本专利发明专利技术了一种前后双桨双翼可变形飞机，前翼（1）和后翼（2）构成前后双翼，结构紧凑刚度强度好，大翼面提供足够升力，双方向舵（3）和四水平舵（4），提供良好操纵性，适用低速大载荷巡航。前后双翼可变形，前翼（1）可旋转，后翼（2）可折叠，整机翼展可调，适应不同速度下巡航，也有利于地面行驶、牵引、搬运和库存。机头机尾各一个螺旋桨（5），组合为一对反桨，产生同向推力和拉力，动力轴居中重合螺旋桨扭矩抵消，整机重量较为居中，滚转惯量小，也有利滚转机动性，且无翼面气流干扰。采用光伏组件蒙皮与蜂窝复材层压的工艺完成机身上壳体和四个机翼上壳体结构，双翼及翼身融合提供较大光照面积，有利光伏，为二次电池实时充电及系统供电，有利于飞行长航时且环保安全。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种前后双桨双翼可变形飞机。双翼双垂尾，有利低速重载巡航;双翼可变形，有利变速巡航和机务;前后反桨驱动，避免翼根应力集中及气流干扰;光伏及蜂窝复材层压工艺，实现轻质结构及实时充电，属于飞行器总体设计领域。
技术介绍
自由飞翔是人类自古以来追求的梦想，莱特兄弟追求飞行梦专利技术了第一架飞机，然而不久第一次世界大战、第二次世界大战，飞机因技术难度大和过度重视其军事用途，忽视了人类最初的愿望一一自由飞翔。虽然战后民航基于军用运输机大力发展，产生世界两大航空公司美国波音和欧洲空客，但通用航空发展缓慢，人类仍未真正实现自由飞翔的梦雄I 双翼飞机流行于一战期间，因其表现出的低速性能曾风靡一时，后期因二战对高速性能的要求，双翼机没有得到推广，目前双翼机主要用于特技表演、农业作业等领域。以往双翼机因机翼上下布置导致机身截面积很大，上下支撑杆较多，结构紧凑性较弱，为使平尾控制俯仰效果明显，需要机头与机尾前后距离较大，导致机身纵向尺寸仍然较大，飞机整体结构复杂笨重，飞行阻力很大，若存放时为减小横向尺寸，机翼设计成可变形是比较难的，除非每次飞行后将机翼拆除达到减小横向空间的目的，给用户带来使用不便。而单翼机为实现同样低速大升力效果，翼展将更大，翼弦将更宽，机身截面将更粗，不适合低速重载作业。通常航空动力分为内燃、外燃和电动三大类，航空燃油发动机一直以来是技术含量最高的部件之一，价格一直很高，尤其国外进口航空发动机价格不菲，况且未来几年即便价格下降被通用航空所接受，加上民航线，航空燃油尾气直接进入大气，而大气污染程度现在已经成为衡量地区生产生活质量甚至幸福指数的因素之一，燃油航空未来将不愿被民众和国家所接受。因电机和电池技术趋于成熟，电动飞机、电动汽车将成必然，市面已有电动飞机普遍采用单桨布局或左右双桨布局，但通常情况下，单桨布局可靠性弱且需实时舵面配平螺旋桨扭矩，而机翼动力短舱布局对飞机翼身链接强度、刚度要求很高，翼根截面要求很大，且机翼前或后螺旋桨对机翼表面气流干扰较大，高速螺旋桨气流常导致翼面气流分离。太阳能是我们地球上的终极能源，经过一系列环节存储到物质当中，再被人类消耗，效率不到10%，目前高效光伏组件光电转换效率超20%，直接利用太阳能提供飞机动力虽未成熟，但直接用太阳能为机载设备供电及实时充电技术可行，有效延长工作时间及减少大气污染，太阳能也有望成为轻型飞机的主动力能源(如瑞士solar impulseΠ环球飞行)。中国小型私人飞机以前因技术、价格、机场、机库、政策等因素，仅被少数人接受。目前互联网全球化导致经济全球化，又值我国进入世贸组织十五年关税减免，全球公平竞争与技术共享的环境已渐成熟，区域技术壁皇和地方价格保护将被淘汰，产品应用的关键转至政策、机场、机库及运输问题的解决。近年，我国实施开放低空的红利政策，民航和通航有望成为中国经济新增长点，而我国耕地资源缺乏，公路及城建已占用大量耕地，数以几十万计的通航机场和机库占地是个问题，将是限制人民自驾飞行的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术提供一种前后双桨双翼可变形飞机总体设计，解决的问题及目的如下: (I)传统低速重载单翼机面临翼展大、刚度弱、单翼重、气动弹性大、机身横截面大及可靠性弱问题，而传统上下双翼飞机机身截面大、上下结构笨重、受光面少，传统飞机平尾或鸭翼面积小，不利低速操纵性，前后双翼可解决这些问题。(2)传统单翼或双翼飞机不易变形，翼展横向尺寸及滚动惯量不变，强制变速巡航容易导致气动效率明显下降，且因翼展大，不利于存储和搬运，机翼可变形以解决这些问题。(3)机头机尾采用一对前后反桨驱动，螺旋桨转轴为机身中轴线，动力系统置于机身内部。一对反桨共轴避免传统机翼短舱动力飞机的翼根应力集中，保证机翼上下表面气流为层流，又避免了传统单桨飞机由于单桨旋转导致的飞机滚转力矩。(4)通常飞机航空电子系统消耗动力能源，尤其电动飞机常动力不足，减重的同时，航空电子系统常增加独立电源。即便如此，仍存在航空电子系统能源隐患，本专利技术采用光伏充电+独立电源解决这个问题。(5)本专利技术一方面要轻质高强度刚度整机结构，另一方面要太阳能为系统电源充电，通过光伏组件蒙皮与蜂窝复材层压的工艺实现该结构与功能。本专利技术的技术方案如下: (I)本专利技术设计了前后双翼、双桨和左右双垂尾的总体布局。如图1，前翼1、后翼2构成前后双翼，双垂尾及其前部短舱将后翼分为后外翼和内翼身融合段两部分，垂尾短舱又与内翼身融合段连为一体，外翼折叠执行机构及两后起落架铰链位于垂尾短舱内部，机身前后双螺旋桨5，四水平舵4和双垂尾后部方向舵3总体气动布局。飞行时，前翼I和后翼2处于全面展开状态，双翼面适用于低速重载巡航。地面时，如图2，前翼I和后翼2处于完全收回状态，缩小飞机翼展和滚动惯量。该前后双翼机身截面小，整机风阻小，双翼大翼面提高升力，尤其适合喷洒、载人等低速大载荷作业，且前后双翼可无平尾或鸭翼，双翼具有更大纵向操纵面，提高低速飞行纵向操纵性和安全性。(2)本专利技术采用前后翼可变形，根据需要调整横向尺寸和飞机滚转惯量。一方面，飞行控制系统控制率根据电机动力、螺旋桨转速指令，自动调整机翼折叠和旋转执行机构，从而调整前翼I及后翼2的翼展及后掠角，进而调节整机气动效率，实时最佳升阻比，实现变速巡航效率最大化。另一方面，地面翼展完全收回也便于地面行驶、牵引、搬运和存储。(3)本专利技术动力系统没有采用左右双桨或四桨布局，而是最终采用机头机尾双桨驱动，如图1，前后一对螺旋桨5，箭头表示转向，这是一对电驱动反桨，整机扭矩大小相等方向相反相互抵消，同时产生对整机大小相等方向向前的拉力和推力，对此动力布局，内部动力系统采用两种方案:I)、动力系统置于机头和机尾舱内部，双电源+双电机的前后独立动力传动系统；2)、采用动力源置于中机身舱内部，单电源单电机的共轴双传动动力系统。无论哪种方案，动力重量和震动都位于机身内，相比机翼短舱动力情况，动力重量和震动更加靠近飞机中轴线，滚转稳定性好，翼身结合处应力集中更小，机翼刚度和强度要求更低，也不需要方向舵配平螺旋桨产生的自扭矩。(4)本专利技术主动力电源和航空电子系统电源均采用独立锂电二次电池，光伏实时为航空电子系统供电及为其二次电池充电。飞机起飞前，动力电池和航空电子系统电池起飞前充满，容量由全功率和续航时间确定。如图4，飞机上表面布置光伏组件蒙皮8，采用单晶硅或砷化镓高效组件(目前光电转换效率分别为单晶硅21%，单结砷化镓28%，多结砷化镓33%)，机身上表面整张为非一次曲面，整张模具成型，机翼上表面同理。对此，在光伏发电单元材料生长过程中，采用曲面衬底开始生长，实现曲面光伏发电单元，再采用热压罐，通过抽真空、加压、加热工艺制作翼身多层结构，最后整体层压成型。光伏蒙皮通过光伏控制器(MPPT)与航空电子系统二次电池并联，为航空电子系统电池实时充当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
前后双桨双翼可变形总体设计，前后双翼利于大升力和操纵力，对比同升力单翼，该双翼横向尺寸更加紧凑，强度刚度更好，抗干扰能力强，尤其适合低速重载飞行，对比同升力上下双翼，该前后双翼的纵向稳定性及操纵性更好，且前后双翼为光伏铺设提供更大受光面积，利于光照发电。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杨汉波，
类型：发明
国别省市：天津;12
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