CN217945498U - 一种eVTOL飞机垂尾 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种eVTOL飞机垂尾，包括垂尾，所述垂尾包括上蒙皮、下蒙皮、翼尖、方向舵和骨架，所述上蒙皮和下蒙皮包覆于骨架外侧，并通过胶粘剂胶接骨架，所述上蒙皮和下蒙皮的前缘处采用胶粘剂胶接，所述骨架的端部连接翼尖的内壁，所述骨架的一侧安装有方向舵。本结构安全性高：蒙皮+骨架的结构，即使蒙皮损伤失去承载能力，骨架仍然可以承受大部分的载荷，这个时候只要eVTOL飞机不做剧烈的机动，能够继续安全的降落。垂尾与机体采用多点连接的形式，即使损伤部分紧固件，对连接强度影响较小，剩余紧固件依然能够承受较大的载荷。

Description

一种eVTOL飞机垂尾

技术领域

本实用新型涉及航空设备技术领域，具体涉及一种eVTOL飞机垂尾。

背景技术

eVTOL(Electric Vertical Takeoff and Landing)电动垂直起降飞行器开发吸引了包括航空航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方以及学术界的广泛关注。eVTOL未来潜在应用涉及城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等多种场景模式。美国垂直飞行协会认为，eVTOL技术是自75年前直升机诞生以来航空业最重要的技术变革之一，可能比涡轮发动机的出现更具有革命性。根据该协会在线发布的“世界电动垂直起降(eVTOL)飞行器目录”显示，目前全球从事eVTOL开发的项目已经多达到了260余项。使用电动力推进系统代替内燃机动力，从而获得了很多优点和独特品质。最突出的优点是节能环保，效率高能耗低，同时实现接近零排放，噪声和振动水平很低，乘坐舒适性好，是名符其实的环境友好飞机。此外，还具有安全可靠(不会发生爆炸和燃料泄漏)、结构简单、操作使用简便、维修性好/费用低、经济性好等特点。在设计上也有很多优势：总体布局灵活，可采用最佳布局和非常规/创新布局；可设计出具有超常性能的飞机，满足特殊用途需求等。

垂尾在eVTOL飞机平飞时起到垂直安定的作用。当飞机沿直线作近似匀速直线运动飞行时，垂尾不会对飞机产生额外的力矩，但当飞机受到气流的扰动，机头偏向左或右时，此时作用在垂尾上的气动力就会产生一个与偏转方向相反的力矩，使飞机恢复到原来的飞行姿态。而且一般来说，飞机偏航得越厉害，垂尾所产生的恢复力矩就越大。现有的许多的垂尾结构上有采用硬壳式结构，靠外表面的蒙皮承受主要的受力，例如申请号为200910123679.2的专利，该种结构虽然降低了垂尾的重量，但在外力的作用下容易造成蒙皮的损坏，从而降低其承载能力。且垂尾与机体连接采用数量较少的接头连接，损伤容限特性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种eVTOL飞机垂尾，以解决背景技术中提到的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种eVTOL飞机垂尾，包括垂尾，所述垂尾包括上蒙皮、下蒙皮、翼尖、方向舵和骨架，所述上蒙皮和下蒙皮包覆于骨架外侧，并通过胶粘剂胶接骨架，所述上蒙皮和下蒙皮的前缘处采用胶粘剂胶接，所述骨架的端部连接翼尖的内壁，所述骨架的一侧安装有方向舵；

所述骨架包括根肋、前梁、后梁、方向舵接头、中间肋和端肋，所述前梁和后梁中部通过中间肋连接，前后两端分别连接端肋和根肋，所述后梁上安装有方向舵接头，所述方向舵接头连接方向舵，所述根肋连接机体。

优选地，所述根肋包括根肋本体、前梁连接台、后梁连接台和加强凸台，所述根肋本体上安装有腹板，所述腹板上开有过孔，所述腹板中部设有前梁连接台和后梁连接台，所述前梁连接台连接前梁一端，所述后梁连接台连接后梁一端，所述腹板的前后两端、前梁连接台和后梁连接台的侧边均设有加强凸台，所述根肋通过加强凸台配合紧固件连接机体。

优选地，所述紧固件为螺栓和螺母，所述螺母为自锁螺母。

优选地，所述方向舵接头设有多个，同轴线的安装于后梁上。

优选地，所述根肋为整体机加件。

优选地，所述翼尖为3D打印塑料件，材料为尼龙材料。

优选地，所述方向舵为整体的碳纤维复合材料泡沫夹芯件或内部骨架包覆外部蒙皮的结构。

优选地，所述上蒙皮和下蒙皮为碳纤维复合材料泡沫夹芯结构。

本实用新型的技术效果和优点：气动性能好：垂尾布置在远离升桨的影响区，在过渡飞行阶段避免升桨气流对垂尾的不利影响；在平飞时，推桨转动会加快局部区域的气流，是垂尾区域的空速更大，达到更好的垂尾效果，可以用较小的垂尾尺寸达到气动效果；安全性高：蒙皮+骨架的结构，即使蒙皮损伤失去承载能力，骨架仍然可以承受大部分的载荷，这个时候只要eVTOL飞机不做剧烈的机动，能够继续安全的降落。垂尾与机体采用多点连接的形式，即使损伤部分紧固件，对连接强度影响较小，剩余紧固件依然能够承受较大的载荷；装配难度低：垂尾与机体连接时，配合区域为平面，装配容易定位，而且安装容易，相比接头连接的垂尾，节省了接头以及接头装配的工装；结构刚度高：外部蒙皮采用泡沫夹芯结构，局部刚度较高，可以有效保持垂尾的外形，不会由于受到气动力而发生较大的变形。

附图说明

图1为本实用新型安装到eVTOL上的轴测图；

图2为本实用新型的轴测图；

图3为本实用新型的爆炸图；

图4为本实用新型的骨架的轴测图；

图5为本实用新型的根肋的轴测图；

图6为本实用新型的骨架与机体连接的轴测图；

图7为本实用新型与机体在连接处的剖面图。

图中，1.垂尾；11.上蒙皮；12.下蒙皮；13.翼尖；14.方向舵；15.骨架；151.根肋；1511.前梁连接台；1512.后梁连接台；1513.加强凸台；1514.根肋本体；1515.腹板；152.前梁；153.后梁；154.方向舵接头；155.中间肋；156.端肋；2.紧固件；21.螺栓；22.螺母；3.机体。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型，在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接或是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。

实施例

如图1和图2所示，一种eVTOL飞机垂尾呈V型结构布置在eVTOL飞机后部最外侧，在其中一个升力电机和一个推力电机之间，高于升力电机，这样在过渡飞行时，可以避开升桨气流对垂尾的不利影响；在平飞时，推桨会对垂尾表面的气流进行加速，提高垂尾1的效率，降低垂尾的面积，气动效果好。

如图3所示，垂尾1包括上蒙皮11、下蒙皮12、翼尖13、方向舵14和骨架15，上蒙皮11和下蒙皮12为垂尾的外形面，包覆于骨架15外侧，保持垂尾1的外形，在eVTOL飞机平飞的过程中，产生气动力。上蒙皮11和下蒙皮12为碳纤维复合材料泡沫夹芯结构，提供较高的刚度，受到气动力时，变形量较少，维持垂尾的气动外形，上蒙皮11和下蒙皮12在前缘用胶粘剂胶接在一起，在与骨架15配合的位置也是胶粘剂胶接，与骨架15胶接到一起。翼尖13受力较小，为3D打印塑料件，优选的材料为尼龙材料，翼尖13的内壁与骨架15的端部外侧用胶粘剂胶接到一起。骨架15提供垂尾1大部分的受力，同时作为与机体3连接的主要部件，把垂尾1的受力传递到机体3上。

方向舵14安装在骨架15的一侧，通过偏转提供eVTOL飞机偏航的力矩，其可为整体的碳纤维复合材料泡沫夹芯件，也可以为内部骨架加外部蒙皮的结构，本实例采用的为内部骨架加外部蒙皮的结构。

如图4所示，骨架15包括根肋151、前梁152、后梁153、方向舵接头154、中间肋155和端肋156组成，方向舵接头154把方向舵14连接到后梁153上，把方向舵14上产生的偏转力矩传递到后梁153上。多个方向舵接头154具有同一根轴线，能够让方向舵14沿着轴线转动。前梁152和后梁153中部通过中间肋155连接，前后两端分别连接端肋156和根肋151，前梁152和后梁153传递垂尾1的纵向力，中间肋155和端肋156传递垂尾1的剪切力。所有的力都汇集在根肋151上，根肋151与机体3连接，把所有的力传递到机体3上。根肋151、前梁152、后梁153、方向舵接头154、中间肋155、端肋156互相在相交的位置进行连接，可才用胶粘剂胶接，也可以采用紧固件连接，本实例采用的紧固件连接。

前梁152、后梁153、中间肋155、端肋156可为金属材料也可以为复合材料，本实例采用的为铝合金材质，优选的材料为7050，优选的热处理为T7351；根肋和方向舵接头由于受到的为集中力，采用铝合金机加制造，优选的材料为7050，优选的热处理为T7351。

如图5所示，根肋151为受力最大且最复杂的零件，上蒙皮11和下蒙皮12把力传递到骨架15上后，前梁152、后梁153、端肋156、中间肋155的力全部传递到根肋151上，根肋151上下面与蒙皮采用胶粘剂连接。根肋151包括根肋本体1514、前梁连接台1511、后梁连接台1512和加强凸台1513，根肋本体1514上安装有腹板1515，腹板1515中部设有前梁连接台1511和后梁连接台1512，前梁连接台1511与前梁152连接，后梁连接台1512与后梁153连接、加强凸台1513为根肋151与机体3用紧固件连接的位置，加强凸台1513位于腹板1515的前后两端、前梁连接台1511和后梁连接台1512的侧边，受到的集中力，局部加厚，降低此区域的应力，提高安全性。腹板1515上开有过孔，供安装与机体3连接的紧固件2的操作通路，其中中部的过孔也作为方向舵控制舵机的安装孔，一孔两用。

如图6和7所示，垂尾1与机体3通过紧固件2连接，紧固件2为螺栓21和螺母22，为可拆卸结构，方便后续维修或运输时拆卸垂尾，螺母22为自锁螺母，飞行时，防止螺母22松弛，导致连接失效，造成安全事故。垂尾1内部的根肋151与机体3通过根肋151的腹板面配合，根肋151为一个整体机加件，平面精度和连接孔位精度较高，方便配合，仅需要孔位对正，不要额外的加工工装和装配工装。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种eVTOL飞机垂尾，包括垂尾，其特征在于：所述垂尾包括上蒙皮、下蒙皮、翼尖、方向舵和骨架，所述上蒙皮和下蒙皮包覆于骨架外侧，并通过胶粘剂胶接骨架，所述上蒙皮和下蒙皮的前缘处采用胶粘剂胶接，所述骨架的端部连接翼尖的内壁，所述骨架的一侧安装有方向舵；

所述骨架包括根肋、前梁、后梁、方向舵接头、中间肋和端肋，所述前梁和后梁中部通过中间肋连接，前后两端分别连接端肋和根肋，所述后梁上安装有方向舵接头，所述方向舵接头连接方向舵，所述根肋连接机体。

2.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述根肋包括根肋本体、前梁连接台、后梁连接台和加强凸台，所述根肋本体上安装有腹板，所述腹板上开有过孔，所述腹板中部设有前梁连接台和后梁连接台，所述前梁连接台连接前梁一端，所述后梁连接台连接后梁一端，所述腹板的前后两端、前梁连接台和后梁连接台的侧边均设有加强凸台，所述根肋通过加强凸台配合紧固件连接机体。

3.根据权利要求2所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述紧固件为螺栓和螺母，所述螺母为自锁螺母。

4.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述方向舵接头设有多个，同轴线的安装于后梁上。

5.根据权利要求2所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述根肋为整体机加件。

6.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述翼尖为3D打印塑料件，材料为尼龙材料。

7.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述方向舵为整体的碳纤维复合材料泡沫夹芯件或内部骨架包覆外部蒙皮的结构。

8.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机垂尾，其特征在于：所述上蒙皮和下蒙皮为碳纤维复合材料泡沫夹芯结构。

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