TWI734446B - 垂直起降定翼機 - Google Patents

Abstract

一種垂直起降定翼機，是一旋翼機與固定翼飛機的混合體，主要是在垂 直起降定翼機的機身及兩側主機翼上配置有以電動馬達為動力且分布位置對稱的四個垂直動力旋翼，作為垂直起降的主要功能，再配合該垂直起降定翼機水平推進的螺旋槳推進器與主機翼，構成一垂直起降定翼機，使該垂直起降定翼機可以在無跑道助航的狹窄空間起飛，並藉固定翼的性能，做更長滯空能力、高酬載、強抗風的飛行。

Description

垂直起降定翼機

本發明係關於一種垂直起降定翼機，尤指能使該垂直起降定翼機可以在無跑道助航的狹窄空間起飛者。

按，飛機依照起飛與降落的特性，可分為水平起降(horizontal take-off and landing,HTOL)與垂直起降(vertical take-off and landing,VTOL)兩類型。其中固定翼飛機(簡稱定翼機，fixed-wing aircraft)即是水平起降的代表；旋翼機(rotorcraft)則是垂直起降之代表。上述兩種機型各有優缺點，若以大範圍、長距離與長滯空的任務而言，適合執行此類任務的載具以固定翼為主，但它的起飛與降落場域要求高，且需要有平坦的跑道或地面進行起飛與降落。旋翼機的好處則是可以做到垂直起降，因此對於降落場地的要求相對較低，可以達到機動部屬與快速反應。除了垂直起降外，旋翼機還具有固定翼飛機所沒有的懸停、低速移動和在三維空間中朝任何方向飛行運動的優異性能，這些特點使得旋翼機的應用範圍較固定翼廣，不僅能在開闊的區域運作，還可以在城市街道、建築物內與隧道等環境使用。

上述定翼機與旋翼機於應用上各有其優缺點，本發明人有鑑於此，乃加以研究改良與整合，遂有本發明之產生。

爰是，本發明的主要發明目的是在提供一種兼具定翼機與旋翼機功能的垂直起降定翼機。

本發明的另一發明目的，是在提供一種可在狹小空間起飛及降落(例如船艦上)，更由於定翼機的性能，可以抗拒強風做長程飛行的垂直起降定翼機。

本發明的主要特徵在於一定翼機的機身及兩側主機翼上配置有由電動馬達所驅動旋轉且分布位置對稱的四垂直動力之旋翼，再配合該定翼機水平推進的螺旋槳推進器與高升力的主機翼，構成一垂直起降定翼機，使該垂直起降定翼機可以在無跑道助航的狹窄空間起飛及降落。

1:垂直起降定翼機

10:機身

20:主機翼

30:尾翼

A:酬載艙

11:氫燃料罐

12:垂直起降主動力氣流道

13:主動力旋翼

14:垂直起降主動力馬達

19:氫燃料電池堆

23:垂直起降輔助動力馬達

21:垂直起降輔助動力氣流道

22:輔助動力旋翼

240:樞接軸

24:主機翼補償面偏心蓋板

25:水平推進螺旋槳

26:襟副翼

27:驅動裝置

270:伺服馬達

271:曲柄

272:連桿

圖1所示是本發明實施例的立體圖。

圖2所示是本發明實施例之透視圖。

圖3所示是本發明實施例之透視俯視圖。

圖4所示是本發明實施例起降時主機翼補償面偏心蓋板打開狀態立體圖。

圖5所示是本發明實施例起降時主機翼補償面偏心蓋板打開狀態剖視圖。

圖6所示是本發明實施例前進飛行時主機翼補償面偏心蓋板關閉狀態剖視圖。

圖7、8所示是本發明實施例襟副翼被驅動裝置驅動調整角度動作圖。

圖9、10示是本發明實施例尾翼被驅動裝置驅動調整角度動作圖。

圖11、12示是本發明實施例尾翼被驅動裝置驅動另一實施例的調整角度動作圖。

請參閱圖1~3所示，本發明實施例的垂直起降定翼機1，是屬無人機的一種，可用於載貨或載人。機體結構主要包含有一機身10、位在該機身10左 右兩側的二主機翼20，及分別位在該機身10尾端頂面兩側且向上斜伸的V型尾翼30。定義機身10的長度中心線為x軸，兩主機翼20與x軸垂直交叉的中心線為y軸。其中，該機身10，載貨的酬載艙(payload bay)是位在該機身10的下方，可以依據無人機的需求設計空間大小，載人的酬載艙A可配置於機身10的上方，上面配置有一上蓋。該垂直起降定翼機1的動力由氫燃料電池電力供應，該機身10內可承載氫燃料罐11提供燃料電池堆(Fuel Cell Stack)19，轉換氫燃料電池為適當電壓的直流電源，作為動力與系統的電力來源，而且位在該二主機翼20下方的機身旁，可安置並攜帶兩瓶液態氫燃料罐11(如圖2)，以提供必要的液態氫燃料，作為本發明的動力能源。該機身10位在y軸兩側的中心線x軸上，是分別配置有一縱向設置的垂直起降主動力氣流道12，二垂直起降主動力氣流道12與y軸間的垂直距離相等，於每一垂直起降主動力氣流道12內分別安裝有一具有垂直起降主動力的主動力旋翼13，該主動力旋翼13係分別由一具垂直起降主動力馬達14所驅動而旋轉(如圖2)。

該主機翼20，位在x軸兩側的該主機翼20中心線y軸上，是分別配置有一縱向設置的垂直起降輔助動力氣流道21，二垂直起降輔助動力氣流道21與x軸間的垂直距離相等，使二該垂直起降主動力氣流道12與二該垂直起降輔助動力氣流道21的中心線軸呈十字型排列對稱配置。於每一垂直起降輔助動力氣流道21內分別安裝有一垂直起降輔助動力的輔助動力旋翼22，該輔助動力旋翼22係分別被一垂直起降輔助動力馬達23所驅動而旋轉(如圖5、6)。於二該垂直起降輔助動力氣流道21的內部且位於該輔助動力旋翼22的上方是以樞接軸240樞接有主機翼補償面偏心蓋板24，該主機翼補償面偏心蓋板24配置有配平設計，於常態下 是用以將該垂直起降輔助動力氣流道21的頂端孔口蓋住，當輔助動力旋翼22轉動帶動氣流往下時，該主機翼補償面偏心蓋板24會被往下的氣流自然頂開，讓氣流往下流動。上述二主動力旋翼13及二輔助動力旋翼22的分布位置對稱，該二主動力旋翼13及二輔助動力旋翼22支撐全機的起飛重量及快速離地達到安全高度。於二該主機翼20的後端近機身10位置分別配置有一具水平推進動力的水平推進螺旋槳25，該水平推進螺旋槳25可推送全機做水平飛行，並由主機翼20承載全機的重量。二該主機翼20的控制面為襟副翼(Flaperon)設計，該襟副翼26是配置於二主機翼20的後緣，是與主機翼20樞接，該襟副翼26係受一驅動裝置27控制(如圖7、8)，使該襟副翼26可以樞接點為軸心，面對垂直起降定翼機前面做爬升角(Pitch)及滾角(Roll)調整達到爬升與轉彎的飛行操作控制。該驅動裝置27包含有一伺服馬達270、一曲柄271、一連桿272；其中該伺服馬達270是固定在主機翼20內部，該伺服馬達270的轉軸與曲柄271的一端固接，曲柄271的另一端與連桿272的一端樞接，連桿272的另一端再與襟副翼26的一端樞接，通過伺服馬達270的轉軸轉動一設定角度，可帶動該襟副翼26以樞接點為軸心，做角度的調整，使該襟副翼26得以扮演縱向的z軸俯仰升降(Pitch)與x軸滾向(Roll)的操作控制。

該尾翼30，二尾翼30成V型，每一尾翼30分別被一組前述驅動裝置27所控制(如圖9、10)，而做角度調整，提供垂直起降定翼機水平飛行時的x軸滾向(Roll)與y軸偏航(Yaw)的控制。另一實施例亦可前述驅動裝置27所控制(如圖11、12)，而做另種角度的調整。

應用時，該垂直起降定翼機1要上升時，控制垂直起降主動力馬達14、垂直起降輔助動力馬達23加速、拉高二主動力旋翼13及二輔助動力旋翼22的總上升推力，當升力大於機體總重，該垂直起降定翼機1便上升；反之，降低垂 直起降主動力馬達14、垂直起降輔助動力馬達23的轉速，二主動力旋翼13及二輔助動力旋翼22的總上升推力降低，升力略微小於機體總重，該垂直起降定翼機1就穩定下降。若升力和總量實現動態平衡，該垂直起降定翼機1就懸停(Hover)在空中。在該主動力旋翼13及輔助動力旋翼22旋轉時，該主機翼補償面偏心蓋板24會被輔助動力旋翼22旋轉而往下的氣流頂開(如圖4、5)，該垂直起降輔助動力氣流道21的頂端口成開放狀態，使氣流順利通過。垂直起降定翼機1上升在空中後，水平推進螺旋槳25的水平推進動力慢慢起動，產生水平飛行速度，主機翼20逐漸獲得升力，並逐步降低控制四組主動力旋翼13及輔助動力旋翼22之轉速直到完全停止旋轉，主機翼補償面偏心蓋板24自然下放蓋住垂直起降輔助動力氣流道21的頂端口(如圖1、6)，讓主機翼20上表面恢復完整，以獲得白努利定理的機翼升力，轉換由水平推進螺旋槳25水平推進全機做水平飛行，襟副翼26的仰角調整扮演機體的縱向的y軸俯仰升降(Pitch)與x軸滾向(Roll)的操作控制，尾翼30控制面的角度調整，可以提供垂直起降定翼機1水平飛行時的x軸滾向(Roll)與z軸偏航(Yaw)的控制。

由上述之說明可知，本發明所揭示的垂直起降定翼機，於機身及兩側主機翼上配置有以電動馬達為動力且分布位置對稱的四垂直動力旋翼(主動力旋翼13、輔助動力旋翼22)，使該垂直起降定翼機除了本身具備的水平推進的水平推進螺旋槳25與主機翼20外，復能垂直起降，構成一垂直起降定翼機，使該垂直起降定翼機可以在無跑道助航的狹窄空間起飛、降落，於應用上本發明具備了定翼機的速度與航程優點外，復具旋翼機的空中懸停及垂直起降功能。

綜上所述，本發明不僅具新穎性且具產業利用性，依法提出發明專利申請，懇請惠予審查並核予專利，實感德便。

1:垂直起降定翼機

10:機身

20:主機翼

30:尾翼

A:酬載艙

11:氫燃料罐

12:垂直起降主動力氣流道

13:主動力旋翼

14:垂直起降主動力馬達

19:氫燃料電池堆

21:垂直起降輔助動力氣流道

22:輔助動力旋翼

23:垂直起降輔助動力馬達

25:水平推進螺旋槳

26:襟副翼

Claims (7)

1. 一種垂直起降定翼機，包含有一機身、位在該機身左右兩側的二主機翼，及位在該機身尾端頂面且向上伸的尾翼；二該主機翼各配置有一具水平推進力的水平推進螺旋槳及受驅動裝置驅動而調整仰角的襟副翼；其特徵在於：該機身的中心線軸上係配置有兩個縱向的垂直起降主動力氣流道，該垂直起降主動力氣流道內分別安裝有一水平旋轉具垂直起降動力的主動力旋翼，該主動力旋翼係由一垂直起降主動力馬達所驅動而旋轉；每一該主機翼的中心線軸上，是分別配置有縱向的垂直起降輔助動力氣流道，該垂直起降輔助動力氣流道內分別安裝有一水平旋轉具垂直起降動力的輔助動力旋翼，該輔助動力旋翼係由一垂直起降輔助動力馬達所驅動而旋轉，該主動力旋翼與該輔助動力旋翼的分布位置係相互對稱，且二該垂直起降主動力氣流道與二該垂直起降輔助動力氣流道的中心線軸呈十字型排列對稱配置，以具穩調操控特性。
2. 如請求項1所述之垂直起降定翼機，其中該垂直起降輔助動力氣流道的的內部且位於該輔助動力旋翼的上方是以樞接軸樞接有主機翼補償面偏心蓋板，該主機翼補償面偏心蓋板於常態下是用以將該垂直起降輔助動力氣流道的頂端口蓋住，當該輔助動力旋翼轉動帶動氣流往下時，該主機翼補償面偏心蓋板會被往下的氣流自然頂開，讓氣流往下流動。
3. 如請求項1所述之垂直起降定翼機，其中該驅動裝置包含有一伺服馬達、一曲柄、及一連桿；該伺服馬達是固定在該主機翼內部，該伺服馬達的轉軸與所述曲柄的一端固接，該曲柄的另一端與所述連桿的一端樞接，該連桿的 另一端再與所述襟副翼樞接，通過該伺服馬達的所述轉軸轉動一設定角度，可帶動該襟副翼以樞接點為軸心，做俯仰角與滾角的調整。
4. 如請求項1所述之垂直起降定翼機，其中該垂直起降定翼機是應用於無人機，可用於載貨或載人。
5. 如請求項1或4所述之垂直起降定翼機，其中該垂直起降定翼機的載貨酬載艙係配置於該機身的下方，載人的酬載艙是配置於機身的上方。
6. 如請求項1所述之垂直起降定翼機，其中該垂直起降定翼機的動力為氫燃料電池，於該機身內可承載燃料電池堆，並轉換所述氫燃料電池輸出直流電壓及功率，作為電力源。
7. 如請求項1所述之垂直起降定翼機，其中該尾翼有二，成V型尾翼排列，每一該尾翼的控制面分別被一組前述驅動裝置控制，而做控制角度的調整。

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