可垂直起降的固定翼飞机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可垂直起降的固定翼飞机及其控制方法，所述固定翼飞机包括固定连接在机身上的前机翼和后机翼，还包括前动力装置和后动力装置，前动力装置以固定角度安装在前机翼上，后动力装置以固定角度安装在后机翼上，所述前机翼和后机翼的安装角均为20

【技术实现步骤摘要】
可垂直起降的固定翼飞机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及航空飞行器
，特别是涉及一种固定翼飞机，以及这种固定翼飞机实现垂直起降和巡航平飞的控制方法。

技术介绍

[0002]固定翼飞机具有飞行速度快、载重量大等优点，但不能垂直起降和悬停，在起飞和降落时需要有专门的滑跑跑道，这样就限制了固定翼飞机的应用范围。
[0003]旋翼飞机则相反，虽然能够实现垂直起降和悬停，对场地要求低，但飞行速度较慢，航程短，载重量小。
[0004]结合上述两种飞机的优点，能够实现垂直起降的固定翼飞机也已经出现。实现的方式有以下几种：
[0005]一、设置两套独立的动力装置，一套动力装置用于垂直起降，一套动力装置用于向前推进。比如中国专利CN211893638U公开了一种分布式动力水上垂直起降飞行器，包括若干旋翼动力装置和若干分布式动力装置，分别用于垂直起降和水平飞行。
[0006]但这种方案将两个独立的体系简单粗暴地叠加在一起，会产生严重的复杂性和不稳定性，架构上的复杂性还会带来操纵控制上的较大风险。在巡航平飞阶段，用于垂直起降的动力装置完全处于闲置、甚至形成飞行阻力的状态。而且制造成本增加，运营经济效益低，性价比不佳。
[0007]二、通过动力装置的倾转，来实现垂直起降和水平推进的转换。比如中国专利申请CN112744352A公开了一种分布式倾转多旋翼飞行器及飞行控制方法，在主机翼和副机翼上安装分布式倾转动力系统，通过多旋翼的倾转，实现垂直起降和高速巡航等模式的控制。CN213354833U则公开了一种倾转垂直起降固定翼飞行器，在机翼的前后缘均安装螺旋桨，通过调节机翼的角度来改变螺旋桨的方向。中国专利申请CN112340013A公开的一种可倾转涵道的固定翼飞机、CN112896500A公开的一种四涵道倾转布局的飞行器均采用可倾转的涵道动力装置。
[0008]但在这几种方案中，不管是旋翼的倾转、机翼的倾转还是涵道的倾转，都会增加动力系统的复杂性和飞行控制难度，故障率高，大大降低飞机的可靠性和飞行的安全性。
[0009]另外，固定翼飞机的机翼安装角一般都比较小，机翼安装角是指机翼安装在机身上时翼根处的翼剖面弦线与机身纵轴线之间的夹角，一般民航客机的安装角为4
°
左右。如果安装角过大，飞机在滑行起飞时会因为迎角过大造成阻力过大而无法起飞。在飞行过程中，会因迎角过大而无法获得足够的升力，如果飞机飞行时的迎角大于临界迎角，可能会造成飞机失速。常见固定翼飞机的临界迎角一般不超过18度，并且由于巡航平飞时都要保持机身水平，因此传统固定翼飞机的机翼安装角都远远小于18度。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是提供一种可靠性、安全性及经济性更高的可垂直起降
的固定翼飞机，以克服现有技术的上述缺陷。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种可垂直起降的固定翼飞机，包括固定连接在机身上的前机翼和后机翼，还包括前动力装置和后动力装置，前动力装置以固定角度安装在前机翼上，后动力装置以固定角度安装在后机翼上，所述前机翼和后机翼的安装角均为20
‑
60度，前动力装置和后动力装置的轴线与机身纵轴线之间的夹角均为20
‑
60度。
[0012]优选地，所述前机翼固定连接在机身前部的左右两侧，所述后机翼固定连接在机身后部的左右两侧，位于前机翼前方的机身内腔形成机头舱，位于前机翼和后机翼之间的机身内腔形成机腹舱，位于后机翼后方的机身内腔形成机尾舱。
[0013]优选地，所述机尾舱的长度小于机头舱的长度。
[0014]优选地，所述前机翼固定连接在机身前端并向左右两侧延伸，所述后机翼固定连接在机身后端并向左右两侧延伸，前机翼、后机翼与机身连接成工字形。
[0015]优选地，在前、后机翼后缘靠近翼尖的部位均设置有副翼，在前、后机翼的翼尖设有翼尖小翼。
[0016]优选地，所述前动力装置安装在前机翼的前缘、后缘、上面或下面；所述后动力装置安装在后机翼的前缘、后缘、上面或下面。
[0017]优选地，所述前动力装置、后动力装置为由活塞发动机、转子发动机、涡轮发动机或电机驱动的螺旋桨，或为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涵道风扇发动机。
[0018]本专利技术还提供一种上述固定翼飞机的控制方法，在飞机起飞时，先启动前动力装置，前动力装置产生的动力具有竖直向上的分力，使机头先脱离地面向上翘起；随着机身的倾斜，前动力装置和后动力装置的轴线也逐渐向竖直方向偏转，前动力装置的动力在竖直向上的分力逐渐增大；当前动力装置和后动力装置的轴线均朝向或接近于朝向竖直方向时，后动力装置也启动，机尾也脱离地面，前动力装置和后动力装置同时产生向上的动力，使飞机垂直升空到预定高度，并可实现悬停。
[0019]在飞机升空后，准备巡航平飞时，使前动力装置产生的动力小于后动力装置，机头逐渐向下倾斜，前动力装置和后动力装置的轴线也逐渐向水平方向偏转，前动力装置和后动力装置的动力在水平方向上的分力逐渐增大，飞机产生水平方向的运动，而前后机翼上则产生向上的气动升力；当前动力装置和后动力装置的轴线变为水平或接近水平时，前动力装置和后动力装置为飞机巡航平飞提供动力，前后机翼上产生的气动升力将飞机维持在预定高度。
[0020]在飞机准备降落时，使前动力装置产生的动力大于后动力装置，机头由向下倾斜逐渐变为向上倾斜，前动力装置和后动力装置的轴线也逐渐向竖直方向偏转，前动力装置和后动力装置的动力在竖直方向上的分力逐渐增大，飞机的速度下降，前后机翼上产生的气动升力也下降；当前动力装置和后动力装置的轴线变为竖直时，飞机呈悬停状态，然后前动力装置和后动力装置同步降低动力，飞机开始垂直降落，机尾先着地，后动力装置停止工作，前动力装置继续降低动力，直至机头也着地，完成降落。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术另辟蹊径，打破常规，创新性地提出了一种具有“突破型安装角”的固定翼飞机。所谓“突破型安装角”是指本专利技术中的机翼安装角为20
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60度，大大偏离了传统固定翼
飞机机翼安装角的可选范围。同时，本专利技术还提供了适用于上述“突破型安装角”的固定翼飞机的控制方法，通过对起飞阶段、巡航阶段和降落阶段的飞行控制，使本专利技术的固定翼飞机在飞行过程中不但可以避免因机翼安装角过大而造成的机翼迎角过大问题，而且可以实现垂直升降。
[0023]本专利技术在前后机翼上分别设置前后动力装置，且前后动力装置均以固定角度安装在前后机翼上，不设置轴线可倾转的动力装置，大大降低了飞机动力系统的复杂性和故障率，提高了可靠性和安全性。通过调整前后动力装置的动力或转速大小，倾转机身，控制调整机身姿态和机翼迎角，实现动力装置产生的升力和机翼产生的气动升力消长互补，保证了飞机总体升力连续、稳定，可实现垂直起降与巡航平飞的平滑过渡。
[0024]本专利技术固定翼飞机的整体结构高度简化和固化，飞控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可垂直起降的固定翼飞机，包括固定连接在机身上的前机翼和后机翼，其特征在于，还包括前动力装置和后动力装置，前动力装置以固定角度安装在前机翼上，后动力装置以固定角度安装在后机翼上，所述前机翼和后机翼的安装角均为20
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60度，前动力装置和后动力装置的轴线与机身纵轴线之间的夹角均为20
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60度。2.根据权利要求1所述的固定翼飞机，其特征在于，所述前机翼固定连接在机身前部的左右两侧，所述后机翼固定连接在机身后部的左右两侧，位于前机翼前方的机身内腔形成机头舱，位于前机翼和后机翼之间的机身内腔形成机腹舱，位于后机翼后方的机身内腔形成机尾舱。3.根据权利要求2所述的固定翼飞机，其特征在于，所述机尾舱的长度小于机头舱的长度。4.根据权利要求1所述的固定翼飞机，其特征在于，所述前机翼固定连接在机身前端并向左右两侧延伸，所述后机翼固定连接在机身后端并向左右两侧延伸，前机翼、后机翼与机身连接成工字形。5.根据权利要求1所述的固定翼飞机，其特征在于，在前、后机翼后缘靠近翼尖的部位均设置有副翼，在前、后机翼的翼尖设有翼尖小翼。6.根据权利要求1所述的固定翼飞机，其特征在于，所述前动力装置安装在前机翼的前缘、后缘、上面或下面；所述后动力装置安装在后机翼的前缘、后缘、上面或下面。7.根据权利要求1所述的固定翼飞机，其特征在于，所述前动力装置、后动力装置为由活塞发动机、转子发动机、涡轮发动机或电机驱动的螺旋桨，或为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涵道风扇发动机。8.一种权利要求1所述固定翼飞机的控...

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