CN205034335U - 一种具有多种飞行模式的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多种飞行模式的飞行器，特点是在由多台驱动装置组合产生驱动力的飞行器基础上加装机翼以辅助其飞行，本实用新型将直升机类飞行器与固定翼类飞行器的特点有机整合，使得本飞行器既可以高速节能方式长距离飞行又可以低速精准的方式精确飞行，展现了其在复杂飞行任务中具有多种飞行模式组合的优势，在军用领域，可广泛应用于侦查巡逻、指挥控制、火力打击、战场救护、后勤支援等方面；在民用领域，可广泛应用于航拍航测、物资运输、医疗救护、高空救援、消防灭火、农林植保等方面。

Description

一种具有多种飞行模式的飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种具有多种飞行模式的飞行器。

背景技术

目前，以飞行器发动机组为例：在组合发动机等驱动装置中，大多采用串列式、直线式、方形、环形等排列方式。这种方式受限于组合体中发动机之间连接方式繁琐，发动机组工作时互相干扰，发动机之间会产生不必要的空间、空隙，导致组合装置的体积、重量增加。组合体中不同位置发动机之间互相连接固定的部件因分力不均匀而导致组合体(系统)中应力集中，无限累加发动机最终会导致飞行器连接结构崩溃，因而不能无限增加组合体中发动机数量，载荷重物能力也很有限。此外，当前直升机类飞行器的普遍缺点是能耗较高、航程较短、恶劣环境下稳定性能欠佳，因而不能长时、稳定地完成各种飞行任务。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出来一种具有多种飞行模式的飞行器，将直升机类飞行器与固定翼类飞行器的特点有机整合，使得本飞行器既可以高速节能方式长距离飞行又可以低速精准的方式精确飞行，展现了其在复杂飞行任务中具有多种飞行模式组合的优势。

首先，飞行器的一个显著特点是驱动装置以三角形排列可以在单位体积内容纳更多的驱动装置，飞行器在获得同等推进力的条件下可保持最优的空间布局。

基本原则是飞行器驱动装置以三角形排列，组成三角形驱动装置模块；三角形驱动装置模块中的相邻驱动装置之间的空间距离优选为相等；以三角形排列的驱动装置模块为基础向空间方向映射排列组合成由多台驱动装置组成的驱动装置组合体；驱动装置组合体中驱动装置的数量为N台，N≥3。

驱动装置映射排列组合的优选方法可用以下几何方法表述，三角形ABC为等边三角形，以等边ΔABC的BC边为轴作出ΔABC的轴对称等边ΔBCD构成菱形ABCD，分别沿AB、BD、CD、AC向两边反向延长，截得与菱形边长相等的边，连接相应点，构成无数菱形，然后将所有菱形的短对角线连接起来，形成由无数个等边三角形构成的菱形几何结构，几何结构的节点处视为驱动装置优选安装位置，节点重合处视为共用位置，根据实际需要，节点的各个空间方向均可安装驱动装置。另外，驱动装置组合体的形状及驱动装置数量可以根据飞行环境或载荷重量、形态等需要做出相应变化。

本实用新型中，飞行器如果是喷气类旋转扭力较小的驱动装置可以选用奇数台或偶数台驱动装置组合；如果使用产生旋转扭力比较强的驱动装置，例如，发动机连接螺旋桨的方式，需要优选偶数台发动机连接螺旋桨以抵消反扭力。目前来说，由多台驱动装置驱动的飞行器多采用发动机连接螺旋桨方式，因而，本实用新型的优选方案为菱形映射，即以等边三角形模块为基础组成菱形模块，在菱形的节点处安装发动机，发动机可以上下布置。

在几何结构中以菱形驱动装置模块(两个三角形模块组成)为基础构建的组合体中，由于飞行器的结构和功能特性，菱形模块内对角线的空间距离根据飞行器需要可以调节，并且，几何结构所构成的连接件中菱形的顶角角度可以调节。

本实用新型中，飞行器的驱动装置之间由连接件连接，连接件可以采用但不限于骨架或其他连接件。按照飞行器的特性及现有技术条件，飞行器可优选为骨架连接，骨架之间可为固定式或者活动式连接。采用固定式骨架是指可以制造一体式骨架或通过固定连接件固定骨架组件的形态；活动式骨架之间由活动连接件连接，制成可折叠或分解的骨架，在使用时骨架通过固定件限制骨架活动构成稳固的形态，需要减小体积时解除限制骨架活动的固定件即可实现骨架折叠或分解，这样有效地减小了飞行器，尤其是大型飞行器的体积，方便存放和运输。

本实用新型的第二大特点在于，飞行器可以根据飞行环境、载荷的形态及重量确定飞行器的尺寸、形状和驱动装置数量。飞行器上除去驱动装置占据的安装位置外，其余区域均可作为飞行辅助装置或载荷物的安装或挂载区域。由于本实用新型飞行器的特殊构架，飞行器驱动系统中每台驱动装置或是每组驱动装置区域内均可设置载荷挂载区域或与整体载荷相连接的区域，这样设置的目的在于使飞行器驱动系统中产生的驱动力均匀地施加给载荷部分，飞行器中的驱动装置与载荷之间的连接就不会出现因为应力集中在某个区域而导致影响整体飞行系统的一系列恶性连锁反应。

本实用新型的第三大特点是在飞行器驱动装置基础上加装机翼且机翼数量为M个，M≥1。以骨架方式连接为例，机翼通过连接件与飞行器骨架相连，机翼可以轴向转动。在飞行过程中，飞行器与空气之间存在相对速度时，适当调整攻角机翼会产生升力以辅助驱动装置给飞行器提供升力，尤其是在低速飞行时，机翼通过调整不同角度配合飞行器的不同飞行姿态，从而最大限度地减小不利阻力。在特殊情况下飞行器与空气具有相对速度时，飞行器可以依靠机翼飞行或利用机翼减速，例如，飞行器驱动装置失灵时可以利用机翼滑翔作为缓冲，有效地保护了飞行器，或者调整机翼旋转角度使其在前进的方向上产生阻力从而对飞行器进行减速。

左右对应设置的机翼通过改变角度差的方式产生滚转力使飞行器发生横向滚转，类似于固定翼飞机的副翼舵的功能；前后对应设置的机翼或单个机翼通过调整攻角产生上升或者下压力使飞行器发生纵向俯仰，类似于固定翼飞机的升降舵的功能。该飞行器在以一定速度飞行时，机翼可以产生额外的升力从而减小驱动装置的负担，同时，操纵机翼产生的舵面效应使飞行器改变姿态时也可减小驱动装置的负担，这在一定程度上节约了能源，延长了续航时间，也提高了载荷能力。

另外，当机翼沿着轴向旋转与机身平面不在同一水平面，即达到一定角度时，机翼还可以作为飞行器的起落支撑装置，即起落架，从而有效地减少了飞行器的结构负担和起飞重量。

附图说明

以下结合附图对本实用新型的几个优实施方式进行具体描述：

图1是本实用新型的驱动装置基本分布示意图；

图2是飞行器驱动装置映射排列的几何结构实施方式示意图；

图3是飞行器驱动装置映射排列的几何结构的另一个实施方式示意图；

图4是本实用新型飞行器的一个优选实施布局方式示意图；

图5是本实用新型飞行器的一个实施布局方式示意图；

图6是本实用新型飞行器的另一个实施布局方式示意图。

图7a、图7b、图7c、图7d、图7e和图7f分别是本实用新型飞行器优选工作模式侧视图。

01-三角形驱动装置模块02-节点03-映射体04-骨架05-驱动装置06-骨架连接件07-机翼08-机翼连接件09-螺旋桨10-水平参考线11-几何结构参考线12-发动机

具体实施方式

图1示出了本实用新型飞行器的驱动装置的基本分布，图中三角形ABC为等边三角形，三角形的三个顶点处为飞行器驱动装置(05)位置，组成三角形驱动装置模块(01)；优选地，相邻驱动装置(05)之间的空间距离相等；以三角形排列的驱动装置模块(01)为基础向空间方向映射排列组合成由多台驱动装置(05)组成的驱动装置(05)组合体，本图中菱形ABCD即由三角形ABC驱动装置模块衍生而来形成菱形模块，依此类推，可以形成各种形态的驱动装置(05)组合体；驱动装置(05)组合体中驱动装置(05)的数量为N台，N≥3。其中，(03)为几何结构中三角形的映射体，(11)为几何结构参考线。

本实用新型飞行器中驱动装置映射排列组合的优选实施方式可用以下几何方法表述，如图2，三角形ABC为等边三角形，以等边ΔABC的BC边为轴作出ΔABC的轴对称等边ΔBCD构成菱形ABCD，分别沿AB、BD、CD、AC向两边反向延长，截得与菱形边长相等的边，连接相应点，构成无数菱形，然后将所有菱形的短对角线连接起来，形成由无数个等边三角形(03)构成的菱形几何结构，几何结构的节点(02)处视为驱动装置(05)优选安装位置，节点(02)重合处视为共用位置。

本实用新型飞行器中多台驱动装置映射排列组合的另一个实施方式具体可用以下几何方法表述：如图3，三角形ABC为等边三角形，分别以A、B、C三点为中心对称点做出ΔABC的中心对称ΔADE、ΔCFG、ΔBHI，分别以D、E、F、G、H、工点为中心对称点做出等边三角形，以此类推可以得到无数个等边三角形(03)构成的几何结构，几何结构的节点(02)处视为驱动装置(05)优选安装位置，节点(02)重合处视为共用位置。

需要提出的是，为了发挥飞行器的最佳动力效果，以上所有几何结构中的节点(02)的各个空间方向均可安装驱动装置(05)，其中以节点(02)上下方向安装效果最佳。此外，驱动装置(05)组合体的尺寸、形状及驱动装置(05)数量可以根据需要做出变化。

就现有技术水平，飞行器驱动装置优选为发动机，连接件以骨架为例，下面将具体介绍由几何结构演变而来的飞行器的几种可行性结构布局方案。

如图4，本具体实施方式提供的优选方案中，发动机(12-1)、(12-2)、(12-3)、(12-4)以菱形几何结构排列，通过骨架(04)连接，发动机(12)固定安装于骨架(04)处，骨架(04)之间通过骨架连接件(06)连接，骨架连接件(06)可以是固定式，也可以是活动式，发动机(12)连接螺旋桨(09)，机翼(07)通过机翼连接件(08)与飞行器骨架(04)相连分别安装于发动机(12-2)和发动机(12-4)的两侧，机翼(07)可以轴向转动。

图5也是本方案的一种可行性实施方式。由图2或图3的几何方法可演变为本图中的飞行器布局结构，发动机(12-5)、(12-6)、(12-7)、(12-8)以矩形排列，通过骨架(04)交叉连接安装，可以是固定式连接，也可以是活动式连接，发动机(12)连接螺旋桨(09)，机翼(07)对称安装于骨架(04)两侧，机翼(07)分别位于发动机(12-5)与(12-7)之间和发动机(12-6)与(12-8)之间区域，机翼(07)与骨架(04)之间由机翼连接件(08)连接，机翼(07)可以轴向转动。

如图6，代表了本方案的另一种可行性实施方式。由图2或图3的几何方法可演变为本图中的飞行器布局结构，由三个完整的三角形驱动装置模块(01)组合而成，即发动机(12-9)、(12-10)与(12-11)组成一个三角形驱动装置模块(01)，发动机(12-12)、(12-13)与(12-14)组成一个三角形驱动装置模块(01)，发动机(12-15)、(12-16)与(12-17)组成一个三角形驱动装置模块(01)，发动机(12)之间由骨架(04)连接，可以是固定式连接，也可以是活动式连接，发动机(12)连接螺旋桨(09)，同轴机翼(07)对称安装于三角形驱动装置模块(01)中发动机(12-9)的两侧，另一个机翼(07)安装于三角形驱动装置模块(01)中发动机(12-14)与(12-17)之间的区域，机翼(07)与骨架(04)之间由机翼连接件(08)连接，机翼(07)均可轴向转动。

以上所有实施例中，由于飞行器的特性，骨架(04)处均可上下方向安装发动机(12)，若有特别需求，也不排除在其它方向上安装发动机(12)或其它装置。

附图中的图7展示了本实用新型飞行器的几种优选工作模式。如图，(10)代表了水平参考线，箭头方向为飞行器飞行方向。图7a为辅助升力及上升飞行模式，机翼(07)同时向上倾斜角度会产生升力以辅助发动机(12)给飞行器提供升力；图7b为辅助下降飞行模式，机翼(07)同时向下倾斜角度会产生下压力促使飞行器下降，同时飞行器中同轴机翼(07)可单独动作实现如同固定翼飞行器中升降舵的作用使飞行器改变俯仰角度；图7c为低速降阻飞行模式，机翼(07)与发动机(12)平面保持近似平行或与飞行方向、气流方向保持最理想的风阻的角度以减小阻力维持最佳飞行状态；图7d为巡航飞行模式，为达到在不同航速下飞行器均具有最佳的性能表现，机翼(07)可通过调整攻角已达到最佳的气动布局，从而使飞行器在各种姿态、航速下均能呈现最佳的升阻比。；图7e为滚转飞行模式，通过同轴机翼(07)左右差动偏转所产生的滚转力矩可使飞行器做横滚机动(相对飞行器飞行方向或迎流方向分别差动)；图7f为降落或着陆模式，即飞行器需要着陆时，机翼(07)与机身平面达到一定角度可作为飞行器的起落支撑装置，即起落架，本图中机翼(07)近似垂直于机身平面。如果需要增加起落架尺寸时也可在机翼(07)与着陆面接触部位增加支撑或减震组件。

必须说明的是，除了上述实施例以外，本实用新型还可以有其他的实施方式，例如：由于飞行器的结构与功能特性，有些驱动装置之间不必严格按照等边三角形模块组合，也可以是等腰三角形排列布局组合。同理，有些驱动装置也不必严格按照菱形模块组合，也可以是平行四边形排列布局组合等等。此外，本实用新型飞行器结构中的机翼也是在技术条件允许的情况下选择安装位置。可见，相关的等同替换技术方案均应落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有多种飞行模式的飞行器，该飞行器包括由驱动装置组成的驱动装置组合体和机翼，其特征在于：

a.驱动装置以三角形排列，组成三角形驱动装置模块；

b.以三角形排列的驱动装置模块为基础向空间方向映射排列组合成由多台驱动装置组成的驱动装置组合体；

c.驱动装置组合体中驱动装置的数量为N台，N≥3；

d.在飞行器驱动装置基础上加装机翼；

e.机翼数量为M个，M≥1。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于：三角形驱动装置模块中的相邻驱动装置之间的空间距离相等。

3.根据权利要求1所述飞行器，该飞行器特征在于：驱动装置之间由连接件连接。

4.根据权利要求3所述的飞行器，其特征在于：驱动装置之间的连接件采用骨架结构。

5.根据权利要求4所述飞行器，其特征在于：采用骨架结构连接的驱动装置之间为固定连接或活动连接。

6.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于：当机翼沿着轴向旋转与机身平面不在同一水平面时，机翼作为飞行器的起落支撑装置。

7.根据权利要求1至6任一项所述的飞行器，其特征在于：飞行器上除去驱动装置和机翼占据的安装位置外，其余区域均可作为飞行辅助装置或载荷物的安装或挂载区域。