CN1337342A - 一种内囊充气式翼伞飞机 - Google Patents

Abstract

一种内囊充气式翼伞飞机,其特征在于:由内囊充气式翼型滑翔伞和飞机机体组合而成。该翼型滑翔伞翼型伞衣的腔室内装有可充气的气囊,气囊中可以充入氢气、氦气、氨气等任一种轻于空气的气体,伞衣内各气囊在充入轻气体后,伞体浮起、悬停于机体上空。伞衣前缘设有在气囊漏气、塌陷时,保持腔室压力所需要的进气口。该翼伞飞机克服了现有开口式翼伞飞机存在的飞行阻力大,气动力效率低,安全性能较差,使用寿命较短等问题,适用于教练飞行和游览飞行。

Description

一种内囊充气式翼伞飞机

本发明涉及飞机，特别是一种翼伞飞机的构造。

现有的翼伞飞机由开口式翼型滑翔伞与飞机机体组合而成。开口式翼型滑翔伞包括：伞衣、伞绳、操纵绳、快卸环等，其中的伞衣由上翼面、下翼面和沿展向间隔布置的翼型翼肋缝制而成，伞的前缘有进气口，后缘是封闭的。当向前飞行时，迎面空气流由进气口进入伞衣夹层内，充满翼肋之间的每个空腔，使伞衣鼓起，在翼肋的定型作用下，形成上凸下平的机翼形状，伞体在迎风气流作用下产生的气动力升力使飞机飞行。飞机机体包括：机身构架、座舱、发动机、起落架、伞绳挂架等，其中的座舱有构架式座舱、半封闭座舱和全封闭座舱，比如动力伞的座舱，是构架式座舱中最简单的一种，仅由座椅、安全带组成。发动机一般是推进式或拉进式的活塞螺旋桨发动机，螺旋桨周围有防护圈，以避免伞绳、伞衣被卷入螺旋桨中。起落架一般是前三点式的，为了增加起伞的稳定性，也有采用四轮小车式的，而有些单座翼伞飞机则没有这种轮式起落架，比如动力伞，起飞和降落仅靠人的双腿支撑和奔跑，人的双腿起到了起落架的作用。伞绳挂架位于机身构架两侧，机体重心上方，一般仅二个，也有四个挂架的，与翼型滑翔伞左右两组伞绳或四组伞绳上的快卸环挂接。飞行前，要在地面铺开伞衣，理顺伞绳，进气口对正风向。飞行时，起动发动机，增大油门，伞衣在风力作用下迅速充气、涨满，呈弧线上升，稳稳地立在机体上空与机体一起运动，加大动力，伞体产生的空气动力升力就将机体带起、离地、升空，再加大动力，飞机就逐渐爬升，处于中等动力状态，飞机保持平飞；当减小动力，甚至失去动力时，它就滑翔、下降、着陆。

由于现有翼伞飞机用翼型伞的结构与传统开口式翼型滑翔伞的结构相同，因而也存在着如下相同的缺点：位于伞衣前缘的进气口破坏了流线形的机翼翼型，造成了额外的压差阻力和气动力升力的损失(由于进气口造成的压差阻力占到总体阻力的30％左右，升力损失占到15％左右)，因而飞机的飞行阻力大，飞行速度缓慢，抗风能力较差，飞机的气动力性能不高。另外，在乱气流中飞行时，也容易发生当伞体受乱气流挤压后，腔室内气体从进气口排出造成的翼面塌陷，伞体变形，甚至上、下翼面贴合到一起的“夹伞”故障，结果失去飞行性能，导致螺旋下坠事故。因而这种开口式翼伞飞机的安全性能也较差。加之，飞机的每驾次飞行都需要在地面铺伞展开，从地面拉起伞衣起伞；降落后，伞衣、伞绳下落至地面，因而伞衣、伞绳不可避免地会受到地面的磨损，尤其是在有根茬、沙石的土质跑道上，乃至水泥跑道上，磨损会更加严重，造成翼伞飞机的使用寿命缩短。并且，在起伞时，若风向紊乱或没有对正风向，都能导致起伞失败，严重的会造成机体的倾斜、翻倒。

为克服传统的开口式翼型滑翔伞存在的缺点，本发明人在中国专利ZL97208430.4中公开了一种内囊充气式翼型滑翔伞。该翼型滑翔伞继承了传统开口式翼型滑翔伞的基本技术结构，包括：翼型伞衣、伞绳、操纵绳、座带等，其特征在于：翼型伞的前、后缘都是封闭结构，并且在伞衣翼肋之间的各腔室内装有可充气柔性气囊，气囊的纵剖面为机翼流线形，气囊外形与翼肋之间的腔室形状相配合。滑翔飞行前，从伞衣后缘的可封闭开口处依次把柔性气囊装入伞衣的每个空腔内，将其准确定位后，封闭后缘，只露出充气嘴，最后通过充气嘴给各个气囊充气加压，使每个气囊鼓起、涨硬，整个翼型伞像刚性机翼一样。其中的压力可以远远高于最高进风压力。这种翼型伞起伞上升时状态稳定；在升空飞行时，能够保持稳定的机翼翼型，不随气流和技术水平变化。特别是做成扁平型高级伞，具有优良的滑翔飞行性能。但是，该翼型伞也存在着充气起伞和放气收伞不方便，存在着气囊漏气后需要检查、修复的麻烦，尤其是在山区滑翔，山坡上的长刺植物很容易扎破伞衣内气囊，造成气囊漏气、塌蔫。伞衣内气囊的这种漏气、塌蔫故障，若发生在滑翔飞行中，会导致翼面塌陷、变形，造成滑翔飞行的性能下降，严重的会失速、下坠，造成事故危险。因而该翼型伞的安全性能仍然比较差。总之，使用不方便，安全性能也较差，是内囊充气式翼型伞存在的最大缺点。

本发明的目的在于：克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种不仅飞行性能优良，安全性能好，而且寿命较长，使用方便的翼伞飞机。

本发明的解决方案在于：把内囊充气式翼型滑翔伞与飞机机体相组合，形成一种设有内囊充气式翼型滑翔伞的翼伞飞机。该内囊充气式翼型滑翔伞由伞衣、气囊、伞绳、操纵绳等组成，其中的伞衣由上翼面、下翼面与间隔布置的翼型翼肋缝制而成，伞衣翼肋之间的腔室内装有可充气的气囊，气囊外形与翼肋之间的腔室形状相配合。该飞机机体由机身构架、座舱、发动机、起落架、伞绳挂架等组成，其中的伞绳挂架与翼型滑翔伞的伞绳结合。

该翼型滑翔伞与飞机机体相配合。

本发明的解决方案还在于：伞衣内气囊中充入的气体是氢气、氦气、氨气等任一种轻于空气的气体；伞衣前缘设有在气囊漏气、塌陷时，保持腔室压力所需要的进气口。

以下结合附图详细描述本发明的实施例：

图1是内囊充气式翼伞飞机的外形图，其中的(a)图是充气气囊，(b)图是翼伞飞机。

图2是飞机机体的前视示意图。

图3是装有气囊并设有进气口的腔室纵剖面图。

图4是内囊充气式翼伞飞机的侧视示意图。

如图1、图2，内囊充气式翼伞飞机由内囊充气式翼型滑翔伞与飞机机体组合而成。该内囊充气式翼型滑翔伞由翼型伞衣1、气囊2、伞绳3、操纵绳4、快卸环8等组成，其中的伞衣1由上翼面5、下翼面6与间隔布置的翼型翼肋7缝制而成，伞衣翼肋之间的腔室内装有可充气的气囊2，气囊2的纵剖面为机翼流线形，与翼肋之间的腔室配合。飞机机体由机身构架9、座舱10、发动机11、前三点式起落架12、伞绳挂架13、螺旋桨防护圈14、护尾杆15、垂尾16、机身蒙皮17等构成，其中座舱10是半封闭座舱，其前部设有单曲面挡风玻璃，内设四座位座椅，前排两座椅的左侧为驾驶员座椅，该座椅前部设有脚蹬杆(图未示)；推进式活塞螺旋桨发动机11装于座舱后部发动机舱18内，三叶定距螺旋桨周围设有防护圈14，以避免伞衣、伞绳被卷入螺旋桨中；位于座舱左上方和右上方的两个伞绳挂架13的上端与翼型伞左右两组伞绳3上的快卸环8挂接；操纵绳4通过伞绳挂架13上的滑轮连接到脚蹬杆上；护尾杆15由硬度大、韧性好的金属管制成，用于在起飞、降落中，机身仰角过大时支撑地面，保护螺旋桨防护圈；位于发动机舱18上的垂尾16，在飞行中用于保持机体的方向稳定性，特别是在风向紊乱的环境条件下，具有良好的方向稳定作用；整个机体表面覆盖有玻璃纤维蒙皮17，该蒙皮17与机身构架9间装有硬质塑料泡沫夹芯。

该飞机机体质量的大小要与所使用翼型伞面积的大小相配合。

由于上述组成翼伞飞机的主要结构件1-18都是现有技术，其更详细的结构、连接关系，这里就不描述了。

该内囊充气式翼伞飞机与现有开口式翼伞飞机相比较，最明显的改进之处在于：在封闭的伞衣1内设置有气囊2。因而在飞行前，就要先通过充气嘴19给气囊2充气加压，使每个气囊鼓起、涨硬，整个翼伞就像刚性机翼一样。再使伞体对正风向，理顺伞绳，起动发动机，增大油门，伞体在气动力作用下，就呈弧线上升，稳稳地悬在机体上空与机体一起运动。再通过脚蹬杆稍带后缘操纵绳4，加大动力，伞体在迎风气流作用下产生的气动力升力就将机体带起、升空。这样，该翼伞飞机就具备了内囊充气式翼型滑翔伞的主要优点：起伞上升时状态稳定；飞行阻力小；飞行速度快；气动力效率高。又由于其具备了自主飞行能力，在起飞和降落时，就可以避开不良的地面起降环境，也就避免了内囊充气式翼型滑翔伞所存在的气囊容易被刺扎破而出现的漏气故障；还可以在飞机降落后，并不放气收伞，而是保持伞体的充气鼓起状态，直接用于再一次起飞。因而，该翼伞飞机就克服了内囊充气式翼型滑翔伞主要存在的使用不方便，气囊容易被扎破、漏气的缺点。

见图3、图4，装有气囊2的伞衣腔室的前缘设有进气口20。该进气口20与传统开口式翼型滑翔伞进气口的结构、大小可以相同，但通常要小一些，甚至该进气口20就是在伞衣前缘挖有的简单的进气孔洞，其大小只要能保证在飞行中，气囊发生渗气、塌陷、气体压力下降时，从该进气口20补充进入的冲压空气量大于腔室内气囊的渗气量，仍能维持伞体饱满、良好的状态既可。而装于腔室内的气囊2，则具有完整的机翼弧线形前缘，气囊的纵剖面仍是完整的机翼流线形，从而保持了腔室的纵剖面也是完整的机翼流线形。而充气嘴19也设置到了气囊的前缘部位。由于有进气口20，柔性气囊2就可以通过该进气口20装入伞衣各腔室内。装入时，气囊要与腔室内相应部位准确定位，尤其是气囊后缘要与腔室内后缘准确定位，使充气后的气囊外形与腔室形状密切配合。这样，该设有进气口的伞体结构，就使本翼伞飞机不仅可以保持内囊充气式翼型滑翔伞优良的空气动力性能，而且具备了良好的安全性能。

本内囊充气式翼伞飞机的伞衣气囊内，还可以充入氢气、氦气、氨气等任一种轻于空气的气体。给气囊充入轻气体后，轻气体产生的浮力就使伞体浮升，悬停于机体上空，宛如一个漂浮在空中的扁状气球。当需要飞行时，只需起动发动机，加大动力，漂浮的伞体便随机体一起运动，随着速度的加快，伞体产生的气动力升力就将机体带起、升空。这样，伞体、伞绳就避免了受地面磨损，翼伞的使用寿命延长；加之伞体始终悬浮于空中，起飞时省去了从地面起伞，飞机的起飞就更为方便、快捷。这样的翼伞飞机的起飞方式就与固定翼飞机的起飞方式相同，但由于自重很轻，加之伞衣面积通常较同座位固定翼飞机的机翼面积大，因而其起飞时的速度小，且起落滑跑距离很短，其起落滑跑距离可以仅在10米左右，特别适用于飞行次数频繁的教练飞行和游览观光飞行。

一种充有氦气的单座位内囊充气式翼伞飞机，其伞体为矩形，翼展长11.2米，翼弦长4.2米，腔室数量23个，采用常规翼型，翼型最大厚度0.68米，伞衣材料采用壁厚0.05毫米双面涂有聚胺基甲酸脂涂层的抗紫外线辐射、抗撕裂涤纶材料，伞绳采用外层为聚脂纤维护套，内芯为凯芙拉纤维即Kevlar或spec-tra材料，伞绳直径1.2、1.6毫米，这样的主伞质量≤9千克。伞体内气囊采用氦气飞艇气囊用聚脂复合薄膜材料，壁厚0.045毫米，每平方米质量39克，按照伞衣腔室形状制做23个气囊的质量是8.7千克，这样的伞体总质量≤17.7千克。伞体内气囊的空腔容积合计有19.8立方米，氦气的浮力是每立方米1.058千克，伞衣内各气囊充满氦气后，获得浮力20.9千克。当伞体充满氦气后，非常稳定地悬浮于机体上空。当然，伞体若充入氢气，获得的浮力会更大一些。

上述充有氦气体的翼型伞，仅是一种小型伞。由于伞体容积是随着伞体线性尺寸呈立方比例增加，翼型伞设计的愈大，翼弦愈长，伞体愈厚，伞体容积的增加量愈超过伞体质量的增加量，伞体愈容易获得足够的浮力；加之翼伞飞机的飞行速度多处于低速范围内，采用厚翼型能获得更好的空气动力性能和更高的气动效率，这时的伞体较厚，伞体容积较大，气囊充入轻气体后，可以获得更充足的浮力。

由于在伞衣内气囊中充入氢气、氦气等轻气体后，伞体能否按要求浮起，只要经过常规测算和试验就可以得出，所以这里就不再举例了。

综上所述的内囊充气式翼伞飞机与现有开口式翼伞飞机比较具有如下优点：

1、飞行阻力小，气动效率高。伞体具有完整的机翼翼型，升阻比提高，功率消耗减小。

2、飞行速度快，抗风能力强。伞体的硬挺度高，抵抗乱气流的能力强，特别是小面积，高充气硬度的翼伞飞机，不仅飞行速度快，而且具有优良的抗风能力。

3、有良好的固有安全性。伞体在结构上排除了开口式翼伞飞机经常存在的翼面塌陷、夹伞、折翼等危险故障，提高了安全性。

4、充有轻气体的伞体始终系留、悬浮在机体上空，伞衣、伞绳不受地面磨损，飞机的寿命延长，起飞更为方便快捷，特别适用于飞行次数频繁的教练飞行和游览飞行。

Claims (3)

1、一种内囊充气式翼伞飞机，其特征包含：

内囊充气式翼型滑翔伞，该翼型滑翔伞由伞衣(1)、气囊(2)、伞绳(3)、操纵绳(4)组成，其中的伞衣(1)由上翼面(5)、下翼面(6)与间隔布置的翼型翼肋(7)缝制而成，伞衣翼肋之间的腔室内装有可充气的气囊(2)，气囊(2)外形与翼肋之间的腔室形状相配合；和

飞机机体，该飞机机体由机身构架(9)、座舱(10)、发动机(11)、起落架(12)、伞绳挂架(13)组成，其中的伞绳挂架(13)与翼型滑翔伞的伞绳(3)结合；

该翼型滑翔伞与飞机机体相配合。

2、按照权利要求1所述的翼伞飞机，其特征在于：伞衣内气囊中充入的气体是氢气、氦气、氨气等任一种轻于空气的气体。

3、按照权利要求1或2所述的翼伞飞机，其特征在于：伞衣前缘设有在气囊漏气、塌陷时，保持腔室压力所需要的进气口(20)。

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