨驱动电机，所述倾转翼驱动电机连接倾转翼，所述螺旋桨驱动电机设置在倾转翼内，所述螺旋桨驱动电机的转动轴固定连接螺旋桨，所述倾转飞行单元为两个，且对称设置在机身两侧。

本发明原理在于：中央操作系统控制控制器启动倾转翼的驱动电机，使得倾转翼转动，螺旋桨旋转，倾转翼转动至垂直与地面的状态，飞机垂直上升或者下降，倾转翼再转动至平行于地面则飞机平飞。

本发明有益效果在于：飞行器通过倾转翼和螺旋桨配合简单又高效的实现了垂直起降和巡航功能，飞机垂直起飞或者降落，对起飞场地需求不大。

进一步，所述起落架底部设置有凹槽，凹槽内设置有防冻可拆卸单元，防冻可拆卸单元包括底部弹簧、防冻拆卸块和推杆，所述底部弹簧一端固定连接起落架，另一端固定连接防冻拆卸块，所述防冻拆卸块的数量为多个，且防冻拆卸块的顶部设有凸起，底部设有与凸起配合的凹槽，所述推杆设置在防冻拆卸块两侧，所述推杆滑动连接起落架，所述防冻拆卸块滑动连接起落架底部凹槽，所述推杆上设置有限制防冻拆卸块位置的弹性卡扣。

本发明原理在于：飞机停在地面上，推杆直接接触地面，受力向上推动，从而防冻拆卸块挤压弹性卡扣脱离弹性卡扣的位置限定，直接接触地面，飞机起飞时脱离直接接触地面的防冻拆卸块。

本发明有益效果在于：这种结构的起落架具有一定支撑作用同时可拆卸配合又具有一定稳定性，利于飞行中防冻拆卸块的固定，以及降落后再起飞时防冻拆卸块的脱离，防止起落架底部与冰粘连。

进一步，所述起落架内设置有内腔，所述起落架还包括内设置有防冻液存放腔、单向阀喷嘴、活塞和推杆弹簧，所述单向阀喷嘴设置在防冻液存放腔上部，所述活塞滑动连接内腔且将内腔分割为防冻液储存腔和润滑油腔，所述推杆弹簧在润滑腔内，所述推杆弹簧一端固定连接活塞，所述推杆弹簧另一端固定连接推杆，所述推杆在润滑腔内且滑动连接润滑腔。

本发明有益效果在于：飞机停在地面上，推杆直接接触地面，受力向上推动，同时推杆向上推动弹簧，弹簧推动活塞，活塞推动防冻液，防冻液受压力通过单向阀喷头向外喷出，这种特殊结构能更好的防止起落架与冰粘连。

进一步，所述起落架上设置有导流板，且导流板与单向阀喷嘴相配合。

本发明原理在于：当防冻液从单向阀喷头喷出时，导流板将防冻液挡住，防冻液则顺着起落架外部边缘流下。

本发明有益效果在于：防冻液在起落架外部流淌，更好的防止起落架与冰过度粘连。

进一步，所述润滑腔内充满润滑油。

本发明有益效果在于：润滑油腔内推杆和推杆弹簧周围填充有防冻润滑油，本结构工作时，弹簧和推杆在外力作用下滑动，推杆与起落架滑动连接，由于推杆和起落架的形变系数不同，在温度越低形变越明显，推杆与起落架之间的间隙越大，防冻润滑油就会从间隙流出，利于滑动的同时防止粘连。

进一步，包括垂直起降过程的控制方法、垂直转平飞过程的控制方法、平飞过程控制方法和平飞转垂直降落的控制方法；

所述垂直起降过程的步骤包括：

（1） 主翼从与机身对接的根部，向上倾转至发动机拉力线垂直向上，使飞机获得提升的动力；

（2） 左右发动机转速差，获得滚转力矩；

（3） 副翼通过同步前后偏转，使飞行器获得俯仰控制力矩；

（4）副翼通过混控差偏转，合飞行器获得旋转方向力矩；

所述垂直转平飞过程的步骤包括：

（1） 主翼由垂直向前倾转至平飞状态，动飞机航迹由垂直向上过渡到向前运动，直至获得平飞要求的速度同步过渡到水平飞行状态并锁定；

（2） 机身由飞控控制保持基本水平；

（3）俯仰力矩，由垂直状态时的副翼同步偏转，过渡到水平尾翼舵面控制；

（4） 滚转力矩，由垂直状态时的左右发动机拉力差，过渡到副翼差动偏转控制；

（5） 方向力矩，由垂直状态时的副翼差动偏转，过渡到垂直尾翼偏转控制；

所述平飞过程为完全固定翼模式的步骤包括：

（1） 前进动力由左右发动机同步动力获得；

（2） 俯仰力矩，由垂直状态时的副翼同步偏转获得向上，过渡到水平尾翼舵面控制；

（3）滚转力矩，由副翼差动偏转控制；

（4） 方向力矩，由垂直尾翼偏转获得控制；

所述平飞转垂直降落为垂直起飞转平飞的逆过程的步骤包括：

（1） 主翼由平飞后倾转至向垂直状态，飞机航迹逐步减速的同时，由逐步向上倾转的主翼及发动机获得向上的拉力分量，过渡到完全由垂直状态的发动机获得；

（2） 机身由飞控控制保持基本水平；

（3）俯仰力矩，由水平尾翼舵面控制，过渡到垂直状态时的副翼同步偏转控制；

（4） 滚转力矩，由副翼差动偏转控制，过渡到垂直状态时的左右发动机拉力差控制；

（5） 方向力矩，由垂直尾翼舵面偏转控制，过渡到垂直状态时的副翼差动偏转控制。

本发明有益效果在于：实现飞行器通过倾转部分主翼，以尽可能简单、高效、安全的结构，实现垂直起降和巡航功能，同时可以实现垂直起降、垂直转平飞、平飞过程为完全固定翼模式和平飞转垂直降落多种作业方式。

附图说明

图1为本发明实施例垂直起降动力系统拉力线垂直向上的结构示意图。

图2为本发明实施例垂直/平飞过渡拉力线前倾20°的结构示意图。

图3本发明实施例方向控制副翼差动该偏转的结构示意图。

图4本发明实施例俯仰控制副翼同步偏转的结构示意图。

图5本发明实施例垂直/平飞过渡拉力线前倾45°的结构示意图。

图6本发明实施例垂直/平飞过渡拉力线前倾65°的结构示意图。

图7本发明实施例拉力向前、副翼控制滚转、尾翼控制俯仰及方向的结构示意图。

图8本发明实施例起落架外观结构示意图。

图9本发明实施例起落架内部示意图。

图10本发明实施例飞机落地时起落架内部结构示意图。

图11本发明实施例飞机再起飞时起落架内部结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图标记包括：1、机身；2、倾转翼；3、螺旋桨；4、尾翼；5、副翼；6、起落架，61、单向阀喷头；62、弹性卡扣；63、腔体；64、导流板；65、活塞；66、底部弹簧；67、推杆弹簧；68、防冻拆卸块；69、推杆。

实施例基本如附图1、图2所示：

机身1上设置有倾转飞行单元，倾转飞行单元包括倾转翼2、倾转翼驱动电机、螺旋桨3、螺旋桨驱动电机、副翼5和副翼驱动电机，倾转翼驱动电机连接倾转翼2，螺旋桨驱动电机设置在倾转翼2内，螺旋桨驱动电机的转动轴固定连接螺旋桨3，副翼5通过转动轴铰接在倾转翼2上，副翼驱动电机固定连接转动轴，从而操控转动，倾转飞行单元为两个，且对称设置在机身1两侧，机身1上还设置有尾翼和起落架，机身1和尾翼4固定连接，起落架6固定连接机身1下方。

如附图8、9、10、11所示：起落架6底部设置有凹槽，凹槽内设置有底部弹簧66、防冻拆卸块68和推杆69，底部弹簧66固定连接起落架6，防冻拆卸块68可拆卸连接底部弹簧66，推杆69设置在防冻拆卸块68两侧与防冻拆卸块68滑动连接，每个防冻拆卸块68通过凹部和凸部可拆卸连接且通过凹凸点相互配合在一起，类似签字笔笔帽和笔杆之间的配合，具有一定支撑作用同时可拆卸配合又具有一定稳定性，利于飞行中防冻拆卸块68的固定，和降落后再起飞时防冻拆卸块68的脱离，从而更好的防止起落架6与冰过度粘连，推杆69上设置有弹性卡扣62，防冻拆卸块68在推杆69不受推力的时通过卡扣62限定位置，固定在起落架6底部，起落架6还包括防冻液存放腔63、单向阀喷嘴61、活塞65和推杆弹簧67，防冻液存放腔63设置在起落架内，单向阀喷嘴61设置在防冻液存放腔63上部连通外界，活塞65滑动连接防冻液存放腔63，推杆弹簧67一端固定连接活塞65，推杆69固定连接推杆弹簧67另一端。

如附图3所示：垂直起降，倾转翼2从与机身1对接的根部，向上倾转至发动机拉力或者推力线垂直向上，使飞机获得提升的动力，左右发动机转速差，获得滚转力矩，副翼5通过同步前后偏转，使飞行器获得俯仰控制力矩，副翼5通过混控差偏转，合飞行器获得旋转方向力矩，实现垂直起飞，垂直起降过程中，副翼通过同步前后偏转，使飞行器获得俯仰控制力矩，垂直起降过程中，副翼通过混控差偏转，合飞行器获得旋转方向力矩。

如附图4、图5、图6、图7所示：分别为直/平飞过渡拉力线前倾45°，垂直/平飞过渡拉力线前倾65°和拉力向前、副翼控制滚转、尾翼控制俯仰及方向，都属于垂直转平飞过程，垂直转平飞过程中，倾转翼2中的主翼由垂直向前倾转至平飞状态，驱动飞机航迹由垂直向上过渡到向前运动，直至获得平飞要求的速度同步过渡到水平飞行状态并锁定。 机身1由飞控控制保持基本水平，由垂直状态时的副翼5同步偏转，过渡到尾翼4中水平尾翼舵面控制，由垂直状态时的左右发动机拉力差，过渡到副翼5差动偏转控制，由垂直状态时的副翼5差动偏转，过渡到尾翼4中垂直尾翼偏转控制，平飞过程为完全固定倾转翼2，前进动力由左右发动机同步动力获得，俯仰时，由垂直状态时的副翼5同步偏转获得向上，过渡到尾翼4中水平尾翼舵面控制，平飞转垂直降落为垂直起飞转平飞的逆过程，倾转翼2由平飞后倾转至向垂直状态，飞机航迹逐步减速的同时，由逐步向上倾转翼2及发动机获得向上的拉力分量，过渡到完全由垂直状态的发动机获得，机身1由飞控控制保持基本水平，俯仰，由尾翼4中水平尾翼舵面控制，过渡到垂直状态时的副翼5同步偏转控制，滚转，由副翼5差动偏转控制，过渡到垂直状态时的左右发动机拉力差控制方向力矩，由尾翼4中垂直尾翼舵面偏转控制，过渡到垂直状态时的副翼5差动偏转控制。

临时停放时，飞机停于地面上，推杆69直接接触地面，受力向上推动，从而防冻拆卸块68挤压弹性卡扣62脱离弹性卡扣62的位置限定，直接接触地面，飞机起飞时脱离直接接触地面的其中一块防冻拆卸块68，同时推杆69向上推动推杆弹簧67，推杆弹簧67推动活塞65，活塞65推动防冻液，防冻液受压力通过单向阀喷头61向外喷出，当防冻液从单向阀喷头61喷出时，设置在单向阀喷头61旁的导流板64将防冻液导流，导流板64是一个表面光滑的曲面板，同时在防冻液存放腔内63靠近单向阀喷头61处设置有应变板，当温度交底时产生弯曲，防冻液受压力通过单向阀喷头61向外喷出，防冻液则顺着起落架6外部边缘流下，在推杆69和推杆弹簧67周围填充有防冻润滑油，天气越冷推杆69会产生冷缩形变从而间距增大，则防冻润滑油流出，保证推杆69可动。每个防冻拆卸块68通过凹部和凸部可拆卸连接且通过凹凸点相互配合在一起，类似签字笔笔帽和笔杆之间的配合，具有一定支撑作用同时可拆卸配合又具有一定稳定性，利于飞行中防冻拆卸块68的固定，和降落后再起飞时防冻拆卸块68的脱离，从而更好的防止起落架6与冰粘连，当温度比较高的时候，应变板平直，固定在单向阀喷头上，活塞65向上运动也无法喷出防冻液，这样可以确保起落架在冷的天气可以喷出防冻液，不冷的天气不喷出防冻液，且本特殊机构能自动完成这操作，减少工作人哈云工作量。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种倾转翼垂直起降飞行器，包括机身、尾翼和起落架，所述机身和尾翼固定连接，所述起落架固定连接机身，其特征在于：还包括倾转飞行单元，所述倾转飞行单元包括倾转翼、倾转翼驱动电机、螺旋桨和螺旋桨驱动电机，所述倾转翼驱动电机连接倾转翼，所述螺旋桨驱动电机设置在倾转翼内，所述螺旋桨驱动电机的转动轴固定连接螺旋桨，所述倾转翼转动连接机身，所述倾转翼驱动电机设置在机身内，所述倾转飞行单元为两个，且对称设置在机身两侧；所述起落架底部设置有凹槽，凹槽内设置有防冻可拆卸单元，防冻可拆卸单元包括底部弹簧、防冻拆卸块和推杆，所述底部弹簧一端固定连接起落架，另一端固定连接防冻拆卸块，所述防冻拆卸块的数量为多个，且防冻拆卸块的顶部设有凸起，底部设有与凸起配合的凹槽，所述推杆设置在防冻拆卸块两侧，所述推杆滑动连接起落架，所述防冻拆卸块与起落架底部凹槽滑动连接，所述推杆上设置有限制防冻拆卸块位置的弹性卡扣；所述起落架内设置有内腔，所述起落架还包括防冻液存放腔、单向阀喷嘴、活塞和推杆弹簧，所述单向阀喷嘴设置在防冻液存放腔上部，所述活塞滑动连接内腔且将内腔分隔为防冻液储存腔和润滑油腔，所述推杆弹簧设置在润滑腔内，所述推杆弹簧一端固定连接活塞，所述推杆弹簧另一端固定连接推杆，所述推杆在润滑腔内且推杆与润滑腔滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种倾转翼垂直起降飞行器，其特征在于：所述起落架上设置有导流板，且导流板与单向阀喷嘴相配合。

3.根据权利要求1所述的一种倾转翼垂直起降飞行器，其特征在于：所述润滑腔内充满润滑油。

4.基于权利要求1～3任一项所述的一种倾转翼垂直起降飞行器的控制方法，其特征在于：包括垂直起降过程的控制方法、垂直转平飞过程的控制方法、平飞过程控制方法和平飞转垂直降落的控制方法；

所述垂直起降过程的步骤包括：

（1）翼从与机身对接的根部，向上倾转至发动机拉力线垂直向上，使飞机获得提升的动力；

（2）左右发动机转速差，获得滚转力矩；

（3）副翼通过同步前后偏转，使飞行器获得俯仰控制力矩；

（4）副翼通过混控差偏转，合飞行器获得旋转方向力矩；

所述垂直转平飞过程的步骤包括：

（1）主翼由垂直向前倾转至平飞状态，动飞机航迹由垂直向上过渡到向前运动，直至获得平飞要求的速度同步过渡到水平飞行状态并锁定；

（2）机身由飞控系统控制保持水平；

（3）俯仰力矩，由垂直状态时的副翼同步偏转，过渡到水平尾翼舵面控制；

（4）滚转力矩，由垂直状态时的左右发动机拉力差，过渡到副翼差动偏转控制；

（5）方向力矩，由垂直状态时的副翼差动偏转，过渡到垂直尾翼偏转控制；

所述平飞过程为完全固定翼模式的步骤包括：

（1）前进动力由左右发动机同步动力获得；

（2）俯仰力矩，由垂直状态时的副翼同步偏转获得向上，过渡到水平尾翼舵面控制；

（3）滚转力矩，由副翼差动偏转控制；

（4）方向力矩，由垂直尾翼偏转获得控制；

所述平飞转垂直降落为垂直起飞转平飞的逆过程的步骤包括：

（1）主翼由平飞后倾转至向垂直状态，飞机航迹逐步减速的同时，由逐步向上倾转的主翼及发动机获得向上的拉力分量，过渡到完全由垂直状态的发动机获得；

（2）机身由飞控系统控制保持水平；

（3）俯仰力矩，由水平尾翼舵面控制，过渡到垂直状态时的副翼同步偏转控制；

（4）滚转力矩，由副翼差动偏转控制，过渡到垂直状态时的左右发动机拉力差控制；

（5）方向力矩，由垂直尾翼舵面偏转控制，过渡到垂直状态时的副翼差动偏转控制。