CN1305734C - 吊篮式单人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种全新概念的超小型飞行器，具有目前其它飞行器所不具备的功能特点。本发明由同心内外双轴上下两层反方向低速旋转的大面积可折桨叶，通过挂轴连接的可与机身改变倾角的机头传动机构及外壳、脚踏和手拉遥控拉线组成的飞行控制系统和可使飞行器无动力安全降落的软着陆系统组成。其具有前飞、后飞、空中悬停、左右转向和高度升降等功能，在发动机一旦熄火后可实现安全可靠的软着陆。本发明操作简单方便(普通人即可操作)，可在田野、道路、房顶及船只上起降，适用于海上登陆、空中巡逻(可超低空)、野外考察、观光旅游、空中拍摄和出行代步等。

Description

吊篮式单人飞行器

技术领域：

本发明为一种全新概念的超小型飞行器。

背景技术：

当今航空飞行器主要有普通飞机、直升飞机、热气球、飞艇和动力伞等。普通飞机造价昂贵，功能单一，使用要求苛刻，驾驶技术复杂，需要复杂的配套服务。直升飞机虽然功能多样，但造价仍然昂贵，驾驶技术复杂。热气球和飞艇造价也不菲，且体积庞大，受天气影响较大，且驾驶复杂。飞行伞虽然造价低廉，但驾驶复杂，空中不能悬停，起飞和降落场地较大。以上飞行器特点各有长短，但普遍存在一定的安全性和驾驶复杂的问题。根据现在社会工农业、国防、经济建设以及人民生活的需要，人们期盼一种飞行安全、使用方便、功能多样的经济适用型超小型飞行器的出现。本发明-吊篮式单人飞行器正是填补了这一空白。本发明能空中悬停，前飞、后飞、左右转向、高度升降，即使在发动机故障熄火时，仍可实现安全可靠的软着陆。除高度升降和软着陆需用手完成简单的操作外，其余功能只需双脚简单操作。本发明可在田野、道路、房顶及船只上起降，适用于海上登陆、空中巡逻(可超低空)，野外考察、观光旅游、空中拍摄和出行代步等。

发明内容：

本发明的组成部份包括：同心内外双轴上下两层反方向低速旋转的大面积可折桨叶，通过挂轴连接的可与机身改变倾角的机头传动机构及外壳，脚踏和手拉遥控拉线组成的飞行控制系统以及可使飞行器无动力安全降落的软着陆系统。其主要特征为：

1.一个连接机头与机身可以使之改变倾角的挂轴，中间部分是一个安装内轴的轴承座，轴承座下方安装有内轴圆锥齿轮，轴承座上方安装有外轴圆锥齿轮，在轴承座右侧挂轴部分安装有与上下齿轮啮合的双面圆锥齿轮，双面圆锥齿轮右侧的挂轴部分，安装有与双面圆锥齿轮啮合的斜轴圆锥齿轮的斜轴轴承座，斜轴轴承座在挂轴上可转动，在机头和机身的倾角变化时(以挂轴为圆心)，斜轴圆锥齿轮与双面圆锥齿轮的啮合不变。

2.安装于内外轴顶部的上下螺旋桨，其面积很大的桨叶可竖折和横折(大大减少占用空间并且便于搬运和存放)，其叶根转轴盘与内外轴顶部固定，叶根套装在叶根转轴上可转动，叶根的叶角转销与叶角连杆转动连结，叶角连杆和连杆盘固为一体，上下连杆盘之间为可转动连结，上连杆上盘经过其中心的轴承与贯穿于内轴的高度拉杆转动连结并受其控制升降。

3.一个可以改变机头与机身倾角，可使之前飞、悬停和后飞的脚踏遥控拉线机构，由连结于机头前后转动边缘和机舱下部的脚踏控制板之间的两根前后飞遥控拉线及踏板控制。

4.一个安装于机头前后的，利用飞行器自身螺旋桨产生的向下气流使飞行器转向的风舵，由连结于两风舵转臂及转担和机身下部脚踏控制板之间的两根左右转遥控拉线及踏板控制。

5.一个贯穿于内轴的高度拉杆，其轴内部分为滑杆，顶部通过轴承与螺旋桨机构连结，其下部轴外部分为齿条与高度控制齿轮啮合，与高度控制齿轮同轴(固定)的高度控制拉线盘和应急拉升拉线盘，分别通过遥控拉线与高度操纵杆和应急拉升机构连接。操纵杆下压，拉杆下降，桨叶角度增大，飞行高度增加，操纵杆上提则作用与之相反。

6.软着陆系统包含两个机构：一个由套装在驱动轴外层，一端通过飞轮与驱动轴连结的储能管，和套装在储能管外层，一端与储能管固定，另一端与机身固定的储能弹簧，以及锁住储能管的横转锁杆，锁住横转锁杆的竖转锁杆，锁住竖转锁杆的保险扣和能打开保险扣后取而代之的保险铃及铃索组成的自降储能保险机构；另一个由应急拉升拉线、应急拉升拉簧、连接拉线和拉簧的塞销以及锁住塞销的销扣组成的应急拉升机构。当飞行器无动力降落时，飞轮(单向转动)能将驱动轴(倒转)锁住，使双层螺旋桨叶片锁定在正交叉位置，使其成为降落伞。当飞行器接近地面时(3-5米)，操作者预先抛放的保险铃和铃索能将保险机构打开，使储能弹簧带动储能管通过飞轮带动驱动轴快速短时间旋转，同时储能管凸轮打开应急拉升机构，将桨叶角度拉至最大位置，以产生最大升力抵消飞行器下降的速度，使之软着陆。

附图说明

本发明共有附图10例：图1为正面结构图。图2为侧面结构图。图3为驾驶状态图。图4为折叶状态图。图5为螺旋桨变角机构结构图(可折桨叶不在内)。图6为螺旋桨全叶(6片)平面图(下层)。图7为单片桨叶图(俯视和正视)。图8为风舵系统结构图。图9为锁定保险机构图(俯视图和示意图)。图10为挂轴、内轴轴承座和斜轴轴承座图(立体)。以上附图中，图1和图2为主图，其余为辅图，辅图为主图中难以反映清楚或不能反映的部分，所有各图中的代号和名称均对应一致。为便于读图，现将图中所有代号名称和其所在图号(1-10)立表如下：

代号	名称	所在图号	代号	名称	所在图号
						1	挂轴	1，2，10	51	保险铃销管	1
2	机头	1，2，3，4	52	弹性起落架	1，2
						3	前飞遥控拉线管上端点	1，2	53	起落架轮	1，2，3
4	后飞遥控拉线管上端点	1，2	54	保险铃	1，9
						5	前飞遥控拉线上端点	1，2	55	左转遥控拉线管下端点	1，2，8
6	后飞遥控拉线上端点	1，2	56	风舵控制踏板	1，2，8

7	右转遥控拉线管上端点	1，2，8	57	右转遥控拉线管下端点	1，2，8
						8	前风舵转臂	1，2，8	58	万向架轮	1，2，3，4
9	右转遥控拉线上端点	1，2，8	59	风舵控制踏板转销	1，2，8
						10	叶根转轴	1，2，5，6，7	60	风舵左右转遥控拉线下端点	1，2，8
11	叶角转销	1，2，5，6，7	61	前后飞控制踏板转销	1，2
						12	叶角连杆	1，2，3，4，5	62	后飞遥控拉线管下端点	1.2
13	内轴	1，2，3，4，5	63	前后飞控制踏板	1，2
						14	高度拉杆轴承	1，2，3，4	64	前后飞遥控拉线下端点	1，2
15	上叶角连杆上盘	1，2，3，4，5	65	前后飞遥控拉线管下端点	1，2
						16	叶根转轴盘	1，2，5，6，7	66	右转遥控拉线	1，2，8
17	上叶角连杆下盘	1，2，3，4，5	67	左转遥控拉线	1，2，8
						18	下叶角连杆盘	1，2，3，4，5	68	后飞遥控拉线	1，2
19	外轴	1，2，3，4，5	69	前飞遥控拉线	1，2
						20	外轴圆锥齿轮	1，2	70	高度定位器	1，2，3，4
21	内轴轴承座	1，10	71	高度操纵杆	1，2
						22	双面圆锥齿轮	1，2	72	高度控制拉线管下端点	1，2
23	斜轴轴承座	1，2，10	73	应急拉升拉簧	1
						24	竖折铰链	1，2，3，4，5，7	74	拉簧管	1
25	可折桨叶	1，2，3，4，6，7	75	应急拉升销扣	1
						26	叶根	1，2，3，4，5，6，7	76	应急拉升塞销	1
27	斜轴圆锥齿轮	1，2	77	高度控制拉线	1，2
						28	斜轴	1，2	78	高度拉杆	1，2
29	应急拉升拉线盘	1，2	79	高度控制拉线管上端点	1，2
						30	应急拉升拉线管上端点	1，2	80	拉线盘支架	1，2
31	应急拉升拉线	1，2	81	高度控制齿轮	1，2
						32	应急拉升拉线管下端点	1，2	82	高度控制拉线盘	1，2
33	万向节	1，2	83	内轴圆锥齿轮	1，2
						34	驱动轴	1，2	84	风舵舵叶	2，8
35	储能管凸轮	1，2	85	风舵转杆套	2，8
						36	储能管轴承	1，2	86	风舵转杆	2，8
37	储能弹簧上端支点	1，2	87	左转遥控拉线管上端点	2，8
						38	储能管	1，2	88	后风舵转臂	2，8
39	储能弹簧	1，2	89	左转遥控拉线上端点	2，8

40	储能弹簧下端支点	1，2	90	驾驶座椅	2，3，4
						41	横转锁杆弹簧转销	1，2，9	91	发动机	2
42	横转锁杆	1，2，9	92	机身	2，3，4
						43	竖转锁杆	1，2，9	93	舱门	3
44	保险扣	1，2，9	94	横折转销	6，7
						45	保险铃索	1，9	95	转担	8
46	储能管加外能机构	1，2	96	转担销	8
						47	飞轮(单向转动)	1，2	97	储能管凸肩	9
48	驱动轴圆锥齿轮	1，2	98	竖转锁杆弹簧转销	9
						49	发动机圆锥齿轮	1，2	99	保销扣转销	9
50	保险铃销	1	100	活片	6，7

实施方式

下面结合附图进行详细描述：

从图中可看出，本发明由机头部分、螺旋桨部分、前后飞控制部分、转向控制部分、高度控制部分和软着陆部分组成。

1.机头部分

在连接机头2与机身92的挂轴1的中间部位，有一个安装内轴13的轴承座21，轴承座21下方安装有内轴圆锥齿轮83，轴承座21上方安装有外轴圆锥齿轮20，在轴承座21的右侧挂轴部分安装有与上下齿轮20、83相啮合的双面圆锥齿轮22，双面圆锥齿轮22的右侧挂轴部分安装有与双面圆锥齿轮22啮合的斜轴圆锥齿轮27的斜轴轴承座23，斜轴轴承座23在挂轴1上可以转动，在机头2与机身92的倾角变化时以挂轴为中心，斜轴圆锥齿轮27与双面圆锥齿轮22的啮合不变。在驱动轴34通过万向节33带动斜轴28顺时针旋转时，其外轴19及下桨为顺时针转，其内轴13及上浆为逆时针转。

2.螺旋桨部分

在内外轴13、19的顶部，固定安装有各自的叶根转轴盘16，叶根26套装在叶根转轴10上可转动，叶根26上的叶角转销11和叶角连杆12转动连结，叶角连杆12和叶角连杆盘成为一体，上叶角连杆下盘17和下叶角连杆盘18之间为转动连结。上叶角连杆上盘15通过其中心的高度拉杆轴承14与贯穿于内轴13的高度拉杆78顶部转动连结，并受其控制。可折桨叶25通过竖折铰链24与叶根26连结。可折桨叶25本身包含若干片(图中为两片)可横折的活片100。活片100通过横折转销94与之连结。当飞行器不工作时，将可折桨叶横折后竖折，可大大减小其占用空间，便于搬运和存放。

3.前后飞控制部分

以挂轴1为圆心转动的可改变机头2和机身92倾角的前后飞控制机构，由前后飞两根脚踏遥控拉线及其踏板控制。其前飞遥控拉线69的上端点5固定在机头2前转边缘上方，其拉线管上端点3固定在机身92前转边缘下方，前飞遥控拉线69的下端点64固定在脚踏控制板63的前端，其拉线管下端点65固定在脚踏控制板63前端上方。后飞遥控拉线68的上端点6固定在机头2后转边缘上方。其拉线管上端点4固定在机身92后转边缘下方。后飞遥控拉线68的下端点64固定在脚踏控制板63的前端，其拉线管下端点62固定在脚踏控制板63前端下方。当脚踏控制板63前踏时(前端向下)，前飞遥控拉线69拉动机头2前倾，实现前飞；当脚踏控制板63后踏时(前端向上)，后飞遥控拉线68拉动机头2后倾，实现后飞。当脚踏控制板63处于中间位置时，可实现空中悬停。机头倾角越大，飞行速度越快，但有限度。

4.转向控制部分

安装于机头前后的转向风舵，其转向作用是靠上方螺旋桨产生的向下气流产生的。其改变舵叶角度的控制机构，由左右转两根脚踏遥控拉线及其控制踏板控制。其左转遥控拉线67的上端点89固定在转担95的后端，其拉线管上端点87固定在后舵转臂端点88的下方。后舵转臂端点88固定在左转遥控拉线上端点89和其拉线管上端点87之间的拉线中间位置。左转遥控拉线67的下端点60固定在风舵控制踏板56的后端。其拉线管下端点55固定在风舵控制踏板56后端左侧。右转遥控拉线66的上端点8固定在转担95的前端。其拉线管上端点7固定在前舵转臂端点8的下方。前舵转臂端点8固定在右转遥控拉线上端点9和其拉线管上端点7之间的拉线中间位置。右转遥控拉线66的下端点60固定在风舵控制踏板56的后端，其拉线管下端点57固定在风舵控制踏板56后端右侧。当风舵控制踏板56左转时，左转遥控拉线67拉动后舵转臂88下转，前舵转臂8则由于转担95的作用而上转，使前后舵叶的角度相反，使飞行器左转(逆时针)。当风舵控制踏板56右转时，右转遥控拉线66拉动前舵转臂8下转，后舵转臂88则由于转担95的作用上转，使前后舵叶的角度相反，使飞行器右转(顺时针)。因为机身中心位于两风舵之间中心位置，所以两风舵产生的方向相反的作用力可扭转飞行器本身。

5.高度控制部分

贯穿于内轴13的高度拉杆78，其轴内部分为滑杆，顶部通过其轴承14与螺旋桨机构连结。其下部轴外部分为齿条，与高度控制齿轮81啮合。高度控制齿轮81与高度控制拉线盘82和应急拉升拉线盘29固为一轴。高度控制拉线77上端与高度控制拉线盘82相连(在拉线盘上绕有一定长度)，其拉线管上端点79与拉线盘支架80固定。高度控制拉线77下端与高度操纵杆71固定，其拉线管下端点72与高度定位器70上部固定。当高度操纵杆71下压，拉动高度控制拉线盘82转动时，同轴的高度控制齿轮81便驱动高度拉杆78下移，从而使螺旋桨叶片角度增大使飞行高度升高。当操纵杆71上提使高度控制拉线77放松时，螺旋桨叶片角度减小，飞行高度降低。由于叶根转轴10两边叶片面积不等，叶角转销11一边面积大，飞行时空气的托力(向上压力)也大，自然会使螺旋桨叶片角度转至最小位置(即叶片最平位置)，叶角连杆盘及高度拉杆78也自然会升至最高位置。

6.软着陆系统部分

由驱动轴34、飞轮47、储能管37、储能弹簧39、横转锁杆42、竖转锁杆43、保险扣44、保险铃索45、保险铃54和保险铃销50组成的自降储能保险机构，以及由应急拉升拉线盘29、应急拉升拉线31、应急拉升塞销76、应急拉升销扣75和应急拉升拉簧73组成的应急拉升机构，共同组成一个软着陆系统。其工作过程如下：在飞行器一旦失去动力(发动机熄火)后，下降时产生的相对上升气流使螺旋桨倒转，由于安装于驱动轴34和储能管38之间的飞轮47的单向转动作用，将上下两层螺旋桨的各6片桨叶锁定在正交叉位置，这时操作者可将操纵杆71上提放松高度控制拉线77使桨叶角度回至最小(叶片最平)位置，使之产生最大的空气阻力，成为降落伞，同时打开保险铃销50，抛放下保险铃54。保险铃54下落后，保险铃索45将保险扣44打开，由保险铃的自重拉力取代保险扣44继续锁住(拉住)竖转锁杆43。当飞行器距离地面3-5米(保险铃索长度)时，保险铃54着地，保险铃索45松开，竖转锁杆43上转将横转锁杆42释放，横转锁杆42将储能管38释放，储能管38在储能弹簧39的带动下通过飞轮47驱动驱动轴34短时间内快速旋转(顺时针)，同时储能管38上端的凸轮35打开应急拉升销扣75，应急拉升拉簧73拉动应急拉升拉线31，使应急拉升拉线盘29及高度控制齿轮81转动，驱动高度拉杆78下移，使螺旋桨叶片角度达到最大，从而使飞行器产生最大的升力与降落速度相抵，从而实现软着陆。

说明1：由于上下螺旋桨叶片需锁定在正交叉位置，所以飞轮内部每格棘齿角度必须与之对应。

说明2：为使附图易看清，附图1，2，3，4中均画出上下螺旋桨各一对(两片)桨叶，实际为6片。

说明3：螺旋桨叶片折起部分长度与飞行器整体高度差不多(见图4)。

说明4：图1、2、3中虚线表示该部分可延展(图中画不下)。

Claims (5)

1.一个吊篮式单人飞行器，包含机头、机身、由双层大面积可折桨叶组成的螺旋桨、靠自身向下气流工作的转向风舵、脚踏遥控拉线机构和由自降储能保险机构和应急拉升机构组成的软着陆系统机头和机身可绕挂轴(1)旋转从而改变倾角，其特征是：

挂轴(1)中间部分有一个安装内轴(13)的轴承座(21)，轴承座(21)一侧的挂轴部分安装有双面圆锥齿轮(22)，其内侧与外轴圆锥齿轮(20)和内轴圆锥齿轮(83)上下啮合，外侧与斜轴圆锥齿轮(27)啮合，双面圆锥齿轮(22)外侧挂轴部分安装有可转动的斜轴轴承座(23)；

上述软着陆系统的驱动轴(34)与储能管(38)之间安装有可将上下螺旋桨叶锁定在正交叉位置的飞轮(47)，储能管(38)外层安装有能抵消飞行器无动力降落速度的储能弹簧(39)，竖转锁杆(43)末端接有抛放后能取代保险扣(44)和能按设定高度打开软着陆系统的保险铃(54)及保险铃索(45)。

2.根据权利要求1所述吊篮式单人飞行器，其特征是：螺旋桨的可折桨叶(25)由竖折铰链(24)与叶根(26)连结，其自身活片(100)由横折转销(94)与之连结，其上叶连杆下盘(17)与下叶连杆盘(18)之间为转动连结。

3.根据权利要求1所述吊篮式单人飞行器，其特征是：脚踏遥控拉线机构的前飞遥控拉线(69)的上端点(5)及其拉线管上端点(3)分别固定于机头前转边缘上方和机身前转边缘的下方，前飞遥控拉线(69)的下端点(64)和其拉线管下端点(65)分别固定于前后飞控制踏板(63)前端及其上方；其后飞遥控拉线(68)的上端点(6)及其拉线管上端点(4)分别固定于机头后转边缘上方和机身后转边缘下方，后飞遥控拉线(68)的下端点(64)及其拉线管下端点(62)分别固定于前后飞控制踏板(63)前端及其下方。

4.根据权利要求1所述吊篮式单人飞行器，其特征是：转向风舵机构的前舵转臂端点(8)连接于右转遥控拉线(66)与转担(95)前端固定的上端点(9)与其拉线管上端点(7)之间中点位置；后舵转臂端点(88)连接于左转遥控拉线(67)与转担(95)后端固定的上端点(89)与其拉线管上端点(87)之间中点位置。

5.根据权利要求1所述吊篮式单人飞行器，其特征是：能使飞行器升降的高度控制机构，其贯穿于内轴(13)的高度拉杆(78)，轴内部分为滑杆，顶部与螺旋桨上叶连杆上盘(15)通过其轴承(14)转动连结，下部轴外部分为齿条，与受高度操纵杆(71)及高度控制拉线(77)控制的高度控制拉线盘(82)同轴的高度控制齿轮(81)啮合。

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