专利名称：固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种飞行器，特别是涉及一种固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器。
背景技术：
在航空领域常见的固定翼飞机，由于主要靠机翼产生升力平衡飞机重量，动力系统主要用来克服飞机飞行阻力，因此远小于飞机重量的动力(推拉力)就可以让固定翼飞机离地升空。其飞行速度快，航程和巡航时间长，但起降距离长，要求高质量的跑道，严重影响和妨碍了固定翼飞机在偏远无专用机场地区的应用。在航空领域常见的旋翼直升机，可以解决在狭小场地垂直起降的问题。在已知的旋翼飞行器中，除了常见的单桨直升机以外，还有多桨直升机，多桨直升机一般是通过变化桨的转速来改变飞行姿态的。如4桨旋翼直升机，4个桨相对于中心对称放置，其中有2个桨是顺时针旋转，还有2个桨是逆时针方向旋转。当飞机需要往一个方向转向时，只要改变增加其中2个顺时针/逆时针桨的转速，减少另外2个逆时针/顺时针桨的转速就可以改变航向。需要倾斜飞行时，只要减小飞行方向上的桨的转速，增加对称位置的桨的转速就能通过升力差向指定的方向飞行。但直接和动力系统相连的旋翼效率远不如固定翼飞机的机翼，因此功耗大。又因其前进速度主要靠旋翼桨盘通过倾斜盘的倾斜产生的分力提供，同时直升机前进飞行的阻力也较固定翼飞机大的多。因此其飞行速度，距离和续航时间都不如固定翼飞机。为此航空领域的技术人员一直在找寻能兼有固定翼飞机和直升机优点的飞行器。单独的升力发动机在设计上简单，升力发动机在巡航时不工作，又占用机内体积，这是死重。减少或消除死重是垂直起落飞机一个急需解决的问题。将升力和巡航发动机合二为一，当然就消除了专用升力发动机的死重。巡航和升力发动机合二为一的最直接的方法，莫过于倾转喷气发动机，把发动机直接对着地面吹，当然就产生直接的升力。这么简单的道理，为什么不是垂直起落飞机的首选呢？首先，倾转发动机对发动机在飞机上的位置带来很大的限制，不光机翼、发动机的位置必须和飞机的重心一致，也基本上只有翼下或翼尖位置，这样，一旦部分升力发动机故障或瞬时出力不足，非对称升力容易引起灾难性的事故。倾转旋翼用同步轴解决这个问题，倾转喷气发动机就基本不可能在一侧发动机失效时，由另一侧发动机补偿。再说，发动机本身十分沉重，倾转机构谈何容易。还有，发动机对进气的要求很高，否则发动机效率直线下降，但发动机在倾转过程中，进气的条件很难保证。另夕卜，垂直起落要求在短时间内产生大量的推力，巡航要求工作时间长但推力远远要不了那么多，两者之间在设计上很难协调。由发动机直接产生升力，没法取巧。从极端情况来说，滑跑起飞、用机翼产生升力，只需要很少的推力；但用喷气动力垂直起飞，至少需要I : I的推重比，动力要求高得多。在已知的具有可垂直起降功能且有固定翼飞机功能的飞行器中，大致分为以下几类。一、如图1，将涵道风扇和前行桨叶11结合起来的方案。如西科斯基的无人机Mariner,通用公司的XV-5等。这种飞行器的缺点是涵道增加了较重的重量，增加较多的迎风阻力，同时妨碍了机内载荷和设备的布置，或者减小了机翼的有效升力面积。二、倾转动力实现垂直起降的固定翼飞机。如图2中的V22等，其中螺旋桨为12。这类飞机在起飞时动力装置的推(拉)力垂直地面使飞机垂直离地，然后在空中逐渐使动力装置的推(拉)力，转向飞机前进方向，使飞机像常规固定翼飞机一样向前飞行。但其转向机构复杂，造价贵，可靠性差，特别动力系统转向时的(飞机无前进速度时)安定性和操纵性，一直是困扰航空技术人员的难题。三、旋翼机翼共用飞机。如图3a_3c中波音公司的“蜻蜓”飞机。这类飞机机翼13可以变为旋翼使用，可以实现垂直起降。和倾转动力飞行器一样，也存在结构复杂，造价贵，可靠性差等问题。四、如图4a_4c中底部安装升力发动机14的方案。这类飞机都是为了解决固定翼飞机垂直起降的问题，升力发动机只是为了实现垂直起降时的升力或者兼作一部分方向控制，不具备完全的直升机飞行模式，如多尼尔D0. 231等飞机。
五、前苏联的雅克-38战机只有两台升力发动机和一台升力-巡航发动机，机体内的升力发动机也降低了单发失效对安全的威胁。但升力发动机安装在机体内，也是有其问题的。首先，炽热的喷气里发动机进气口很近，容易造成喷气回吸问题。第二，高速喷气在机体下延地面向两侧流动，而机体上方除升力发动机进气口附近外，空气相对静止，造成使机体向地面吸附的效果，即所谓suck down。另外，因为其要在甲板上垂直起落，其向下喷出的高温气体对甲板的烧蚀也相当严重，所以这种战机很不实用。因此航空界迫切需要寻找一种结构简单、性能可靠的兼有固定翼飞机和旋翼直升机性能且在两种飞行模式之间能随时自由转换的飞行器。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种结构简单、性能可靠的兼有固定翼飞机和旋翼直升机性能且在两种飞行模式之间能随时自由转换的飞行器。本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，包括一套固定翼飞机组件，该组件包括机身、机翼和固定翼舵面控制系统，其特点在于，该飞行器还包括一组电动多桨动力系统和一个总控制器，该总控制器包括该固定翼舵面控制系统和用于控制所述电动多桨动力系统工作的电动多桨控制系统，该总控制器还用于控制该固定翼舵面控制系统和电动多桨控制系统单独工作或者协同工作；所述电动多桨动力系统的桨叶旋转平面与机身中心轴垂直。优选地，该电动多桨控制系统用于控制飞行器的升降、姿态和航向。优选地，该电动多桨控制系统用于通过增减所有桨叶的转速和/或螺距控制飞行器的升降。优选地，该电动多桨控制系统用于通过减小在飞行方向上相对于飞行器的重心靠前的桨叶的转速和/或螺距，同时增加在飞行方向上相对于飞行器的重心靠后的桨叶的转速和/或螺距，控制飞行器的姿态。[0018]优选地，该电动多桨控制系统用于通过增加与飞行器转向反向的桨叶的转速和/或螺距，减少与飞行器转向同向的桨叶的转速和/或螺距，控制飞行器的航向。优选地，所述电动多桨动力系统至少为四套，所述各桨处于同一平面内，且该平面与机身中心线垂直。优选地，所述各桨分别设置在该机身的两侧和机翼上下侧，相对于该飞行器的重心呈对称放置。优选地，所述每套电动多桨动力系统或者桨均通过一支撑臂连接到所述机身或者机翼上。优选地，所述各套电动多桨动力系统中的若干套系统或者若干套桨共用一支撑臂连接到该机身或者机翼上。优选地,所述电动多桨动力系统的动力装置为电机。优选地，所述总控制器包括一第一协同工作模式控制器用于控制在从多桨直升机飞行模式到固定翼飞行模式的转换过程中，飞行器由从悬停开始通过控制机身上方桨叶转速增加，下方转速减小，飞行器飞行方向逐渐从垂直方向转向水平方向，飞行器逐步转向固定翼飞机水平运动的方式，当对应机身方向的空速大于失速速度后，各桨的转速变为相同，同时固定翼舵面控制系统对舵面进行控制，就完成了多桨直升机飞行模式与固定翼飞行模式的转换。优选地，所述总控制器包括一第二协同工作模式控制器用于控制在从固定翼飞行模式到多桨直升机飞行模式转换过程中，飞行器由水平运动开始，控制机身下方桨叶转速先增加，上方桨叶转速在达到一定迎角后逐步增加，飞行器飞行方向逐渐从水平爬升后转向垂直于地面，空速变为零，实现固定翼飞行模式到多桨直升机飞行模式的转换。优选地，所述迎角角度为10° -30°。优选地，所述飞行器的尾翼结构为不带尾翼的飞翼式、“u”、《丄，，形、“T”字形、“V”形或“ Λ ”形。优选地，该飞行器还包括一组额外设置于机身尾部的垂直起降用的起落架。优选地，所述桨为可折叠桨。优选地，所述飞行器包括一固定翼动力系统。 优选地,所述固定翼动力系统为电动或者燃油动力。本实用新型的积极进步效果在于本实用新型的复合飞行器不但兼有固定翼飞机和旋翼直升机的性能，而且能够在这两种飞行模式之间自由的转换，既可以像直升机一样垂直起降和飞行，可以像固定翼飞机一样起降和飞行。本实用新型因为采用电动，所以重量增加很轻，从而使固定翼飞机模式时增加的死重(旋翼直升机部分的重量)很少。同时由于是电动动力方案，整个飞机噪音很小，旋翼直升机向下吹的气流无高温，比用传统发动机的其他飞行器更加环保。另外，采用电机作为动力装置，可以使电动多旋翼动力系统的重量控制在整个飞机的20%以内，比采用传统的动力系统要轻很多，从而使飞机更加易于控制，节省能量。本实用新型在结构上更加简单，不需要很复杂的转向结构，也不会影响机内载荷和设备的布置。最后，本实用新型应用广泛，包括民航领域和军事领域，不仅适用于模型飞机、而且适用于无人驾驶飞机，以及载人飞机等等。
图I为现有的将涵道风扇和前行桨叶结合起来的飞行器结构示意图。图2为现有的倾转动力实现垂直起降的飞行器结构示意图。图3a_3c为现有的旋翼机翼共用的飞行器结构示意图。图4a_4c为现有的底部安装升力发动机的飞行器结构示意图。图5a_5c分别为本实用新型第一实施例的飞行器的俯视图、正视图和侧视图。图6为本实用新型的飞行器的控制系统的结构示意图。 图7a、7b分别为本实用新型第二实施例的飞行器的正视图和俯视图。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。第一实施例如图5所示为本实用新型的一种复合飞行器，其包括一套固定翼飞机组件，该组件包括机身I、主翼2、尾翼3。也可视情况而定安装固定翼动力系统(也称固定翼飞机动力系统)，即为固定翼飞机组件提供动力的系统。本领域技术人员应当理解，全文中出现的主翼和固定翼所指的是同一个部件，叫做固定翼是相对于旋翼来讲的；叫做主翼，是从飞机的结构组成上来说，相对于尾翼来讲的。在该固定翼飞机组件的基础上，增加了四套电动多桨动力系统4，但不限于四套，也可以为六套或者八套等，而电动多桨动力系统4可以采用现有的具体组成和结构来实现，所以不再赘述。而电动多桨动力系统4包括动力装置和桨，所述各桨可以设置在同一平面内，且该平面与机身中心线垂直，即围绕在机身中心轴周围成近似等角放射状分布。具体地，可以把桨分别设置在该机身的两侧和主翼上下侧，相对于该飞行器的重心呈对称放置，将动力装置设置于机身上。或者将整套电动多桨动力系统4分别设置在该机身的两侧和主翼上下侦牝相对于该飞行器的重心呈对称放置。这样的设置保证了飞行器整体重心处于机身的中心线上，使飞机在起降和飞行过程中始终保持平衡，不影响其工作状态。当然，也可以采用其他的位置设置，只要能达到前述效果的设置方式皆可。本实施例中，每套电动多桨动力系统4整体地或者桨单独地通过一支撑臂5连接到主翼2上，当然在其他实施例中，也可以将各套电动多桨动力系统中的若干套系统或者桨共用一支撑臂连接到机身或者机翼上。本实施例中的电动多桨动力系统采用电动动力系统，包括电机和与该电机连接的旋翼，可以根据实际情况决定是否添加变速箱。因为采用电动，所以重量增加很轻，从而使固定翼飞机模式时增加的死重(旋翼直升机部分的重量)很少。同时由于是电动动力方案，整个飞机噪音很小，旋翼直升机向下吹的气流无高温，比用传统发动机的其他飞行器更加环保。而固定翼动力系统的动力也可以采用电动或者其他动力。固定翼动力系统的数量可以为单套或者多套，固定翼动力系统的螺旋桨位于机身前方、机身后部或机身两侧，或者前后方同时设置均可。为保证本实用新型的飞行器在两种模式之间自由的切换，配备一个总控制器6以实现在两种模式之间的切换控制。该总控制器6包括固定翼舵面控制系统61和用于控制所述电动多桨动力系统工作的电动多桨控制系统62，该总控制器还用于控制该固定翼舵面控制系统61和电动多桨控制系统62单独工作或者协同工作。因为固定翼舵面控制系统61可以采用现有的固定翼飞机的控制系统结构和组成来实现，所以在此不做赘述。这里，固定翼舵面控制系统61单独工作时，配合各桨的转速相同，对应的是固定翼飞机模式；电动多桨控制系统62单独工作时对应的是直升机模式，用于控制飞行器的升降、姿态和航向，而两个系统协同工作时称之为固定翼飞机直升机混合模式。为便于本领域技术人员的理解，下面从整个飞机的起降过程和飞行过程来详细描述这三种模式的具体工作原理。需要明确的是，飞行过程是指飞机在起飞之后降落之前的水平飞行过程，而升降过程是指飞机起飞和降落的过程。其中起降过程可以采用直升机模式、固定翼飞机模式I、在直升机模式起降时，飞行器垂直于地面放置，即机身中心线垂直于地面，而桨叶的旋转平面平行于地面，从而实现4组(或者以上)的电动多桨控制系统62完全按照直升机模式飞行。使用垂直起降功率消耗较大，但使用旋翼升降系统时间很短，起降消耗能量 占整个飞行能耗能量比例不大，故这种方式是此飞行器主要的起降模式，此时飞机像一般直升机一样起降。这种起降方式不但适用于模型飞机和无人机，而且也适用于载人飞机，在载人飞机中设置现有的悬挂装置，使飞机无论是升降还是水平飞行时，人体都能够保持正常的状态，不会倾斜。2、在固定翼飞机模式起降时，飞行器水平置于地面，即机身中心线平行于地面，而桨叶的旋转平面近似垂直于地面，各桨转速相同，从而使4组(或者以上)电动多桨控制系统62作为固定翼飞机动力系统组。飞机像一般固定翼飞机一样在跑道上起降。而飞行模式可以分为直升机模式、固定翼飞机模式I、在直升机模式飞行时，4组(或者以上)电动多桨控制系统62完全按照直升机模式飞行，飞行器可以完成所有直升机的功能，从而能完成航拍、固定位置侦查等任务，此时飞机像一般直升机一样飞行。此种方式飞行时，机身中心线是垂直于地面的，而桨叶的旋转平面平行于地面。其中，电动多桨控制系统通过减小在飞行方向上相对于飞行器的重心靠前的桨的转速和/或螺距，同时增加在飞行方向上相对于飞行器的重心靠后的桨的转速和/或螺距，来控制飞行器的姿态。电动多桨控制系统通过增加与飞行器转向反向的桨的转速和/或螺距，减少与飞行器转向同向的桨的转速和/或螺距，控制飞行器的航向。具体来讲，就是使其中一半的桨顺时针方向旋转，另一半桨逆时针方向旋转，在直升机模式下，可以利用电子陀螺控制4个桨的转速，形成一个稳定的旋翼直升机飞行平台。通过改变桨转速，改变4个桨的升力和扭矩，从而控制旋翼直升机向各个方向的飞行及转向。其中电子陀螺为本领域常用的装置，技术人员可根据具体需要自己选择其类型。2、在固定翼飞机模式飞行时，4组(或者以上)电动多桨控制系统62做为固定翼机动力系统。可以完成所有固定翼飞机的功能。优点是功耗小，飞行距离和时间长。此模式是此飞行器的主要飞行模式。在转换成固定翼机模式后由于不需要那么大的动力，所以可以只开其中的部分桨，其他桨可以折叠以降低固定翼飞机模式下的飞行阻力。当固定翼舵面控制系统61和电动多桨控制系统62协同工作时，在从多桨直升机模式飞行到固定翼模式飞行的转换过程中，飞行器由从悬停开始通过控制机身上方桨叶转速增加，下方转速减小，飞行器飞行方向逐渐从垂直方向转向水平方向，飞行器逐步转向固定翼飞机水平运动的方式，当对应机身方向的空速大于失速速度后，各桨的转速变为相同，同时固定翼舵面控制系统对舵面进行控制，就完成了多桨直升机模式飞行与固定翼模式飞行的转换。也就是说直升机模式升降或者飞行时，桨是起到直升机旋翼的功能；而转换到固定翼模式时，各桨转速相同，此时桨起到的是固定翼飞机推进桨的作用。在从固定翼模式飞行到多桨直升机模式飞行转换过程中，飞行器由水平运动开始，控制机身下方桨叶转速先增加，上方桨叶转速在飞行器达到一定迎角(比如10° -30°之间)后逐步增加，飞行器飞行方向逐渐从水平爬升后转向垂直于地面，空速变为零，本领域技术人员应当理解也包括接近于零的情况，实现固定翼模式飞行到多桨直升机模式飞行的转换。以上两种情形可以分别通过两个协同工作模式控制器来实现。总结来讲，就是说在整个直升机模式中，机身中心线都是垂直于地面的，当然这种垂直是近似的垂直，本领域技术人员应当理解。以上提到的总控制器、各控制系统的具体制作与实现均可通过现有的电子控制方·式或者软件方式来实现，在此不做赘述。在其他实施例中，本实用新型的固定翼机组件的尾翼结构还可以为其他类型，如不带尾翼的飞翼式、《丄，，形、“O”、“u”、“T”字形、“V”形或“Λ”形等等。第二实施例如图7a、7b,本实施例与第一实施例的不同之处主要在于本实施例中有6套电动多桨动力系统，呈放射状安装在机身上靠近主翼的位置处。其余部分与第一实施例基本相同。图中，升降时6个桨全部增加或者减小转速。向左侧飞时桨73、74增速，桨71、76减速。向右侧飞时桨71、76增速，桨73、74减速。左转向时桨71、73、75增速，桨72、74,76减速；右转向时桨72、74、76增速，桨71、73、75减速；前飞桨74、76增速，桨71、73减速；后飞桨71、73增速，桨74、76减速。虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，包括一套固定翼飞机组件，该组件包括机身、机翼和固定翼舵面控制系统，其特征在于，该飞行器还包括一组电动多桨动力系统和一个总控制器，该总控制器包括该固定翼舵面控制系统和用于控制所述电动多桨动力系统工作的电动多桨控制系统，该总控制器还用于控制该固定翼舵面控制系统和电动多桨控制系统单独工作或者协同工作；所述电动多桨动力系统的桨叶旋转平面与机身中心轴垂直。
2.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述电动多桨动力系统至少为四套，所述各桨处于同一平面内，且该平面与机身中心线垂直。
3.如权利要求2所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述各桨分别设置在该机身的两侧和机翼上下侧，相对于该飞行器的重心呈对称放置。
4.如权利要求2所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述每套电动多桨动力系统或者桨均通过一支撑臂连接到所述机身或者机翼上。
5.如权利要求2所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述各套电动多桨动力系统中的若干套系统或者若干套桨共用一支撑臂连接到该机身或者机翼上。
6.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述电动多桨动力系统的动力装置为电机。
7.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述总控制器包括一第一协同工作模式控制器用于控制在从多桨直升机飞行模式到固定翼飞行模式的转换过程中，飞行器由从悬停开始通过控制机身上方桨叶转速增力口，下方转速减小，飞行器飞行方向逐渐从垂直方向转向水平方向，飞行器逐步转向固定翼飞机水平运动的方式，当对应机身方向的空速大于失速速度后，各桨的转速变为相同，同时固定翼舵面控制系统对舵面进行控制，就完成了多桨直升机飞行模式与固定翼飞行模式的转换。
8.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述总控制器包括一第二协同工作模式控制器用于控制在从固定翼飞行模式到多桨直升机飞行模式转换过程中，飞行器由水平运动开始，控制机身下方桨叶转速先增加，上方桨叶转速在飞行器达到一定迎角后逐步增加，飞行器飞行方向逐渐从水平爬升后转向垂直于地面，空速变为零，实现固定翼飞行模式到多桨直升机飞行模式的转换。
9.如权利要求8所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述迎角角度为10° -30°。
10.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述飞行器的尾翼结构为不带尾翼的飞翼式、“^，，、形、“T” 、“丄，，字形、“V”形或“ Λ ”形。
11.如权利要求I所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，该飞行器还包括一组额外设置于机身尾部的垂直起降用的起落架。
12.如权利要求1-11任意一项所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述桨为可折叠桨。
13.如权利要求12所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述飞行器包括一固定翼动力系统。
14.如权利要求13所述的固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，其特征在于，所述固定翼动力系统为电动或者燃油动力。
专利摘要本实用新型公开了一种固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器，包括一套固定翼飞机组件，该组件包括机身、机翼和固定翼舵面控制系统，该飞行器还包括一组电动多桨动力系统和一个总控制器，该总控制器包括该固定翼舵面控制系统和用于控制所述电动多桨动力系统工作的电动多桨控制系统，该总控制器还用于控制该固定翼舵面控制系统和电动多桨控制系统单独工作或者协同工作；所述电动多桨动力系统的桨叶旋转平面与机身中心轴垂直。本实用新型能够在这两种飞行模式之间自由的转换，既可以像直升机一样垂直起降和飞行，也可以像固定翼飞机一样起降和飞行，更可以用直升机模式起飞后转换成固定翼模式飞行，然后再转换成直升机模式降落。
文档编号B64C29/02GK202728574SQ20112039788
公开日2013年2月13日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者田瑜, 江文彦 申请人:田瑜, 江文彦