双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法，双射流装置将动力装置产生的气流分为直匀流和环量流两组射流从机翼前方喷向机翼，直匀流和环量流流经机翼上凸翼面时与机翼及流体惯性、流体粘性的共同作用阻隔大气压而在机翼上凸翼面生成低压区，使本飞行器固定翼在静止时就可产生设定的气动升力来平衡重力，再通过调整后缘襟翼或飞机俯仰角来实现水平方向力平衡，依靠固定翼就可实现高效垂直起降、悬停、平飞、爬升、转向等机动。本飞行器功率载荷极大、效率高、航程远、安全性高，既能实现从低空到高空的全域飞行，又能实现从高速到低速甚至悬停的全速飞行。此外，双射流封闭循环流道多凸翼飞行器还能轻松飞向外太空并进行机动。并进行机动。并进行机动。

【技术实现步骤摘要】
双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种飞行器，尤其涉及一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法。

技术介绍

[0002]常见的飞行器有固定翼和旋翼两大类。固定翼飞机载重大、速度快、航程远、升限高，但不能垂直起降，需专用大型机场滑跑到一定速度才能起飞，甚至速度稍低就会导致升力不够而发生失速事故，更不能在空中悬停，使用范围受限，目前仅活跃在较远城市间的运输。
[0003]旋翼飞机能垂直起降，无需专用大型机场，能在空中悬停，但载重较小、速度较慢、航程较短、升限较低、操作复杂、噪声大，安全性差，使用范围也严重受限，目前仅活跃在军用、应急、抢险、特殊、边缘等领域的运输。
[0004]目前，有部分复合翼飞机以在固定翼飞机基础上叠加旋翼或升力风扇的方式，努力将固定翼飞机和旋翼飞机融合，该类融合固定翼飞机的代表为F35B飞机、直升无人机、飞行汽车以及曾经出现过的直升客机，它们的垂直起降模式载重少，噪音大。该技术仅能在超轻型的固定翼飞机、飞行汽车、无人机上应用，但增加冗余、结构复杂、载荷低、安全性也差。
[0005]还有部分倾转翼飞机以在固定翼飞机基础上通过倾转旋翼的方式，努力将固定翼飞机和旋翼飞机融合。它们的垂直起降模式载重也较少，航速较慢、航程较短、噪音大，起降—平飞转换时气动变化大，结构、飞控复杂，不安全，导致该技术也仅能在轻型的固定翼飞机、电动直升固定翼飞机、无人机上有所应用，一直没能在民用领域广泛应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法，其功率载荷极大，具有载重大、航程远、升限高、噪声小、操作方便等优点，特别是能靠固定翼气动升力实现高效垂直起降和悬停。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种双射流固定翼垂直起降飞行器，由机翼、机身、起落装置、操纵系统和动力装置组成，其特征在于，还包括双射流装置，所述双射流装置安装在所述机翼的前方，所述双射流装置将所述动力装置产生的气流分为两组射流从所述机翼前方喷向机翼；所述两组射流中的一组射流从机翼前上方喷向机翼的上凸翼面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较小，称为直匀流，另一组射流从机翼前下方喷向机翼的前凸面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较大，称为环量流，所述环量流在直匀流、机翼、流体惯性及流体粘性的共同作用下环绕机翼凸面流动；所述直匀流和环量流两组射流中的每一组射流可由一个或多个射流构成，每个射流的初始流向与机翼翼弦之间的夹角可不同，流速也可不同。
[0008]根据库塔
‑
儒科夫斯基定理F
升
＝ρν
直
ν
环
S，所述双射流装置将直匀流和环量流高速喷向机翼上凸翼面时与机翼及流体惯性、流体粘性的共同作用阻隔大气压而在机翼的上凸
翼面生成低压区，从而在机翼上产生设定的气动升力F
升
。
[0009]本专利技术还提供一种双射流固定翼垂直起降翼身融合飞行器，其特征在于将机翼与机身融合一体；设置在机身顶部的机翼提供升力，设置在机身两侧的机翼提供滚转、偏航、转向及平移机动的动力，可将多凸翼设置在机身尾端，以提供减速和倒退机动的动力。
[0010]其中，所述机翼为传统单凸翼、多凸翼、飞翼布局机翼中的任意一种或组合；所述传统单凸翼是机翼上表面只有一个凸起曲面的常规翼型，上表面沿气流方向有多个凸曲面的机翼称为多凸翼。
[0011]其中，所述直匀流与所述机翼翼弦之间的初始夹角θ较小，在
±
40
°
范围内，进一步推荐初始角θ为
±
20
°
，与机翼翼弦之间的初始夹角θ相对翼弦上偏定义为负角度，相对翼弦下偏定义为正角度；所述环量流与所述机翼翼弦之间的初始夹角α较大，在下偏0～120
°
范围内，进一步推荐初始角α为下偏20
°
～70
°
；所述直匀流和环量流可由一个或多个射流构成，每个射流的初始流向与机翼翼弦之间的夹角可不同，流速也可不同。
[0012]其中，所述多凸翼的上表面沿气流方向有多个上凸翼面首尾相接，可在多凸翼相邻的两上凸翼面间安装双射流装置或导流体产生直匀流和环量流两组射流喷向其后边的上凸翼面，直匀流和环量流流过多凸翼的上凸翼面时将阻隔大气压而在上凸翼面生成对应的多个低压区，从而在多凸翼上产生对应的多个气动升力区，从而使短翼展的多凸翼升力可以超过大翼展的传统单凸翼升力，缩短飞行器横向尺寸。
[0013]其中，所述多凸翼两侧可安装翼刀，防止旁边的高压区空气流到多凸翼上方的低压区来，形成流道多凸翼。
[0014]其中，所述流道多凸翼两侧的翼刀上方可加装隔板隔离外界气流影响，形成仅有前端和后端开口的半封闭流道多凸翼。
[0015]其中，所述流道多凸翼和半封闭流道多凸翼受外界气流影响小，将有更高的气动效率，产生更大的升力。
[0016]其中，所述导流体为流线型形状，以一定角度安装在多凸翼相邻的两上凸曲面间，将气流分为上下两组，上组气流形成直匀流，下组气流经与多凸翼的前凸面共同作用形成环量流，直匀流和环量流流过多凸翼的上凸翼面时将阻隔大气压而在上凸翼面生成对应的多个低压区。
[0017]其中，所述多凸翼机翼为循环多凸翼，所述循环多凸翼的上表面沿气流方向有多个上凸翼面首尾相接形成环盘状循环体；所述循环多凸翼两侧可安装翼刀，防止旁边的高压区空气流到循环多凸翼上方的低压区来，形成仅有顶部开口的半封闭循环流道多凸翼。所述半封闭循环流道多凸翼两侧翼刀的上方可加装隔板隔离外界气流影响，形成封闭循环流道多凸翼。
[0018]其中，可在所述循环多凸翼相邻的两上凸翼面间安装双射流装置或导流体来产生直匀流和环量流两组射流喷向其后边的上凸翼面，直匀流和环量流流过循环多凸翼的上凸翼面时将阻隔流道上部压强而在上凸翼面处生成对应的多个低压区，从而在多凸翼上产生对应的多个气动升力区，产生对应的多个气动升力；气流在所述循环多凸翼的循环流道内反复循环流动，气流流经双射流装置后被加速喷射向后边的上凸翼面，在所述循环流道内循环流动一圈后又回到所述的同一个双射流装置，然后气流再次被该双射流装置加速喷射向后边的上凸翼面，如此反复循环，最大限度地把流体动能转化为了升力，提供持续推动
力。
[0019]其中，可以通过调整循环多凸翼不同区域的升力大小来给飞行器提供转向、俯仰、偏航、滚转、平移等机动力，也可通过调整飞行器配置的多个循环多凸翼的升力大小及方向来给飞行器提供转向、俯仰、偏航、滚转、平移等机动力。
[0020]其中，所述封闭循环流道多凸翼中的气流可替换为液体流或气液混合流。
[0021]其中，安装所述封闭循环流道多凸翼的双射流固定翼垂直起降飞行器可以在大气层外的外太空飞行和机动。
[0022]其中，所述双射流装置可由涵道、喷口构成，所述喷口包含直匀流喷口和环量流喷口，所述直匀流喷口为喷射直匀射流的喷口，所述环量流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双射流固定翼垂直起降飞行器，由机翼、机身、起落装置、操纵系统和动力装置组成，其特征在于，还包括双射流装置，所述双射流装置安装在所述机翼的前方，所述双射流装置将所述动力装置产生的气流分为两组射流从所述机翼前方喷向机翼；所述两组射流中的一组射流从机翼前上方喷向机翼的上凸翼面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较小，称为直匀流，另一组射流从机翼前下方喷向机翼的前凸面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较大，称为环量流，所述环量流在直匀流、机翼、流体惯性及流体粘性的共同作用下环绕机翼凸面流动；所述直匀流和环量流两组射流中的每一组射流可由一个或多个射流构成，每个射流的初始流向与机翼翼弦之间的夹角可不同，流速也可不同；所述直匀流和环量流流经机翼上凸翼面时与机翼及流体惯性、流体粘性的共同作用阻隔大气压而在机翼的上凸翼面生成低压区，从而在机翼上产生设定的气动升力；所述机翼为传统单凸翼、多凸翼、飞翼布局机翼中的任意一种或组合；所述传统单凸翼是机翼上表面只有一个凸起曲面的常规翼型，上表面沿气流方向有多个凸曲面的机翼称为多凸翼。2.如权利要1所述的双射流固定翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述直匀流与所述机翼翼弦之间的初始夹角θ较小，在
±
40
°
范围内，进一步推荐初始角θ为
±
20
°
，与机翼翼弦之间的初始夹角θ相对翼弦上偏定义为负角度，相对翼弦下偏定义为正角度；所述环量流与所述机翼翼弦之间的初始夹角α较大，在下偏0～120
°
范围内，进一步推荐初始角α为下偏20
°
～70
°
；所述直匀流和环量流可由一个或多个射流构成，每个射流的初始流向与机翼翼弦之间的夹角可不同，流速也可不同。3.如权利要1所述的双射流固定翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述机翼为多凸翼，所述多凸翼的上表面沿气流方向有多个上凸翼面首尾相接，可在多凸翼相邻的两上凸翼面间安装双射流装置或导流体来产生直匀流和环量流两组射流喷向其后边的上凸翼面，直匀流和环量流流过多凸翼的上凸翼面时将阻隔大气压而在上凸翼面生成对应的多个低压区，从而在多凸翼上产生对应的多个气动升力区，从而使短翼展的多凸翼升力可以超过大翼展的传统单凸翼升力，缩短飞行器横向尺寸；所述多凸翼两侧可安装翼刀，防止旁边的高压区空气流到多凸翼上方的低压区来，形成流道多凸翼；所述流道多凸翼两侧的翼刀上方可加装隔板隔离外界气流影响，形成仅有前端和后端开口的半封闭流道多凸翼；所述流道多凸翼和半封闭流道多凸翼受外界气流影响小，将有更高的气动效率，产生更大的升力；所述导流体为流线型形状，以一定角度安装在多凸翼相邻的两上凸曲面间，将气流分为上下两组，上组气流形成直匀流，下组气流经与多凸翼的前凸面共同作用形成环量流，直匀流和环量流流过多凸翼的上凸翼面时将阻隔大气压而在上凸翼面生成对应的多个低压区。4.如权利要1所述的双射流固定翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述多凸翼机翼为循环多凸翼，所述循环多凸翼的上表面沿气流方向有多个上凸翼面首尾相接形成环盘状循环体；所述循环多凸翼两侧可安装翼刀，防止旁边的高压区空气流到循环多凸翼上方的低压
区来，形成仅有顶部开口的半封闭循环流道多凸翼；所述半封闭循环流道多凸翼两侧翼刀的上方可加装隔板隔离外界气流影响，形成封闭循环流道多凸翼；可在所述循环多凸翼相邻的两上凸翼面间安装双射流装置或导流体来产生直匀流和环量流两组射流喷向其后边的上凸翼面，直匀流和环量流流过循环多凸翼的上凸翼面时将阻隔流道上部压强而在上凸翼面处生成对应的多个低压区，从而在多凸翼上产生对应的多个气动升力区，产生对应的多个气动升力；气流在所述循环多凸翼的循环流道内反复循环流动，气流流经双射流装置后被加速喷射向后边的上凸翼面，在所述循环流道内循环流动一圈后又回到所述的同一个双射流装置，然后气流再次被该双射流装置加速喷射向后边的上凸翼面，如此反复循环，最大限度地把流体动能转化为了升力，提供持续推动力；可以通过调整循环多凸翼不同区域的升力大小来给飞行器提供转向、俯仰、偏航、滚转、平移等机动力，也可通过调整飞行器配置的多个循环多凸翼的升力大小及方向来给飞行器提供转向、俯仰、偏航、滚转、平移等机动力；所述封闭循环流道多凸翼中的气流可替换为液体流或气液混合流；安装所述封闭循环流道多凸翼的双射流固定翼垂直起降飞行器可以在大气层外的外太空飞行和机动。5.一种双射流固定翼垂直起降翼身融合飞行器，其特征在于将机翼与机身融合一体；设置在机身顶部的机翼提供升力，设置在机身两侧的机翼提供滚转、偏航、转向及平移机动的动力，可将多凸翼设置在机身尾端，以提供减速和倒退机动的动力。6.如权利要求1所述的双射流固定翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述双射流装置可由涵道、喷口构成，所述喷口包含直匀流喷口和环量流喷口，所述直匀流喷口为喷射直匀射流的喷口，所述环量流喷口为喷射环量射流的喷口；所述直匀流喷口和所述环量流喷口可共同连接在一个涵道上，也可连接在不同的独立涵道上；所述双射流装置的数量为一个或多个；所述双射流装置安装在机翼前方，与所述机翼固定连接或活动连接，将所述动力装置产生的气流通过所述涵道转移至机翼前方，并通过所述双射流装置的两组喷口分别将所述直匀流和环量流喷向机翼，通过操纵系统调整双射流装置与机翼的相对位置和相对射流方向，通过所述直匀流喷口和环量流喷口按飞控要求控制所述直匀流和环量流以规定的速度、方向及流量从机翼前方喷向机翼，以产生不同的升力，满足飞行要求；所述射流装置的喷口为固定喷口、变径喷口、矢量喷口中任意一种或组合，所述矢量喷口为二元矢量喷口、活页矢量喷口中任意一种或组合，所述喷口按飞控要求控制所述直匀流和环量流从机翼前方喷向机翼，以产生不同的升力，满足飞行要求；所述活页矢量喷口内的活页可单独控制，并可成不同...

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