CN111498105A

CN111498105A - 飞行器

Info

Publication number: CN111498105A
Application number: CN202010314058.9A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 张世隆; 葛航; 王天宁; 王谦; 王传松; 朱成钢; 杨先将; 张杰超
Original assignee: Feidi Technology Co ltd
Current assignee: Feidi Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-08-07

Abstract

本发明涉及飞行器领域，提供一种飞行器，所述飞行器包括机身、升降旋翼、机翼以及推进螺旋桨；所述机身具有用于乘坐的舱室；所述升降旋翼设置为能够驱使所述机身沿竖直方向移动；所述机翼的数量为多个，多个所述机翼对称地设置在所述机身的两侧；所述推进螺旋桨的数量为多个，多个所述推进螺旋桨分别设置在多个所述机翼上，所述推进螺旋桨设置为能够向所述机身提供水平方向的推力以驱使所述飞行器沿水平方向移动。本发明的飞行器能够有效地提高人们的出行效率及生活品质。

Description

飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种飞行器。

背景技术

由于汽车保有量逐年增加，而道路的年增长率却赶不上汽车保有量的年增长率，因此而造成的交通拥堵则严重影响着人们的出行效率及生活品质。目前，为了解决交通拥堵，主要是通过自动驾驶、智能网联技术的研究以致力于提高机动车载客率、减小机动车保有量，以期望在一定程度上缓解交通拥堵，但是，这些研究成果对于交通拥堵的缓解效果十分有限，为此，本发明希望提供一种新的出行方式，能够有效地提高人们的出行效率及生活品质。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种飞行器，该飞行器能够有效地提高人们的出行效率及生活品质。

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，所述飞行器包括机身、升降旋翼、机翼以及推进螺旋桨；所述机身具有用于乘坐的舱室；所述升降旋翼设置为能够驱使所述机身沿竖直方向移动；所述机翼的数量为多个，多个所述机翼对称地设置在所述机身的两侧；所述推进螺旋桨的数量为多个，多个所述推进螺旋桨分别设置在多个所述机翼上，所述推进螺旋桨设置为能够向所述机身提供水平方向的推力以驱使所述飞行器沿水平方向移动。

可选的，所述升降旋翼设置为能够调整其旋转平面与水平面之间的夹角。

可选的，所述机翼的展弦比λ≥10。

可选的，多个所述推进螺旋桨包括第一推进螺旋桨和第二推进螺旋桨，所述第一推进螺旋桨和所述第二推进螺旋桨分别设置在两个所述机翼的远离所述机身的端部，其中，所述第一推进螺旋桨和所述第二推进螺旋桨分别设置为能够驱使所述机翼端部的气流由所述机翼的上表面流向所述机翼的下表面。

可选的，多个所述推进螺旋桨包括分别设置在两个所述机翼上的第三推进螺旋桨和第四推进螺旋桨，所述第三推进螺旋桨和所述第四推进螺旋桨的旋转方向相反。

可选的，所述推进螺旋桨包括变距螺旋桨。

可选的，所述飞行器包括驱动机构，所述驱动机构设置为：当所述升降旋翼的旋转速度小于或等于第一速度时，所述驱动机构与所述升降旋翼连接以驱动所述升降旋翼旋转；当所述升降旋翼的旋转速度大于所述第一速度时，所述驱动机构与所述升降旋翼断开连接。

可选的，所述驱动机构包括减速器以及离合器，所述减速器的输出轴能够以所述第一速度转动，所述离合器与所述输出轴连接，所述离合器设置为：当所述升降旋翼的旋转速度小于或等于所述第一速度时，所述离合器与所述升降旋翼连接；当所述升降旋翼的旋转速度大于所述第一速度时，所述离合器与所述升降旋翼断开连接。

可选的，所述升降旋翼包括翼轴、多个桨叶以及与多个所述桨叶一一对应的多个配重；所述翼轴与所述驱动机构连接，多个所述桨叶分别连接在所述翼轴上，所述配重设置在所述桨叶远离所述翼轴的一端。

可选的，所述飞行器包括设置在所述机身尾部的尾翼；和/或，所述飞行器包括设置在所述机身底部的起落架，所述起落架包括能够减少所述起落架所受空气阻力的整流罩。

相对于现有技术，本发明所述的飞行器具有以下优势：

使用者可以乘坐在本发明的飞行器的所述机身的舱室中，通过所述升降旋翼驱使所述飞行器沿竖直方向移动，即垂直升空或者降落，由于采用升降旋翼的升空和降落动作无需在跑道上滑行，因此极大地提高了飞行器使用的灵活性，能够在城市路况中推广使用。当飞行器通过升降旋翼竖直地升空后，所述推进螺旋桨能够向所述机身提供水平方向的推力以驱使飞行器沿水平方向移动，或者，通过调整所述升降旋翼的旋转平面与水平面的夹角来向所述机身提供水平方向的分力以驱使飞行器沿水平方向移动，从而使得本发明的飞行器能够更加有效、灵活地施展水平方向的飞行动作，能够应对较为复杂的飞行路线，尤其适用于人们的日常生活出行。

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为本发明的飞行器的一种实施方式的立体示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1的正视图；

图5为本发明的飞行器的驱动机构的示意图。

附图标记说明：

100-机身，200-升降旋翼，210-翼轴，220-桨叶，300-机翼，410-第一推进螺旋桨，420-第二推进螺旋桨，430-第三推进螺旋桨，440-第四推进螺旋桨，510-减速器，520-离合器，600-尾翼，700-起落架

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。

另外，在本发明的实施方式中所提到的“竖直”，是指垂直于水平的方向。在本发明的实施方式中所提到的“乘坐”，驾驶乘坐状态以及非驾驶乘坐状态，例如，在需要手动操作飞行器的使用场合，“乘坐”包括驾驶状态，在具有自动驾驶的使用场合，“乘坐”可以仅仅包括非驾驶的乘坐状态。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

如图1～图5所示，本发明的飞行器包括机身100、升降旋翼200、机翼300以及推进螺旋桨；机身100具有用于乘坐的舱室；在本发明的一种实施方式中，所述升降旋翼200设置在机身100的顶部，当然，在本发明的其他实施方式中，升降旋翼200也可以设置在机身100的其他位置。升降旋翼200既可以提供竖直方向的升力而驱使飞行器沿竖直方向移动，也可以通过调整升降旋翼200的旋转平面与水平面的夹角来提供水平方向的分力而驱使飞行器沿水平方向移动；机翼300的数量为多个，并且，多个机翼300对称地设置在机身100的两侧。推进螺旋桨的数量为多个，多个推进螺旋桨分别设置在多个机翼300上，多个推进螺旋桨可提供沿机身长度方向(向前或向后)的推力。使用时，使用者乘坐在机身100的舱室中，通过升降旋翼200驱使机身100沿竖直方向移动，即升空或者降落，由于采用升降旋翼200的升空和降落动作无需在跑道上滑行，因此极大地提高了飞行器使用的灵活性，能够在城市路况中推广使用。当飞行器通过升降旋翼200竖直地升空后，即可通过推进螺旋桨驱使机身100沿水平方向移动，当然也可以通过改变升降旋翼200的旋转平面与水平面的夹角来驱使机身100沿水平方向移动。由于推进螺旋桨向机身100直接提供水平方向的驱动力，因此本发明的飞行器能够更加有效、灵活地施展水平方向的飞行动作，能够应对较为复杂的飞行路线，尤其适用于人们的日常生活出行。另外，由于升降旋翼200受到驱动旋转时会对机身100产生扭矩，机身100因此会发生一定的偏转，为了防止机身100发生偏转，可以在升降旋翼200旋转的同时启动推进螺旋桨，并通过调节机身100两侧的推进螺旋桨的推力差来抵消升降旋翼200对机身100产生的扭矩(调节推进螺旋桨的推力差的方式可以是调节推进螺旋桨的转速，也可以是调节推进螺旋桨的总距)，从而防止机身100发生偏转，因此推进螺旋桨既可以在飞行器升空后启动，也可以与升降旋翼200同时启动。

需要说明的是，本发明的飞行器能够完成垂直起降，因此可以适用于缺乏专用飞机跑道的城市路况。当本发明的飞行器借助升降旋翼200上升至空中后，可以通过调整升降旋翼200的旋转平面与水平面的夹角而驱使飞行器沿水平方向移动，也可以通过推进螺旋桨直接向机身100施加水平方向的推动力，从而驱使飞行器沿水平方向移动。

应当理解的是，在不考虑节省能源或者动力持续充足的情况下，仅仅通过升降旋翼200配合推进螺旋桨即可实现飞行器的升、降、飞行动作。

另外，多个机翼300需要对称地设置在机身100的两侧以保证飞行的平衡性，机翼300的数量包括但不限于两个，例如空客概念机RACER的采用四个机翼的设计：在机身的两侧分别设置两个机翼，机身同一侧的两个机翼的远端相互连接，使得这两个机翼与机身之间大致形成三角形结构。而在本发明的一种实施方式中，飞行器包括设置在机身100两侧的两个机翼300，推进螺旋桨的数量为多个，多个推进螺旋桨分别设置在两个机翼300上。在这一实施方式中，由于机身100的两侧对称地设置有两个机翼300，飞行器可以借助机翼300与气流的相互作用而产生升力，从而减少部分推进螺旋桨以及升降旋翼200的动力输出，在达到一定飞行速度后，机翼300与气流配合理想的状态下，甚至能够省去全部的升降旋翼200动力输出，飞行器仍然能够保持飞行。

在本发明的一种实施方式中，如图4所示，机翼300相对于水平方向向下倾斜一定的角度设置，通过调节该倾斜角度的大小可以改变机翼300上设置的推进螺旋桨的推力线(即推力向量的方向)相对于机身100的位置，从而实现调节飞行器整体平衡的功能。当然，机翼300也可以相对于水平方向向上呈一定角度倾斜，这里不做赘述。

现有技术的飞行器在设计机翼时由于需要考虑起降跑道的长度以及失速速度的限制，因此需要考虑机翼在低速状态下的性能，将机翼设计为能够在低速状态下提供全部的升力，从而导致机翼无法具有较大的展弦比。而本发明的飞行器由于其在低速状态下主要靠升降旋翼200提供升力，机翼300仅在高速飞行阶段提供所需的升力，因此不必考虑机翼300的低速性能，从而使得机翼300的面积变小，展弦比λ能够设计为λ≥10。本发明的机翼300的展弦比的设计有效地提高了机翼300在高速飞行阶段的升阻比，进而提高了飞行器的巡航效率，另外，在低速飞行中，随着展弦比的增加，飞行器的升阻比会升高，从而提高了燃油经济性。

如图1所示，为了能够方便地调节飞行器的飞行姿态，机翼300具有可以上下偏转的副翼，通过调整副翼的偏转来实现飞行器的飞行姿态的调节功能。

应当理解的是，多个推进螺旋桨可以设置在机翼300上，也可以设置在机身100上，例如设置在机身100的尾部，只要保证多个推进螺旋桨产生的推力能够使飞行器保持平衡即可。在本发明的一种实施方式中，如图4所示，多个推进螺旋桨分别设置在两个机翼300上，其中，多个推进螺旋桨包括第一推进螺旋桨410和第二推进螺旋桨420，第一推进螺旋桨410和第二推进螺旋桨420分别设置在两个机翼300的远离机身100的端部，其中，第一推进螺旋桨410和第二推进螺旋桨420的叶片的旋转方向相反且能够驱使机翼300端部的气流由机翼300的上表面流向机翼300的下表面。在飞行器向前飞行的过程中，当气流通过机翼300时，机翼300的上下表面的气流流速不均匀，机翼300的下表面由于气流流速低，因而产生的压强较大，而机翼300的上表面由于气流流速高，因而产生的压强较小，机翼300的上下表面的压强差就会产生向上的升力。而由于机翼300表面的压强呈不均匀分布，在机翼300的远离机身100的端部，气流就会有从高压区域流向低压区域的趋势，即，气流有从机翼300的下表面向机翼300的上表面的流动趋势，会降低机翼300的气动效率。而本发明通过如图4中所示的对第一推进螺旋桨410和第二推进螺旋桨420的叶片的旋转方向的要求，令机翼300端部的气流产生由机翼300的上表面流向机翼300的下表面的流动趋势，从而能够防止机翼300气动效率的降低。

在本发明的一种实施方式中，飞行器一共具有四个推进螺旋桨，除上述的第一推进螺旋桨410和第二推进螺旋桨420之外，飞行器还包括分别设置在两个机翼300上的第三推进螺旋桨430和第四推进螺旋桨440。当然，飞行器并非只能设置偶数个推进螺旋桨，推进螺旋桨的数量还能够呈奇数设置，例如，当设置三个推进螺旋桨时，可以在一侧机翼300上设置一个推进螺旋桨而在另一侧机翼300上设置两个推进螺旋桨，再调节三个推进螺旋桨的推力从而保证飞行器整体的平衡；或者在机身两侧机翼300上对称地设置两个推进螺旋桨，在机身100或者尾翼600上设置第三个推进螺旋桨。

在上述的实施方式中，为了保证飞行器整体的平衡性，将第三推进螺旋桨430和第四推进螺旋桨440的旋转方向呈相反设计，并且调节第一推进螺旋桨410、第二推进螺旋桨420、第三推进螺旋桨430以及第四推进螺旋桨440的推力，使得飞行器的机身100不会因升降旋翼200的反向扭矩而偏转。

为了便于控制推进螺旋桨，可选的，推进螺旋桨包括变距螺旋桨，也就是说，推进螺旋桨可进行大行程变距操作，能够大范围地改变叶片与其旋转平面之间的夹角。通过这种变距操作，在不改变推进螺旋桨的旋转方向和旋转速度的前提下，既可以改变推进螺旋桨推力的大小，又可以改变推力的方向，十分便于操控。

在本发明的一种实施方式中，飞行器还包括用于驱动升降旋翼200的驱动机构，驱动机构设置为：当升降旋翼200的旋转速度小于或等于第一速度时，驱动机构与升降旋翼200连接以驱动升降旋翼200旋转；当升降旋翼200的旋转速度大于第一速度时，驱动机构与升降旋翼200断开连接。该第一速度为下述的减速器510的输出轴的转动速度，该第一速度能够根据不同的减速器510而调整，也就是说，当升降旋翼200的转速小于或者等于第一速度时，考虑到能量的衰减，需要使驱动机构与升降旋翼200连接以驱动升降旋翼200以第一速度旋转，而当升降旋翼200的转速大于第一速度时，这时驱动机构不仅无法驱动升降旋翼200转动，还会作为负载阻碍升降旋翼200的旋转，因此，驱动机构升降旋翼能够与升降旋翼200断开连接而不会阻碍升降旋翼200的旋转。

应当理解的是，驱动机构可以设计为多种形式，只要其能够向升降旋翼200提供驱动力并能够与升降旋翼200脱离即可，在本发明的一种实施方式中，如图5所示，驱动机构可以包括发动机、减速器510以及离合器520，发动机的驱动轴与减速器510连接以使得减速器510的输出轴能够以第一速度转动，离合器520与减速器510的输出轴连接，离合器520设置为：当升降旋翼200的旋转速度小于或等于第一速度时，离合器520与升降旋翼200连接；当升降旋翼200的旋转速度大于第一速度时，离合器520与升降旋翼200断开连接，这一功能在发动机或者减速器510出现故障时极其重要，其能够保证升降旋翼200的旋转。当然，本发明的飞行器也可以由电机驱动减速器510或是以其他形式的动力源驱动减速器510。离合器520的作用是在升降旋翼200的旋转速度小于或等于第一速度时与升降旋翼200进行连接，以及在升降旋翼200的旋转速度大于第一速度时与升降旋翼200脱开连接，离合器520可以采用现有技术的离合器结构，在此不做赘述。

本发明的飞行器的升降旋翼200可以设计为多种形式，例如共轴多桨形式，在本发明的一种实施方式中，如图5所示，升降旋翼200包括翼轴210、多个桨叶220以及与多个桨叶220一一对应的多个配重；翼轴210与离合器520连接，多个桨叶220分别连接在翼轴210上并且多个桨叶220均处于同一平面，配重设置在桨叶220远离翼轴210的一端用来优化桨叶220的转动惯量。

如图1所示，本发明的飞行器还包括设置在机身100尾部的尾翼600，尾翼600可以设计为T型尾翼，其包括水平部和竖直部，在水平部上设有可上下偏转的升降舵，在竖直部上设有可左右偏转的方向舵，通过控制升降舵可以实现飞行器的俯仰控制，通过控制方向舵可以实现飞行器的飞行方向的控制。

为了便于起飞和降落，飞行器还包括设置在机身100底部的起落架700，起落架700包括能够减少起落架700所受空气阻力的整流罩。在本发明的一种实施方式中，如图4所示，起落架700为三点轮式起落架设计，在每个轮子的上方都设有整流罩，从而能够减小飞行器飞行时的空气阻力。

另外，飞行器还包含用于控制整机姿态及航向的操作系统以及提供飞行所需能量的能源系统。操作系统可以是传统的机械式操作系统，也可以是电传操作系统；能源系统可以为纯电能源系统(例如锂电池)、氢燃料电池系统、传统化石能源内燃机或者以上能源混合的混动能源系统，典型的，如油电混动系统，即由锂电池和燃油发动机混合的能源系统。

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

1.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括机身(100)、升降旋翼(200)、机翼(300)以及推进螺旋桨；

所述机身(100)具有用于乘坐的舱室；

所述升降旋翼(200)设置为能够驱使所述机身(100)沿竖直方向移动；

所述机翼(300)的数量为多个，多个所述机翼(300)对称地设置在所述机身(100)的两侧；

所述推进螺旋桨的数量为多个，多个所述推进螺旋桨分别设置在多个所述机翼(300)上，所述推进螺旋桨设置为能够向所述机身(100)提供水平方向的推力以驱使所述飞行器沿水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述升降旋翼(200)设置为能够调整其旋转平面与水平面之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述机翼(300)的展弦比λ≥10。

4.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，多个所述推进螺旋桨包括第一推进螺旋桨(410)和第二推进螺旋桨(420)，所述第一推进螺旋桨(410)和所述第二推进螺旋桨(420)分别设置在两个所述机翼(300)的远离所述机身(100)的端部，其中，所述第一推进螺旋桨(410)和所述第二推进螺旋桨(420)分别设置为能够驱使所述机翼(300)端部的气流由所述机翼(300)的上表面流向所述机翼(300)的下表面。

5.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，多个所述推进螺旋桨包括分别设置在两个所述机翼(300)上的第三推进螺旋桨(430)和第四推进螺旋桨(440)，所述第三推进螺旋桨(430)和所述第四推进螺旋桨(440)的旋转方向相反。

6.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述推进螺旋桨包括变距螺旋桨。

7.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括驱动机构，所述驱动机构设置为：当所述升降旋翼(200)的旋转速度小于或等于第一速度时，所述驱动机构与所述升降旋翼(200)连接以驱动所述升降旋翼(200)旋转；当所述升降旋翼(200)的旋转速度大于所述第一速度时，所述驱动机构与所述升降旋翼(200)断开连接。

8.根据权利要求7所述的飞行器，其特征在于，所述驱动机构包括减速器(510)以及离合器(520)，所述减速器(510)的输出轴能够以所述第一速度转动，所述离合器(520)与所述输出轴连接，所述离合器(520)设置为：当所述升降旋翼(200)的旋转速度小于或等于所述第一速度时，所述离合器(520)与所述升降旋翼(200)连接；当所述升降旋翼(200)的旋转速度大于所述第一速度时，所述离合器(520)与所述升降旋翼(200)断开连接。

9.根据权利要求7所述的飞行器，其特征在于，所述升降旋翼(200)包括翼轴(210)、多个桨叶(220)以及与多个所述桨叶(220)一一对应的多个配重；所述翼轴(210)与所述驱动机构连接，多个所述桨叶(220)分别连接在所述翼轴(210)上，所述配重设置在所述桨叶(220)远离所述翼轴(210)的一端。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括设置在所述机身(100)尾部的尾翼(600)；和/或，所述飞行器包括设置在所述机身(100)底部的起落架(700)，所述起落架(700)包括能够减少所述起落架(700)所受空气阻力的整流罩。