一种可垂直起降的变结构飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种可垂直起降的变结构飞行器。包括飞行器本体，所述飞行器本体包括推进装置和变结构机构；主要通过变结构机构实现在垂直起降和平飞模式切换中改变发动机推力作用点和方向的一种矢量推进技术。变结构机构一端和飞机连接，另一端和发动机连接。垂直起降时，变结构机构展开，发动机推力垂直向上；平飞时，变结构机构收起，发动机推力水平向前。变结构过程中发动机推力始终保持平行。本发明专利技术具有灵活的垂直起降和大航程飞行能力，给出了本发明专利技术的飞行控制原理。具有结构简单，稳定性好，气动效率高，能源效率高，气动噪声低，隐身性能好，变结构过程中不改变飞机姿态，舒适性好。

【技术实现步骤摘要】
一种可垂直起降的变结构飞行器
本专利技术属于飞行器
，特别是涉及一种可垂直起降的变结构飞行器。
技术介绍
随着科学技术的进步，人们对飞机的性能和飞行体验提出了新的要求。固定翼飞机虽然具有长距离飞行的能力，且飞行速度快，但是在起降时需要较长的专用跑道，无法在空中悬停；直升飞机具有垂直起降能力，但飞行速度较低，重力主要依靠燃油驱动的旋翼提供的升力来克服，消耗相同的燃料，航程较同级别固定翼飞机小很多。因此，设计一种既能像直升机那样可以在狭小的空间内实现垂直起降、空中悬停，又能像固定翼飞机那样具备大航程飞行能力的一种：可垂直起降、机动性能好、具有大航程能力、能够在空中定点悬停实现侦查等任务、稳定性高、效率高、考虑载人和无人的飞机都具备良好体验的飞行器，一直是人们美好的愿景。历代人们为实现这个愿望做出了很多的努力。上世纪40年代，由美国贝尔公司率先进行研制，第一架XV-3型倾转翼机于1955年试飞，完成垂直起降阶段试验，后发现该样机存在气弹稳定性问题，直到1989年研制的V22军用倾转旋翼机，成功试飞。随后1993年倾转旋翼无人机的计划被提出来，第一架倾转旋翼无人机于1998年完成试飞，并在随后完成陆海基飞行试验，被命名为鱼鹰。这种飞机是在固定翼飞机的基础上在机翼两端各设置一台可旋转旋翼发动机。垂直起降时，旋翼平面水平，推力向上，平飞阶段，倾转旋翼，获得向前的推力。鱼鹰的成功加速了倾转旋翼机的发展，但后来V22接连发生事故，倾转旋翼机在欧洲的研制进度一度放缓。这主要是因为双旋翼飞机在纵向稳定性差的缘故，本专利技术可以有效的避免以鱼鹰为代表的倾转旋翼机纵向不稳定的缺陷。面临飞行事故和技术困难，贝尔公司并没有停止倾转旋翼机的研制。倾转旋翼机研制的成功是飞行器历史上的一次飞跃，但是它的安全性自面世以来就饱受质疑。为了提高倾转旋翼机的纵向稳定性，同时增加载重量，倾转四旋翼飞行器的计划被提出。倾转四旋翼飞行器的设想最早由贝尔公司研究人员于1979年提出。它采用两对机翼，每对机翼两侧各装有一只螺旋桨，这不仅增加了垂直起降时的载重能力，同时也使水平飞行时的推力大大增加。为了解决气弹稳定性问题，千叶大学提出机翼和旋翼一起旋转的方案，但是倾转四旋翼方案依然存在致命的缺陷。由于倾转四旋翼方案采用在平飞时同侧螺旋桨一前一后分布，这样前螺旋桨推动空气产生的滑流，会对后螺旋桨以及机翼造成干扰，使得气动力学模型变得复杂，诱导系统不稳定。后排螺旋桨的效率会大大降低。以及螺旋桨位于机翼的末端，这种布局使得这种方案无法使用较大翼展的飞机上。本专利技术可以很好的克服倾转四旋翼方案的诸多不足。美国F35B和英国“鹞”式垂直起降战斗机使用矢量推进技术实现垂直起降，这种方案对发动机要求极高，机械结构也非常复杂，机身前排升力风扇在平飞时不提供推力，增加机身的自重。受机身宽度的限制飞机横向的平衡力矩较小，稳定性差。本专利技术布局简单，机械结构不复杂，具有很多好的横向纵向稳定性。综上所述，可以将现有的垂直起降飞行器方案和存在的问题作如下的总结：1、鱼鹰V-22为代表的倾转翼方案存在纵向稳定性较差的缺陷。2、倾转四旋翼方案存在前螺旋桨产生的滑流对后螺旋桨及机翼造成干扰，诱导系统不稳定，同时后螺旋桨的效率会大大降低等缺点。3、F35B为代表的矢量推进加升力风扇方案存在复杂的机械结构和较差的横向稳定性，发动机过于昂贵复杂难以在小型或民用无人机上部署等缺陷。4、四旋翼和固定翼飞机简单相叠加的方案，没有综合考虑气动布局，气动效率低下，且在平飞阶段四旋翼部分不提供动力，额外增加了飞机的负载，效率低下等缺陷，且不可能用于大型飞机。为了解决以上问题，垂直起降飞行器面临一个巨大的挑战，世界范围内没有找到一种令人满意的垂直起降方案。对现有技术进行分析，受到动物界的启发，本专利技术提出了一种变结构垂直起降飞行器，有效的解决了现在技术的诸多缺陷，为垂直起降飞行器领域开辟了新领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可垂直起降的变结构飞行器，通过本专利技术的目的是解决现有公知技术的缺陷，公开了一种可垂直起降的变结构飞行器。该飞行器具有垂直起降和空中悬停，且具有较高的飞行速度，较大的航程。有效的解决了现有技术的诸多技术难题，具有良好的飞行稳定性、效率高、气动噪声低、隐身性能好。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为一种可垂直起降的变结构飞行器，包括飞行器本体，所述飞行器本体包括推进装置和变结构机构；所述变结构机构一端和飞行器本体连接，所述变结构机构另一端和推进装置连接；所述变结构机构通过改变推进装置推力相对于飞行器本体的作用点和方向实现飞行器在垂直起降和水平飞行的转换过程，所述转换过程为变结构飞行模式；其中，所述飞行器垂直起降时，变结构机构展开，发动机推力垂直向上，称为垂直起降模式；其中，所述飞行器水平飞行时，变结构机构收起，发动机推力水平向前，称为固定翼模式。飞行器本体包括机身，机翼，发动机，变结构机构，起落架。通过控制推进装置的推力和机翼上的副翼来控制飞行器本体的运动轨迹。所述的机身是飞行器本体的主体部分，具有较大的容量，可以安装固定机翼，安装、容纳相关设备或乘员。所述机翼安装在机身的两侧对称分布，左右机翼上各安装有气动舵面(副翼)可以用来改变飞行器本体的姿态。所述发动机是能够为飞行器本体提供飞行动力的装置，包括提供动力的电机(或热机)以及螺旋桨。所述变结构机构，一端和机翼或机身连接，另一端和发动机连接。在垂直起降和水平飞行的转换过程中，变结构结构可以改变发动机推力相对于飞机的作用点和方向。垂直起降时，变结构机构时发动机相离，发动机推力作用点呈对称分布几何图形，推力方向垂直向上；平飞时，变结构机构使发动机相聚，发动机推力作用点近似在平行于机翼的直线上，推力方向水平向前。变结构机构连接在机翼上，并且绕连接点旋转使发动机推力作用点从一点移动到另一点，同时推力方向相应改变。变结构机构包括：电机、齿轮组、轴、齿轮箱、发动机固定件、固定基座。变结构机构分前后两种，每种机构均由两组齿轮组构成组合行星轮系，前变结构机构两组齿轮传动比为1:2和1:1；后变结构结构两组齿轮传动比为3：2和1：1。电机自带减速装置，电机输出轴直接带动齿轮箱运动，当电机输出转动180度，发动机固定件相对与齿轮箱转动角度为：前变结构结构为90°，后变结构机构为270°。所述起落架用于飞机起落过程在地面滑行支撑作用。本专利技术公开的可垂直起降变结构飞行器方案，可以有多种实现方案，包括固定翼飞机有垂尾和无垂尾方案，无垂尾即飞翼布局的方案；可以通过三发动机布局、四发动机布局、八大动机布局、十二发动机布局依次类推。最小特征集是四发动机和三发动机布局。本专利技术的工作原理：本新型飞行器通过三种运动模式来实现垂直起降和大航程平飞的目的。分别是垂直起降模式、变结构飞行模式又称过渡飞行模式、固定翼模式。下面以四发动机布局方案来说明飞行原理：垂直起降时，飞行器通过变结构机构将悬挂在机翼下方的四个发动机展开对称分布于左右机翼的前后两边，使得发动机垂直向下推动空气，其中发动机1、3中螺旋桨逆时针旋转，2、4顺时针旋转，这样飞行器就进入垂直起降模式，控制四个发动机的推力大小，实现飞行器的姿态和位置控制。过渡飞行阶段，既飞行器通过变结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可垂直起降的变结构飞行器，包括飞行器本体，其特征在于：所述飞行器本体包括推进装置和变结构机构；所述变结构机构一端和飞行器本体连接，所述变结构机构另一端和推进装置连接；所述变结构机构通过改变推进装置推力相对于飞行器本体的作用点和方向实现飞行器在垂直起降和水平飞行的转换过程；所述转换过程为变结构飞行模式；其中，所述飞行器垂直起降时，变结构机构展开，发动机推力垂直向上，称为垂直起降模式；其中，所述飞行器水平飞行时，变结构机构收起，发动机推力水平向前，称为固定翼模式；通过控制推进装置的推力和机翼上的副翼来控制飞行器本体的运动轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种可垂直起降的变结构飞行器，包括飞行器本体，其特征在于：所述飞行器本体包括推进装置和变结构机构；所述变结构机构一端和飞行器本体连接，所述变结构机构另一端和推进装置连接；所述变结构机构通过改变推进装置推力相对于飞行器本体的作用点和方向实现飞行器在垂直起降和水平飞行的转换过程；所述转换过程为变结构飞行模式；其中，所述飞行器垂直起降时，变结构机构展开，发动机推力垂直向上，称为垂直起降模式；其中，所述飞行器水平飞行时，变结构机构收起，发动机推力水平向前，称为固定翼模式；通过控制推进装置的推力和机翼上的副翼来控制飞行器本体的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的变结构飞行器，其特征在于，所述推进装置是为飞行器提供飞行动力的装置，包括提供动力的电机或热机或螺旋桨。3.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的变结构飞行器，其特征在于，所述变结构机构和发动机为一一对应的一组，每组的数量为不小于三个的任意个；所述的组的数量为三组或四组或八组或十二组。4.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的变结构飞行器，其特征在于，所述变结构机构连接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱迪，
申请(专利权)人：杨爱迪，
类型：发明
国别省市：安徽,34