具有铰接尾桁短距起落/垂直起落自由翼飞机及其推动方法技术

一种飞机，包括： Ａ、机身，具有用于以水平飞行模式和短跑道起飞或者降落（ＳＴＯＬ）飞行模式推动飞机的推进系统； Ｂ、与所述机身相连接的自由翼，能够围绕一个翼展轴线相对于所述机身进行自由转动； Ｃ、与所述机身相连接的尾桁，在该尾桁上形成了水平尾翼表面和垂直尾翼表面，用于提供方向稳定性和偏航控制； Ｄ、一个使所述机身相对于所述尾桁转动的机构，该转动的轴线与所述翼展轴线相平行或者相重合，该转动与所述自由翼围绕翼展轴线的转动彼此独立。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种短距起落和垂直起落(STOL/VTOL)飞机，更具体地说涉及一种STOL/VTOL飞机，其具有机身及能够相对于该机身转动的尾舵部分，该尾舵部分与机身以铰接方式相连接，用于使尾舵部分运动到偏离推进系统的推力方向的位置，从而实现STOL飞行和直平飞行之间的转换。图1显示了美国专利申请No.07/850913提供的STOL/VTOL自由翼飞机10，其申请日为1992年3月13日，其名称为“VTOL自由翼飞机”，该项技术被用作本专利技术的已知技术。所示飞机包括一机身12、一尾部14和一自由翼16，并具有一个推进系统，它包括一个位于机身前端的发动机18，用于驱动一螺旋浆20。在本说明书中，所谓“自由翼”是指这样一种机翼，它与机身的连接方式使之能够自由地围绕位于其空气动力中心前方的翼展轴线枢动。这种方式使得机翼具有仅仅由作用在机翼上的空气动力来确定的迎角。机翼的转动由掠过机翼表面上的相对气流的风向变化而引起，不需要飞机驾驶员予以干预，使得机翼与机身之间的入角得以改变，从而使机翼与相对气流之间的迎角基本上保持恒定，这就使得飞机在水平飞行中基本上不会出现失速现象。自由翼16能够自由地围绕位于其空气动力中心前方的翼展轴线22转动或枢转。自由翼16包括左机翼16a和右机翼16b，它们从机身的相对两侧伸展；并被相互连接在一起，以便同时围绕轴线22自由转动。根据上述专利申请，左机翼16a和右机翼16b相互之间的倾角也可以予以调整，其中相关的叙述在本说明书中用作已知技术。飞机10进一步包括位于其尾部14的方向舵24和升降舵26，对它们可以通过已知的方式予以操纵，用于分别控制飞机的偏航和俯仰。另外，尽管图1中显示的推动系统仅仅采用了一个螺旋浆，但本
里的普通技术人员知道也可以采用其它类型的推进系统，例如反向旋转螺旋浆组以及与机身相连接的多发动机结构。在本说明书中，术语“公用推进系统”是指为垂直和水平飞行动作提供所需推力的同一个推进系统，而并不必局限于如单个螺旋桨之类的单推力产生系统，而是可包括多推力产生系统，例如用一对发动机来驱动不同的螺旋浆等，只要所述多推力产生系统用于既为垂直飞行模式提供推力也为水平飞行模式提供推力即可。下面对VTOL自由翼飞机10的操作过程进行说明。如图1所示，在升空时将飞机10竖向安放在一个导轨系统上。导轨系统可以包括一个导架或者轨道，在飞机10上相配合的导架或轨道随动部件用于当飞机起飞时在预定的有限初始距离内引导飞机的垂直运动。当发动机起动，螺旋浆产生的反冲气流掠过机翼16a、16b上面，飞机10就会从升空导轨系统向上升起。也可以辅之以弹射起飞装置。偏航和俯仰控制分别由方向舵24和升降舵26予以实现。在驾驶员或计算机控制或者由遥控站(图中未示)的遥控下，通过自由翼16a、16b的俯仰角度的差动设置，能够实现滚动控制。在发射的过程中，从机翼16a、16b上掠过的气流在机翼上提供控制飞机10滚转的动力。在垂直发射的最初阶段，机翼16a、16b在发射时能够自由转动，由于来自推进系统的反冲气流而作用在全部控制表面上的动压力能够实现对飞机10的滚转、俯仰和偏航控制。为了由垂直飞行转变为水平飞行，由驾驶员、计算机或者遥控器发出一个升降舵向下转动的信号，使得机身转向水平方向。通过改变机身的俯仰角度，推力向量也偏离垂直方向，产生一个水平推力分量。随着机身转向水平方向，飞机的水平速度增大，而使得可自由转动的机翼16随相对气流产生相对于机身的转动。相对气流对自由转动机翼16a、16b所产生的作用能够很快地克服由推进系统所产生的气流对机翼的作用，随着水平速度的增大，该气流产生升力。飞机10很快就会转变为自由翼飞行模式下的水平飞行。如果飞机10在起飞或者垂直飞行过程中丧失推力，就会迅速和自动地以最小的高度损失转为水平飞行模式。当丧失动力时，自由翼16就会顺应新的相对气流，该气流由地面垂直向上的方向到达机翼，从而使机翼处于其前边缘朝下的方向，与此同时机身的方向舵和升降舵的作用下转向相对气流的方向。由于自由翼采用正的俯仰力矩翼片，因此飞机本身会很快转向稳定的水平飞行。在水平飞行过程中，俯仰、偏航的滚转控制由升降舵、方向舵和差动枢转的机翼16a、16b提供。如果需要，可以在机翼16上设置副翼。为从水平飞行转为垂直飞行，可以采用相反的步骤。更具体地说，发出一个升降舵上升指令，使机身转向垂直方向，使机头朝上。这样就能降低水平速度，产生垂直推力向量。因此，相对气流发生变化，最终使自由翼和机身都转向垂直方向。如果飞机难以减速，和其朝前或水平速度未能减小到足够的程度，机身就会在升降舵的作用下转动到超过垂直的位置，从而使推力方向起到推力转向器的作用，使飞机的减速超过失速点。作为一种替代方案，也可以采用本申请人提出的另一份美国专利申请No.07/795329所披露的机构，该申请的申请日为1991年12月20日，名称为“可锁定的自由翼飞机”，它被用作本申请的已知技术。更具体地说，在使机身朝上转动之前可以将机翼和机身相互锁定，通过使飞机失速，从而使飞机的水平速度减小为零，然后在失速状态下将机翼释放为自由翼状态，这样就能使飞机位于垂直方向。再一种在由水平飞行模式转变为垂直飞行模式的过程中降低水平速度的方式是在机翼的后部边缘上设置如阻流板或升降舵之类的机翼装置。再一种方式是在机身前端设置鸭式结构，以便为机身转向垂直方向提供杠杆作用。当然该鸭式结构可以缩入飞机的前端，在转变飞行方式时由飞机朝前伸出，产生使机身向上转动的杠杆作用。毋庸赘述，该鸭式结构在任何情况下都既可以是一种自由翼，也可以是一种固定翼。一旦实现垂直或者近似于垂直的飞行，俯仰、滚转和偏航指令就重新将飞机的位置控制到直接位于一网状物之上的位置。当飞机位于网状物之上时，发动机停止，使飞机落进网状物。由于尾部被固定在机身上，不能相对于机身的纵向轴线和机身的推力轴线运动，因此需要复杂的升空(起飞)和回收(着陆)系统，例如前述用于使飞机起飞的升空轨道系统，以及图6所示的在先申请的使VTOL飞机10着陆的网状回收系统，所述附图及其相应的说明被本申请用作已知技术。作为一种替代方案，对于STOL和VTOL操作来说，需要采用特别长和复杂的起落架，该起落架在如图1所示的垂直飞行模式下由飞机尾部14朝下延伸。这种类型的起落架(例如所谓月式火箭起落架)特别昂贵，仅仅适用于基本上水平的地形。因此，本专利技术的一个目的是提供一种自由翼飞机，它具有垂直和短跑道起降功能(STOL/VTOL)，不需要外部发射和回收系统。本专利技术的另一个目的是提供一种STOL/VTOL自由翼飞机，其推力方向能够在垂直和水平方向之间移动，同时不影响对至少位于尾部的飞行控制表面的相对水平定位，从而能够采用相对简单和较短的起落架。本专利技术的具有铰接尾桁短距起落/垂直起落的自由翼飞机，包括机身，具有用于以水平飞行模式和短跑道起飞或者降落(STOL)飞行模式推动飞机的推进系统；与所述机身相连接的自由翼，能够围绕一个翼展轴线相对于所述机身进行自由转动；与所述机身相连接的尾桁，在该尾桁上形成了水平尾翼表面和垂直尾翼表面，用于提供方向稳定性和偏航控制；一个使所述机身相对于所述尾桁转动的机构，该转动的轴线与所述翼展轴线相平行或者相重合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
书的内容及其等同物为准。权利要求1.一种具有铰接尾桁短距起落/垂直起落的自由翼飞机，包括A、机身，具有用于以水平飞行模式和短跑道起飞或者降落(STOL)飞行模式推动飞机的推进系统；B、与所述机身相连接的自由翼，能够围绕一个翼展轴线相对于所述机身进行自由转动；C、与所述机身相连接的尾桁，在该尾桁上形成了水平尾翼表面和垂直尾翼表面，用于提供方向稳定性和偏航控制；其特征在于，还包括一个使所述机身相对于所述尾桁转动的机构，该转动的轴线与所述翼展轴线相平行或者相重合，该转动与所述自由翼围绕翼展轴线的转动彼此独立。2.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述机构能够使机身的推力方向与尾桁的纵向轴线形成大约90度的角度，使得所述推进系统所产生的推力能够以STOL模式推动飞机。3.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述尾桁的前部与机身相连接，而尾翼表面位于尾桁的朝后延伸的部分，所述尾翼表面在STOL飞行模式下位于推进系统产生的艉流之外，在水平飞行速度分量的作用下由相对气流在尾翼表面上产生动压力，从而提供方向稳定性和偏航控制。4.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所有的尾翼表面都不能够相对于尾桁活动。5.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，进一步包括与所述机身相连接的起落轮，在机身相对于尾桁处于向上倾斜或者STOL状态下该起落轮能够伸出到机身的下方。6.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，进一步包括与所述机身固定连接的左右固定机翼中心部分或者根部，所述自由翼包括左右自由翼部件，它们分别由所述左右固定机翼中心部分朝外延伸，并能够相对于所述左右固定机翼中心部分自由转动。7.根据权利要求6所述的飞机，其特征在于，进一步包括能够使所述左右自由翼中的至少一个以选择性控制方式相对于另一个自由翼进行转动的机构，用于在不影响自由翼的自由转动的前提下为实现滚转控制而调整其俯仰角度。8.根据权利要求6所述的飞机，其特征在于，进一步包括一个自由翼支持管，该支持管沿着翼展轴线横向穿过所述机身和固定机翼部分，穿入到所述左右自由翼之中，在所述机身上为左右自由翼形成支撑。9.根据权利要求8所述的飞机，其特征在于，所述自由翼支持管是一个采用轴承由机身和固定机翼部分中的至少一个予以支持的管件，使得自由翼随相对气流导致该管件围绕其纵向轴线的自由旋转而绕枢轴自由转动。10.根据权利要求8所述的飞机，其特征在于，所述自由翼支持管包括一对管件，它们分别由左右自由翼伸入到左右固定机翼中心部分之中，并进一步包括能够使所述左右自由翼中的至少一个以选择控制方式相对于另一个自由翼进行转动的机构，用于在不影响自由翼的自由转动的前提下...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔伯特·拉特安，休·J·施米特科，
申请(专利权)人：自由翼飞机公司，
类型：发明
国别省市：