CN105059525A - 一种小型垂直起降飞行器气动布局 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是涉及一种小型垂直起降飞行器气动布局，包括机身本体；所述机身本体上沿其自身的长度方向依次布设有前翼、主翼和尾翼；所述前翼和所述主翼的数量均为两片，所述尾翼的数量为四片；所述前翼与所述主翼相互垂直设置；所述机身本体上还设置有动力系统，用于提供小型垂直起降飞行器垂直起降的动力和水平飞行的推力；所述小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与所述机身本体的长度方向相一致。本发明大大提高了小型垂直起降飞行器水平飞行的速度，在完成各种动作时，具有响应速度快、可靠性高的特点，另外还便于使用维护。

Description

一种小型垂直起降飞行器气动布局

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是涉及一种小型垂直起降飞行器气动布局。

背景技术

目前能实现垂直起降的小型飞行器类型主要是直升机和多旋翼机。

直升机包括了单旋翼和双旋翼两种类型。单旋翼直升机是由发动机经传动装置驱动旋翼和尾桨，通过旋翼的旋转产生升力，通过尾桨的旋转克服旋翼旋转产生的不平衡力矩。

双旋翼直升机又分为共轴双旋翼直升机和分轴双旋翼直升机。共轴双旋翼直升机即两组旋翼相对同一轴心旋转从而产生升力，但转向相反以抵消彼此旋转产生的不平衡力矩。分轴双旋翼直升机即两组旋翼分开，绕各自的旋翼轴旋转。分轴双旋翼直升机根据两根旋翼轴的相对位置还可分为纵列双旋翼直升机和并列双旋翼直升机，但基本原理都是通过旋翼按相反的转向旋转，一方面产生升力，一方面克服彼此产生的不平衡力矩。

多旋翼机的基本原理与直升机相同，区别在于绝大多数多旋翼机由电机直接驱动螺旋桨，而且只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。

直升机和多旋翼机均能实现垂直起降，但起飞后受限于工作原理和气动布局，两者水平飞行的速度都很慢。直升机的水平飞行的原理是调整旋翼使之向前倾斜，这样旋翼产生的升力就会在前进方向产生分力，使直升机前进，由于旋翼产生的升力一部分用来提供水平飞行的动力，因此大大限制了其水平飞行的速度。多旋翼机的水平飞行的原理与直升机的水平飞行的原理相同。此外，直升机和多旋翼机的传动装置均非常复杂，可靠性较低，对使用维护的要求较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型垂直起降飞行器气动布局，以解决现有技术中存在的小型垂直起降飞行器的飞行速度慢的问题技术问题。

基于上述目的，本发明提供了一种小型垂直起降飞行器气动布局，包括机身本体；所述机身本体上沿其自身的长度方向依次布设有前翼、主翼和尾翼；所述前翼和所述主翼的数量均为两片，所述尾翼的数量为四片；所述前翼与所述主翼相互垂直设置；所述机身本体上还设置有动力系统，用于提供小型垂直起降飞行器垂直起降的动力和水平飞行的推力；所述小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与所述机身本体的长度方向相一致。

进一步地，所述动力系统包括两个螺旋桨；两个所述螺旋桨的旋转方向相反。

进一步地，所述机身本体包括前机身和后机身；两片所述前翼和两片所述主翼均设置在所述前机身上；四片所述尾翼和所述动力系统设置在所述后机身上。

进一步地，所述尾翼能够相对于所述机身本体进行摆动，以调整所述机身本体的飞行姿态。

进一步地，所述前机身呈长方体状。

进一步地，所述后机身呈圆柱状。

进一步地，四片所述尾翼两两对称分布在所述后机身的周向。

进一步地，相邻两个所述尾翼之间的夹角为45°；所述尾翼与所述主翼之间的夹角为45°。

进一步地，还包括发射支架；所述机身本体垂直设置在所述发射支架上。

进一步地，所述发射支架包括底座和发射筒，所述发射筒与所述底座固定连接；所述机身本体插装在所述发射筒中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的小型垂直起降飞行器气动布局，包括机身本体；机身本体上沿其自身的长度方向依次布设有前翼、主翼和尾翼；前翼和主翼的数量均为两片，尾翼的数量为四片；前翼与主翼相互垂直设置；机身本体上还设置有动力系统，用于提供小型垂直起降飞行器垂直起降的动力和水平飞行的推力；小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与机身本体的长度方向相一致。在飞行器垂直起飞后，当飞行器的速度和高度到达时一定值时，通过调整尾翼使机身本体倾斜，从而使得机身本体的长度方向与水平方向平行，实现水平飞行；由于小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与机身本体的长度方向相一致，当水平飞行时，主翼提供了飞行器的升力，而动力系统提供的力则全部用来提供水平飞行的推力，使飞行器水平向飞行，因此，本发明大大提高了小型垂直起降飞行器水平飞行的速度，在完成各种动作时，具有响应速度快、可靠性高的特点，另外还便于使用维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的小型垂直起降飞行器气动布局的轴测图(水平飞行状态)；

图2为本发明实施例中小型垂直起降飞行器气动布局的主视图；

图3为本发明实施例中小型垂直起降飞行器气动布局的右视图；

图4为本发明实施例中小型垂直起降飞行器气动布局的左视图；

图5为本发明实施例中发射支架的爆炸图；

图6为本发明实施例中发射支架的装配图；

图7为本发明实施例中小型垂直起降飞行器垂直起飞前的状态图；

图8为本发明实施例中小型垂直起降飞行器垂直起飞后的状态图。

附图标记：

101-前翼；102-主翼；103-尾翼；

104-前机身；105-后机身；106-螺旋桨；

107-发射筒；108-底座；109-支脚；110-开口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参见图1至图8所示，本发明实施例提供了一种小型垂直起降飞行器气动布局，包括机身本体；机身本体整体呈直线型；机身本体上沿其自身的长度方向依次布设有前翼101、主翼102和尾翼103；前翼101和主翼102的数量均为两片，尾翼103的数量为四片；前翼101与主翼102相互垂直设置；机身本体上还设置有动力系统，用于提供小型垂直起降飞行器垂直起降的动力和水平飞行的推力；小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与机身本体的长度方向相一致。在飞行器垂直起飞后，当飞行器的速度和高度到达时一定值时，通过调整尾翼103使机身本体倾斜，从而使得机身本体的长度方向与水平方向平行，实现水平飞行；由于小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与机身本体的长度方向相一致，当水平飞行时，主翼102提供了飞行器的升力，而动力系统提供的力则全部用来提供水平飞行的推力，使飞行器水平向飞行，因此，本发明大大提高了小型垂直起降飞行器水平飞行的速度，在完成各种动作时，具有响应速度快、可靠性高的特点，另外还便于使用维护。

本实施例中，机身本体包括前机身104和后机身105；前机身104与后机身105连接。具体的说，前机身104呈长方体状，前机身104的横截面为带圆角的矩形，也就是说，矩形的四个角为圆角，矩形的长边与主翼102垂直，矩形的短边与主翼102平行，这样设计一方面便于设备的安装，另一方面也能产生一定的横向力，有利于提高飞行器整体的横向机动能力；后机身105呈圆柱状。

本实施例中，两片前翼101和两片主翼102均设置在前机身104上；四片尾翼103和动力系统设置在后机身105上；动力系统设置在主翼102与尾翼103之间。

本实施例中，动力系统包括两个螺旋桨106，每个螺旋桨106通过电机进行驱动；两个螺旋桨106共轴线，另外，两个螺旋桨106的旋转方向相反。由于在飞行时，螺旋桨106的叶片的叶尖会形成切向的空气涡流，而空气涡流会造成一定的能量损失，通过在设计两个螺旋桨106，且它们的旋转方向相反，这样两个螺旋桨106的叶片转动时产生的空气涡流就会互相抵消，将空气涡流造成的能量损失降到最低，从而可以提高动力系统的能量利用率。另外，由于反作用力原理，当一个螺旋桨106转动时，空气会通过叶片会对电机产生一个角速度相反的力，即扭矩。这个力会造成飞行器沿着扭矩方向翻滚。设计两个旋转方向相反的螺旋桨106后，反向旋转的螺旋桨106的叶片产生的扭矩就可以相互抵消。从而有效地克服彼此旋转产生的不平衡力矩，大大增加了飞行器飞行时的稳定性。

本实施例中，主翼102的平面形状呈矩形；主翼102为下单翼，也就是说，主翼102安装在机身本体的下部。

本实施中，两片前翼101对称分布在机身本体上，具体的说，一片位于机身本体的上部，另一片位于机身本体的下部。

本实施例中，尾翼103能够相对于机身本体进行摆动，以调整机身本体的飞行姿态，也就是说，在飞行器垂直起飞后，当飞行器的速度和高度到达时一定值时，通过调整尾翼103的摆角能使机身本体倾斜，从而使得机身本体的长度方向与水平方向平行，实现水平飞行；另外在飞行器做各种运作时，通过调整尾翼103的摆角，可以使变换机身本体的倾斜状态。

本实施例中，四片尾翼103两两对称分布在后机身105的周向。具体的说，相邻两个尾翼103之间的夹角为45°，这样在各方向都能产生所需的机动过载，并且在各方向产生的法向力都具有快速的响应特性；尾翼103与主翼102之间的夹角为45°。通过这样设计，有利于通过尾翼103调整机身本体的飞行姿态。

参见图5和图6所示，本实施例中，小型垂直起降飞行器气动布局还包括发射支架；机身本体垂直设置在发射支架上，也就是说，当飞行器垂直起飞时，机身本体便会渐渐离开发射支架。本实施例优选的方案中，发射支架包括底座108和发射筒107，发射筒107与底座108固定连接；机身本体插装在发射筒107中。具体的说，底座108包括三个支脚109，三个支脚109的一端固定连接在一起；发射筒107固定在三个支脚109的连接点上；发射筒107上开设有四个开口110，四个开口110在发射筒107上的位置与四片尾翼103在后机身105上的位置相对应。

本实施例中小型垂直起降飞行器的工作原理为：

通过两个螺旋桨106的旋转，产生升力，使得飞行器渐渐离开发射支架，当飞行器的速度和高度到达时一定值时，通过调整尾翼103的摆角，并利用螺旋桨106的气流产生气动力，使机身本体倾斜，从而使得机身本体的长度方向与水平方向平行，转入水平飞行后，螺旋桨106提供推力，主翼102提供升力，实现水平飞行。飞行器的降落过程就是飞行器起飞的逆过程。

综上所述，本实施例中的小型垂直起降飞行器，当垂直起飞时，螺旋桨106提供升力，当水平飞行时，螺旋桨106提供的力全部用来提供水平飞行时的推力，而通过主翼102提供升力，从而提高了水平飞行的速度，在完成各种动作时，具有响应速度快、可靠性高的特点，另外还便于使用维护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，包括机身本体；所述机身本体上沿其自身的长度方向依次布设有前翼、主翼和尾翼；所述前翼和所述主翼的数量均为两片，所述尾翼的数量为四片；所述前翼与所述主翼相互垂直设置；所述机身本体上还设置有动力系统，用于提供小型垂直起降飞行器垂直起降的动力和水平飞行的推力；所述小型垂直起降飞行器垂直起降的方向与所述机身本体的长度方向相一致。

2.根据权利要求1所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述动力系统包括两个螺旋桨；两个所述螺旋桨的旋转方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述机身本体包括前机身和后机身；两片所述前翼和两片所述主翼均设置在所述前机身上；四片所述尾翼和所述动力系统设置在所述后机身上。

4.根据权利要求1或2所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述尾翼能够相对于所述机身本体进行摆动，以调整所述机身本体的飞行姿态。

5.根据权利要求3所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述前机身呈长方体状。

6.根据权利要求3所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述后机身呈圆柱状。

7.根据权利要求6所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，四片所述尾翼两两对称分布在所述后机身的周向。

8.根据权利要求7所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，相邻两个所述尾翼之间的夹角为45°；所述尾翼与所述主翼之间的夹角为45°。

9.根据权利要求1或2所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，还包括发射支架；所述机身本体垂直设置在所述发射支架上。

10.根据权利要求9所述的小型垂直起降飞行器气动布局，其特征在于，所述发射支架包括底座和发射筒，所述发射筒与所述底座固定连接；所述机身本体插装在所述发射筒中。