CN101041380A - 倾斜翼飞机及其应用 - Google Patents

Abstract

倾斜翼飞机由机身及其部件、相对机身可以倾斜(摆动)的机翼——倾斜翼、固定在倾斜翼上的推进器和控制伺服装置所组成，它能够在保持通常飞机具有较大水平飞行速度特性的基础上，使飞机增加了垂直起降的功能，且气动力布局合理。倾斜翼飞机能够应用于各种商载飞行器、运动飞行器、科学实验飞行器，还能够应用于各种用途的无人驾驶倾斜翼飞机和倾斜翼飞机模型及其玩具，也能够作为其它相关用途。它特别适于支线飞机，在不发达地区不需要建设专用跑道，只需要一个中型汽车站(甚至一个篮球场)大小的空间就可以起降飞机，开通航线。这样，可以节省大量土地、投资资金和建设工期、降低运营成本。

Description

倾斜翼飞机及其应用

所属技术领域

倾斜翼飞机及其应用属于对垂直起降飞行器的改进及其应用。

背景技术

目前具有垂直起降功能的飞行器主要有直升机和直升飞机；通常的直升飞机有垂直/短距离起降飞机和倾斜旋翼飞机等。它们各有优缺点：

直升机具有机动灵活的特点，但是其水平飞行速度较慢；

垂直/短距离起降飞机通常应用于喷气战机，它对飞机动力的制造及其控制要求很高，对起降场地也有很高的要求，制造成本极高；

目前的倾斜旋翼飞机研制费用极高，事故率高，且气动力布局不合理。

发明内容

为了克服现有垂直起降飞行器的诸多不足之处，本发明提出了一种新型直升飞机——倾斜翼飞机，也可以称之为“倾斜机翼飞机”。

本发明由机身及其部件、相对机身可以倾斜(摆动)的机翼——倾斜翼、固定在倾斜翼上的推进器和控制伺服装置所组成。其中，机身及其部件包含了机舱体、水平翼、方向翼(舵)、起落架、舱内仪表和设备、乘坐设施等，倾斜翼也包括主翼和副翼。本发明能够在保持通常飞机具有较大水平飞行速度特性的基础上，使飞机增加了垂直起降的功能，且气动力布局合理。

本发明是这样实现的：

如图4所示，相对机身〔1〕可以倾斜的机翼〔2〕通过连杆〔6-2〕连接，由水平仪控制的液压件〔6-1〕调节连杆〔6-2〕的摆动角α；由飞行仪控制或飞行员手控液压件〔6-3〕调节倾斜翼和推进器的摆角β，从而决定飞行器的水平飞行方向和姿态。当机身处于水平状态，摆角β为0度时，本发明作水平向前飞行；摆角约为90度时，本发明作垂直起降和悬停状态；摆角大于90度时，本发明向后缓行；摆角β最大不宜大于120度。

如图6所示，由水平仪控制的液压件〔6-1〕调节连杆〔6-2〕的摆动角α的作用在于：当飞行器的前后重心偏后(位于W’)时，水平仪在飞行器垂直起降时控制液压件〔6-1〕将连杆〔6-2〕与倾斜翼〔2〕的连接点(也就是推进器对机体的提升点)调节至g’；当飞行器的前后重心偏前(位于W)时，水平仪在飞行器垂直起降时控制液压件〔6-1〕将连杆〔6-2〕与倾斜翼的连接点(推进器的提升点)调节至g点。这样，本发明解决了飞行器在垂直起降阶段的前后平衡问题。由于本发明在水平飞行阶段的倾斜翼的位置已经于现有飞机一样了(如图2、图3C、图4B、图5B所示)，所以水平飞行阶段仍然依靠机体上的水平翼控制平衡和飞行姿态。本发明也可以用滑块或滑槽的运动方式来调节提升点的位置。

本发明在垂直起降阶段的左右平衡是依靠陀螺仪辅助，调节左右推进器推力的差异来实现平衡；同时，可以通过飞行员的操作，调节左右推进器推力的差异来实现飞行器垂直起降时的左右位移。而水平飞行阶段也是与现有飞机一样，依靠机体上的方向舵(翼)和倾斜翼上的副翼控制平衡和飞行姿态。

本发明通常采用上置机翼的布局，并在机身顶部设置一个机翼契槽〔1-2〕，用于本发明作水平飞行时倾斜翼前端与机身的紧密结合，以保障飞行安全和减少空气阻力。通过液压件〔6-1〕和连杆〔6-2〕的作用，能够将倾斜翼〔2〕的前端向前嵌入契槽〔1-2〕中。即便当本发明垂直起飞重心在前时，倾斜翼〔2〕不能直接依靠液压件〔6-3〕调节β角将其前缘调制到契槽〔1-2〕的后面，则可以通过液压件〔6-1〕将连杆〔6-2〕后推，待倾斜翼能够到达进入契槽的位置后，再通过液压件〔6-1〕、〔6-3〕和连杆〔6-2〕联合调节将倾斜翼嵌入契槽。而这时的本发明已经具有相当的水平速度，其水平翼已经能够起到调节本发明前后水平的功能。而本发明在垂直降落之前也是通过液压件〔6-1〕、〔6-3〕和连杆〔6-2〕的联合调节，先将倾斜翼〔2〕退出契槽〔1-2〕，并通过水平仪将连杆〔6-2〕与倾斜翼的连接点调节至重心点，然后由飞行仪控制或飞行员手控液压件〔6-3〕调节倾斜翼和推进器的摆角β，使本发明垂直或短距离降落。但是，本发明推荐倾斜翼〔2〕前端嵌入契槽〔1-2〕时，连杆〔6-2〕或滑块与倾斜翼〔2〕的连接点为该点向前运动的前止点，这样，当本发明作水平飞行时倾斜翼(2)与机身(1)是紧密贴在一起的。

本发明在垂直起降过程中能够通过调节倾斜翼上的左右副翼〔2-2L〕和〔2-2R〕的摆角来实现本发明的左旋右转。

本发明的推进器推荐安置在机翼的中部(机翼在推进器的轴线侧向位置)，也可以如图8安置在机翼的上部或下部。本发明还可以在倾斜翼上对称布局多个推进器，以增加飞行器的运载能力。

综上所述，本发明的要点在于：倾斜机翼〔2〕相对机身〔1〕是可以倾斜(摆动)的，且推进器〔3〕固定在可倾斜的机翼〔2〕上。它与通常飞机的最大区别在于其机翼是可以摆动的；它与倾斜旋翼飞机的最大不同之处在于推进器是随着机翼的倾斜而倾斜的；它与直升机的最大区别在于其有机翼，且推进器是随机翼能够摆动，而机翼又可以固定。

本发明的有益效果是：在保持通常飞机具有较大水平飞行速度特性的基础上，使飞行器增加了垂直起降的功能，且气动力布局合理。

本发明气动力布局合理性的体现：如图8所示，图中的A、B、C分别为倾斜旋翼飞机在垂直起降状态A和水平飞行状态C及其过渡阶段B气流对机翼的作用示意；图中的A’、B’、C’分别为本发明在垂直起降状态A’和水平飞行状态C’及其过渡阶段B’气流对机翼的作用示意，图中的箭头→表示气流运动方向。可以从图中明显地看到：倾斜旋翼飞机在垂直起降状态和过渡阶段气流阻力很大，推进器与机翼之间相互损耗了很大的升力和能量；而本发明则没有这种损耗。

本发明特别适于支线飞机。在不发达地区不需要建设专用跑道，只需要一个中型汽车站(甚至一个篮球场)大小的空间就可以起降飞机，开通航线。这样，可以节省大量土地、投资资金和建设工期、降低运营成本。

本发明还特别适于科学实验和军事用途的无人机，它不需要专用的起降场地，几乎可以随时随地地起飞和回收。

附图说明

图1是本发明垂直起降时的三视图。

图2是本发明水平飞行时或降落后停放时的三视图。

图3是本发明垂直起降、水平飞行及其过渡的立体图；

图3A是本发明垂直起降时的立体图，

图3B是本发明垂直起降与水平飞行过渡时的立体图，

图3C是本发明水平飞行时的立体图，

图4是本发明倾斜翼工作位置及其液压伺服机构工作状态的剖视图；

图4A是本发明垂直起降(β角约90度)时，其倾斜翼工作位置及其液压伺服机构工作状态的剖视图，

图4B是本发明水平飞行(β角为0度)时，其倾斜翼工作位置(倾斜翼前端嵌入契槽)及其液压伺服机构工作状态的剖视图。

图5是本发明倾斜翼工作位置及其齿轮传动伺服机构工作状态剖视图；

图5A是本发明垂直起降(β角约90度)时，其倾斜翼工作位置及其齿轮传动伺服机构工作状态的剖视图，

图5B是本发明水平飞行(β角为0度)时，其倾斜翼工作位置(倾斜翼前端嵌入契槽)及其齿轮传动伺服机构工作状态的剖视图。

图6是本发明垂直起降时因重心位置不同，推进器的提升点的位置示意；

图6A是本发明重心相对偏后时，连杆与倾斜翼的连接点(也就是推进器对机体的提升点)的位置，

图6B是本发明重心相对偏前时，连杆与倾斜翼的连接点(推进器提升点)的位置，

图6C是本发明倾斜翼伺服机构的连杆摆角α与推进器提升点位置关系的示意。

图7是本发明采用不同推进器形式和安置位置的示意；

图7A是涡浆推进器置于机翼上部的示意，

图7B是涡扇推进器置于机翼下部的示意，

图7C是涡扇推进器置于机翼上部的示意。

图8是倾斜旋翼飞机于本发明气动力布局合理性的对比示意；

图8中的A、B、C分别为：倾斜旋翼飞机在垂直起降状态A和水平飞行状态C及其过渡阶段B气流对机翼的作用示意，

图8中的A’、B’、C’分别为：本发明在垂直起降状态A’和水平飞行状态C’及其过渡阶段B’气流对机翼的作用示意，

图8中的箭头→表示气流运动方向。

图9是本发明推进器安置在机翼的中部(机翼在推进器的轴线侧向位置)处于垂直起降状态的三视图。

附图中：

1是机身(机体)、1-2是契槽

2是倾斜翼(倾斜机翼)、2-2是副翼(倾斜机翼的副翼)

3是推进器

4是垂直尾翼(方向翼或方向舵)

5是水平尾翼(水平翼)

6是倾斜翼的伺服机构

6-1是连接机体1和连杆6-2的液压缸和液压杆

6-2是安置在机体1上并连接倾斜翼2的连杆(摆杆)

6-3是连接连杆6-2和倾斜翼2的液压缸和液压杆

6-1’是安置在机体上的伺服主动齿轮

6-2’是安置在机体上并连接倾斜翼的连杆(摆杆)及其连体的从动扇形齿轮

6-3’是安置在连杆6-2’上的伺服主动齿轮

6-4’是固定在倾斜翼2上的从动扇形齿轮

α是连杆的摆动角

β是倾斜翼与机体的倾斜角

W是相对连杆6-2与机体1连接点靠前的重心

W’是相对连杆6-2与机体1连接点靠后的重心

g是向对应重心W的提升点

g’是向对应重心w’的提升点

具体实施方式

在图9的实施例中，机身及其部件全部采用成熟型号的飞机技术，在此基础上采用倾斜翼上置，推进器中置；采用图4所示的液压伺服机构，倾斜翼摆角0度≤β≤110度可调。在飞行器垂直起降或悬停时，用水平仪控制机身的前后水平，用陀螺仪辅助控制机身的左右平衡。

本发明能够应用于各种商载飞行器、运动飞行器、科学实验飞行器，还能够应用于各种用途的无人驾驶倾斜翼飞机和倾斜翼飞机模型及其玩具，也能够作为其它相关用途。

以上仅仅是本发明的案例，不局限于此。

Claims (10)

1、倾斜翼飞机由机身及其部件、推进器、倾斜翼及其控制伺服装置所组成，其特征是：其机翼(倾斜翼)相对机身是可以倾斜(摆动)的，推进器固定在倾斜翼上，并且随倾斜翼一起摆动。

2、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：在飞行器垂直起降和悬停过程中，用水平仪控制并调整倾斜翼伺服装置的推进器提升点的方式来控制飞行器的前后平衡，伺服装置推荐采用液压连杆机构。

3、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：在飞行器垂直起降过程中，通过调节倾斜翼与机身的摆角来控制前后运动方向和速度。

4、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：在飞行器垂直起降和悬停过程中，通过陀螺仪辅助控制左右平衡。

5、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：在飞行器垂直起降和悬停过程中，通过调节左右推进器升力的差异控制侧向运动。

6、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：通过调节倾斜翼副翼的摆角控制垂直起降和悬停过程的左右旋转(转向)。

7、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：在机身的顶部置有契槽，在飞行器水平飞行或停放时作辅助固定倾斜翼之用；倾斜翼前端嵌入契槽时，连杆与倾斜翼的连接点为连杆机构向前运动的前止点。

8、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：推进器安置在机翼的中部(机翼在推进器的轴线侧向位置)。

9、如权利要求1所述的倾斜翼飞机，其特征在于：其倾斜机翼相对机身的倾斜角在0～110度范围内可调节，最大不超过120度。

10、如权利要求1所述的倾斜翼飞机能够应用于各种商载飞行器、运动飞行器、科学实验飞行器，还能够应用于各种用途的无人驾驶倾斜翼飞机和倾斜翼飞机模型及其玩具。

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