CN111498103A - 飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通工具，提供一种飞行器，所述飞行器包括：机身，所述机身的两侧分别设置有机翼；升降旋翼，所述升降旋翼能够转动地设置在所述机身上，所述升降旋翼能够进行总距调节，且能够调整所述升降旋翼的桨盘迎角；推进螺旋桨，所述推进螺旋桨分别设置在所述机翼上；所述飞行器能够分别以直升机悬停状态、复合直升机状态、复合自转旋翼机状态、固定翼巡航状态、自转旋翼机状态运行。本发明所述的飞行器，能够以多种飞行状态运行，从而可以满足垂直起降、高效巡航、高速飞行和安全等多方面需求，为用户提供更多出行选择，为地面交通减少压力。

Description

飞行器

技术领域

本发明涉及交通工具，特别涉及一种飞行器。

背景技术

随着经济快速发展，全球汽车保有量正在逐年迅速增加，尤其是中国近些年来汽车数量暴增，机动车保有量年增长率超过10％，而道路的年增长率保持在2～3个百分点，交通拥堵成为城市顽疾，其严重影响着人们的出行效率及生活品质。

未来自动驾驶、智能网联技术的普及将通过提高机动车载客率、减小机动车保有量的途径在一定程度上缓解交通拥堵，但地面道路的发展空间相对有限，而天空则是三维的，发展智能立体交通是解决未来出行的另一重要途径。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可垂直起降、高效巡航、高速、安全的飞行器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种飞行器，其中，所述飞行器包括：

机身，所述机身的两侧分别设置有机翼；

升降旋翼，所述升降旋翼能够转动地设置在所述机身上，所述升降旋翼能够进行总距调节，且能够调整所述升降旋翼的迎角；

推进螺旋桨，所述推进螺旋桨分别设置在所述机翼上；

所述飞行器能够分别以直升机悬停状态、复合直升机状态、复合自转旋翼机状态、固定翼巡航状态、自转旋翼机状态运行。

进一步的，在所述直升机悬停状态，所述升降旋翼以第一转速状态转动，所述桨盘保持水平以提供竖直方向的升力，根据所述升降旋翼产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨的总距以平衡实时反扭矩。

进一步的，在所述复合直升机状态，所述升降旋翼以第一转速状态转动，所述桨盘前倾以提供拉力，根据所述升降旋翼产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨的总距以平衡实时反扭矩，所述升降旋翼和所述机翼共同提供竖直方向的升力，所述升降旋翼提供的拉力在水平方向的分量和所述推进螺旋桨提供前进推力。

进一步的，在所述复合自转旋翼机状态，所述桨盘初步后倾，气流由下往上穿过桨盘以驱动所述升降旋翼自转，所述升降旋翼和所述机翼共同提供竖直方向的升力，随着前飞速度的增加，所述机翼提供的升力增加，通过减小所述升降旋翼总距和桨盘仰角，所述升降旋翼提供的升力减小，所述升降旋翼的转速减小。

进一步的，在所述固定翼巡航状态，所述升降旋翼的总距调整为零升总距，所述桨盘保持为水平或接近水平的状态，所述升降旋翼以最低转速转动，所述机翼提供竖直方向的全部升力，所述推进螺旋桨提供整机前进推力。

进一步的，在所述自转旋翼机状态，所述桨盘迎角增大以后倾，所述升降旋翼通过从下往上穿过桨盘的气流自转，所述推进螺旋桨转动以提供前进推力。

进一步的，所述飞行器能够以最大飞行速度状态运行，在所述最大飞行速度状态，所述升降旋翼以最低转速转动，所述桨盘保持在接近水平状态，并且所述桨盘的总距保持为零升总距，所述机身和所述机翼分别前倾。

进一步的，所述机身包括前部和后部，所述机翼和所述升降旋翼设置在所述前部上，所述后部上设置有尾翼，所述尾翼上设置有能够上下偏转的升降舵和能够左右偏转的方向舵。

进一步的，所述机翼的后侧设置有副翼，所述副翼通过沿所述机翼的长度方向的枢转轴可枢转地连接于所述机翼。

进一步的，所述机身的底部设置有起落架。

相对于现有技术，本发明所述的飞行器具有以下优势：

本发明所述的飞行器，能够以多种飞行状态运行，从而可以满足垂直起降、高效巡航、高速飞行和安全等多方面需求，为用户提供更多出行选择，为地面交通减少压力。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施方式所述的飞行器的立体图；

图2为本发明实施方式所述的直升机悬停状态的飞行器的结构示意图；

图3为本发明实施方式所述的复合直升机状态的飞行器的结构示意图；

图4为本发明实施方式所述的复合自转旋翼机状态的飞行器的结构示意图；

图5为本发明实施方式所述的固定翼巡航状态的飞行器的结构示意图；

图6为本发明实施方式所述的自转旋翼机状态的飞行器的结构示意图；

图7为本发明实施方式所述的最大飞行速度状态的飞行器的结构示意图。

附图标记说明：

10-机身，11-机翼，12-升降旋翼，13-尾翼，14-推进螺旋桨，15-起落架，16-副翼。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明提供了一种飞行器，其中，所述飞行器包括：

机身10，所述机身10的两侧分别设置有机翼11；

升降旋翼12，所述升降旋翼12能够转动地设置在所述机身10上，所述升降旋翼12能够进行总距调节，且能够调整所述升降旋翼12的桨盘迎角；

推进螺旋桨14，所述推进螺旋桨14分别设置在所述机翼11上，所述推进螺旋桨14的总距能够调节；

所述飞行器能够分别以直升机悬停状态、复合直升机状态、复合自转旋翼机状态、固定翼巡航状态、自转旋翼机状态运行。

如图1所示，机身10为飞行器的主体结构，其中设置有驾驶室，横向两侧连接有机翼11，顶部设置有升降旋翼12，升降旋翼12的中心轴线大致沿竖直方向延伸，升降旋翼12所在的旋转平面为桨盘，所述桨盘与水平面的夹角能够调节，即所述桨盘能够向各个方向倾斜，例如可以总通过现有的自动倾斜器装置，实现升降旋翼12桨盘平面的调整，特别地，桨盘迎角为桨盘与前进方向的夹角，调整桨盘迎角即调整桨盘前倾、后倾；机翼11上设置有推进螺旋桨14，其旋转轴大致沿前后方向延伸，可以提供前进推力。机身上可以设置电机和发动机，升降旋翼12可以由电机、发动机或二者共同驱动。如下所述，机身10的后部设置有尾翼13，尾翼13上设置有上下偏转的升降舵和可左右偏转的方向舵。

通过机翼11、升降旋翼12以及推进螺旋桨14的配合工作，可以使得所述飞行器在多种不同的飞行状态下运行，如图2-图6所示，包括直升机悬停状态、复合直升机状态、复合自转旋翼机状态、固定翼巡航状态、自转旋翼机状态运行。

具体的，在所述直升机悬停状态，所述升降旋翼12以第一转速状态转动，所述桨盘保持水平以提供竖直方向的升力，根据所述升降旋翼12产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨14的总距以平衡实时反扭矩。该状态为典型的直升机悬停状态，此时所述升降旋翼12总距较高，由电机或发动机或者由两者共同驱动来维持第一转速状态。所述总距，也称总距角度，为旋翼桨叶相对于旋转平面的夹角；所述第一转速，也称起飞转速或悬停转速，为整机起飞和悬停时的转速，转速相对较高，由整机大小和旋翼的综合参数决定，例如300转/分钟。升降旋翼12的桨盘保持水平，提供竖直方向的所有升力，通过调整左右推进螺旋桨14总距来平衡驱动所述升降旋翼12产生的反扭矩。此时整机的俯仰及滚转姿态控制通过调节桨盘迎角来实现，航向控制通过调节左右推进螺旋桨14的总距大小即推力大小来实现。

具体的，在所述复合直升机状态，所述升降旋翼12以第一转速状态转动，所述桨盘前倾以提供拉力，根据所述升降旋翼12产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨14的总距以平衡实时反扭矩，所述升降旋翼12和所述机翼11共同提供竖直方向的升力，所述升降旋翼12提供的拉力在水平方向的分量和所述推进螺旋桨14提供前进推力。该状态发生在所述飞行器初始加速飞行和进近至悬停前，即前飞速度较低的飞行阶段。此时，所述升降旋翼12仍然由电机或发动机或者由两者共同驱动来维持第一转速状态，所述桨盘前倾来提高升降旋翼12效率；通过调整左右推进螺旋桨14总距来平衡驱动所述升降旋翼12产生的反扭矩。此时所述升降旋翼12与所述机翼11共同提供竖直方向的升力，并随着前飞速度的增加，所述升降旋翼12逐渐被部分卸载。该状态下，所述升降旋翼12转速维持与悬停状态相同的第一转速状态，并通过调整总距来实现升降旋翼12拉力大小的调整。整机前进推力由升降旋翼12拉力在水平方向分量及所述推进螺旋桨14推力共同组成。此时整机的俯仰及滚转姿态控制主要通过调节桨盘迎角来实现，并随着前飞速度的增加，所述副翼16及所述升降舵提供部分姿态调整操控力矩；航向控制主要通过调节左右推进螺旋桨14总距大小来实现，并随着前飞速度的增加，所述方向舵提供部分航向操控力矩。

具体的，在所述复合自转旋翼机状态，所述桨盘初步后倾，气流由下往上穿过桨盘以驱动所述升降旋翼12自转，所述升降旋翼12和所述机翼11共同提供竖直方向的升力，随着前飞速度的增加，所述机翼11提供的升力增加，通过减小所述升降旋翼12总距和桨盘仰角，所述升降旋翼12提供的升力减小，所述升降旋翼12的转速减小。该状态发生在所述飞行器获取一定的前飞速度，所述升降旋翼12由驱动轴主动驱转状态到由风驱动的自转状态之后。此时，桨盘后倾，气流由下往上穿过桨盘，升降旋翼12由风驱动旋转，不再对整机产生反扭矩。此时升降旋翼12与机翼11共同提供竖直方向的升力，并随着前飞速度的增加，所述升降旋翼12被进一步卸载。该状态下，所述升降旋翼12转速比第一转速低，且随着前飞速度的增加，所述升降旋翼12进一步卸载，转速进一步降低，可以通过调整其总距及桨盘迎角的方式来调整升降旋翼12拉力大小。整机前进推力由所述推进螺旋桨14提供。此时整机的俯仰及滚转姿态控制通过调节桨盘迎角以及常规固定翼飞机操控模式(机翼11上的副翼16及所述升降舵偏转)来实现；航向控制主要通过所述方向舵偏转和/或左右推进螺旋桨14推力差来实现。

具体的，在所述固定翼巡航状态，所述升降旋翼12的总距调整为零升总距，所述桨盘保持为水平或接近水平的状态，所述升降旋翼12以最低转速转动，所述机翼11提供竖直方向的全部升力，所述推进螺旋桨14提供整机前进推力。此时，整机处于最佳升阻比状态。所述升降旋翼12总距调整为零升总距；桨盘平面也维持在接近水平的状态；且转速进一步降低，使其以接近第二转速状态旋转。由于整机在前飞过程中，升降旋翼12叶片受力非常复杂，是气动力、摩擦力、离心力以及结构本身的抵抗其发生形变的力的综合作用结果，且前行桨叶和后行桨叶由于气流情况不同，受力情况也不同；所述第二转速，为维持旋翼稳定旋转的最低转速，如100转/分钟，该转速也会随着整机起飞重量、前飞速度以及升降旋翼12的综合参数改变而改变，对同一机型也会有数值上的浮动。此时可以通过微调桨盘迎角，使升降旋翼12维持在稳定的低速自转状态；也可以通过控制升降旋翼12的电机或发动机转速，驱动升降旋翼12维持在一个低速(第二转速附近)稳定的旋转状态，在这种情况下，由于转速较低，用于维持所述升降旋翼12低速旋转的驱动力矩也很低，因此不需要通过位于机身10两侧的推进螺旋桨14的推力差来提供反扭矩，可以利用如方向舵的小幅度偏转来平衡。竖直方向升力完全由机翼11提供；整机前进推力由所述推进螺旋桨14提供。此时整机的俯仰及滚转姿态控制通过常规机翼11飞机调整模式(所述副翼16及所述升降舵偏转)来实现；航向控制主要通过所述方向舵偏转来实现。

具体的，在所述自转旋翼机状态，所述桨盘迎角增大以后倾，所述升降旋翼12通过从下往上穿过桨盘的气流自转，所述推进螺旋桨14转动以提供前进推力。该状态为不是常规任务中的飞行状态，发生在所述飞行器升降旋翼12动力失效，无法再以直升机模式进行飞行时的应急状态，也可定义为，所述升降旋翼12自转状态下最低前飞速度状态。此时桨盘迎角调整至最大状态，气流由下往上穿过桨盘，来维持升降旋翼12转速，由于前飞速度较低，所述升降旋翼12提供绝大部分升力，该状态下，所述升降旋翼12转速比直升机模式转速低，并通过调整桨盘迎角的方式来实现转速和拉力大小的调整。整机前进推力由所述推进螺旋桨14提供。此时整机的俯仰及滚转姿态控制主要通过调节桨盘迎角来实现；航向控制主要通过所述方向舵偏转和/或左右推进螺旋桨14推力差来实现。

其中，以上所述多种飞行状态的特征对比如下：

直升机悬停状态：来流速度为零或来流速度较低的状态下，所述升降旋翼12由电机或/和发动机驱动提供整机所需的全部升力，所述机翼11提供的升力忽略不计；

复合直升机状态：存在来流速度的状态下，所述升降旋翼12由电机或/和发动机驱动提供整机所需的部分升力，所述机翼11提供整机所需的剩余升力；

自转旋翼机状态：存在来流速度的状态下，所述升降旋翼12自转提供整机所需的全部升力，所述机翼11提供的升力忽略不计；

复合自转旋翼状态：存在来流速度的状态下，所述升降旋翼12自转提供整机所需的部分升力，所述机翼11提供整机所需的剩余升力；

固定翼巡航状态：存在来流速度的状态下，所述升降旋翼12被完全卸载，所述机翼11提供整机所需的全部升力。

下表为各个飞行状态的对比说明(其中，V4>V3>V2>V5>V1)。

另外，所述飞行器能够以最大飞行速度状态运行，在所述最大飞行速度状态，所述升降旋翼12以最低转速转动，所述桨盘保持水平，并且所述桨盘的总距保持为零升总距(提供的竖直升力几乎为0)，所述机身10和所述机翼11分别前倾。在此状态下，所述飞行器以比巡航速度更高的飞行速度前飞。如图7所示，所述升降旋翼12仍然维持低速稳定旋转，桨盘迎角及总距仍然保持在0°附近，通过调整水平安定面或所述升降舵(尾翼13的水平翼面)，使机身10以及机翼11处于低头状态，通过改变机翼11迎角，牺牲整机升阻比来维持升力不变。此时整机的俯仰及滚转姿态控制通过常规机翼11飞机调整模式(所述副翼16及所述升降舵偏转)来实现；航向控制通过所述方向舵偏转来实现。

另外，所述机身10包括前部和后部，所述机翼11和所述升降旋翼12设置在所述前部上，所述后部上设置有尾翼13，所述尾翼13上设置有能够上下偏转的升降舵和能够左右偏转的方向舵。尾翼13上设置有上下偏转的升降舵和可左右偏转的方向舵，通过升降舵可以实现整机的俯仰及滚转姿态控制，方向舵可以调整整机航向。

另外，所述机翼11的后侧设置有副翼16，所述副翼16通过沿所述机翼11的长度方向的枢转轴可枢转地连接于所述机翼11。副翼16可以上下偏转，从而可以改变机翼11的整体状态，实现整机的滚转姿态控制。

此外，所述机身10的底部设置有起落架15。起落架15上设置有行走轮以及位于行走轮前侧的整流罩，所述整流罩为流线型结构，以降低风阻。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：

机身(10)，所述机身(10)的两侧分别设置有机翼(11)；

升降旋翼(12)，所述升降旋翼(12)能够转动地设置在所述机身(10)上，所述升降旋翼(12)能够进行总距调节，且能够调整所述升降旋翼(12)的桨盘迎角；

推进螺旋桨(14)，所述推进螺旋桨(14)分别设置在所述机翼(11)上；

所述飞行器能够分别以直升机悬停状态、复合直升机状态、复合自转旋翼机状态、固定翼巡航状态、自转旋翼机状态运行。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，在所述直升机悬停状态，所述升降旋翼(12)以第一转速状态转动，所述桨盘保持水平以提供竖直方向的升力，根据所述升降旋翼(12)产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨(14)的总距以平衡实时反扭矩。

3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，在所述复合直升机状态，所述升降旋翼(12)以第一转速状态转动，所述桨盘前倾以提供拉力，根据所述升降旋翼(12)产生的实时反扭矩调整所述推进螺旋桨(14)的总距以平衡实时反扭矩，所述升降旋翼(12)和所述机翼(11)共同提供竖直方向的升力，所述升降旋翼(12)提供的拉力在水平方向的分量和所述推进螺旋桨(14)提供前进推力。

4.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，在所述复合自转旋翼机状态，所述桨盘初步后倾，气流由下往上穿过桨盘以驱动所述升降旋翼(12)自转，所述升降旋翼(12)和所述机翼(11)共同提供竖直方向的升力，随着前飞速度的增加，所述机翼(11)提供的升力增加，通过减小所述升降旋翼(12)总距和桨盘仰角，所述升降旋翼(12)提供的升力减小，所述升降旋翼(12)的转速减小。

5.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，在所述固定翼巡航状态，所述升降旋翼(12)的总距调整为零升总距，所述桨盘保持为接近水平状态，所述升降旋翼(12)以最低转速转动，所述机翼(11)提供竖直方向的全部升力，所述推进螺旋桨(14)提供整机前进推力。

6.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，在所述自转旋翼机状态，所述桨盘迎角增大以后倾，所述升降旋翼(12)通过从下往上穿过桨盘的气流自转，所述升降旋翼(11)提供竖直方向全部的升力，所述推进螺旋桨(14)转动以提供前进推力。

7.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器能够以最大飞行速度状态运行，在所述最大飞行速度状态，所述升降旋翼(12)以最低转速转动，所述桨盘保持为接近水平状态，并且所述桨盘的总距保持为零升总距，所述机身(10)和所述机翼(11)分别前倾。

8.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述机身(10)包括前部和后部，所述机翼(11)和所述升降旋翼(12)设置在所述前部上，所述后部上设置有尾翼(13)，所述尾翼(13)上设置有能够上下偏转的升降舵和能够左右偏转的方向舵。

9.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述机翼(11)的后侧设置有副翼(16)，所述副翼(16)通过沿所述机翼(11)的长度方向的枢转轴可枢转地连接于所述机翼(11)。

10.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述机身(10)的底部设置有起落架(15)。

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