CN1125677A

CN1125677A - 自稳型飞行陀螺

Info

Publication number: CN1125677A
Application number: CN 95107513
Authority: CN
Inventors: 阮明振
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1996-07-03

Abstract

本发明属于飞行器类，是一种垂直起落的空中运载工具。这种飞行器的动力作用点在旋翼的半径上，旋翼与机身之间无轴动力传动。由于动力部分和油箱及部分附件与旋翼固定在一起并随旋翼同步绕轴自旋，其惯性陀螺自稳动能很大，从而使该飞行器有极高的稳定性，并由此简化了结构，增大了安全系数，增加了可靠性，降低了成本。其次，由于操纵系统动力由平板舵面对空气的阻力提供，简单直接可靠，降低了对操纵人员的技术要求标准，从而使该飞行器的家用化成为可能。

Description

自稳型飞行陀螺

本发明属于飞行器类。是一种空中运载工具。

传统的有翼飞行器其升力主要靠曲面机翼与空气相对运动所产生的空气对上下翼面的压强差提供的。对定翼飞行器来说，在大气对地静态或其运动速度对翼面提供的升力小于飞行器质量时，必须以飞行器做对地相对运动以达到需要的机翼与空气的相对运动速度。因此，该类飞行器在起落时必须在足够长的跑道上进行；这就使其通用性受到极大限制。直升飞机利用旋转机翼绕轴心转动，使机翼与机体相对空气运动的速度不同步，把飞机起落时的对地运动速度降低到需要的程度；从而降低了对场地的要求标准。但是，由于直升飞机结构复杂，有些技术问题(如动力传动系统的材料及结构)至今尚属薄弱环节，导致其可靠性及安全系数的降低。此外，直升飞机价格昂贵，要求操纵者有较高的专业技术水平，从而使其通用性也受到极大限制。

本发明的任务是：设计一种新型飞行器，达到如下技术和经济标准，使该类飞行器作为家用代步工具成为可能。

1、垂直起降

2、安全可靠

3、稳定易控

4、结构简单，成本大大低于同性能的现有其它类型飞行器。

5、操纵简易，非专业人员经简单指导就能可靠掌握操纵技术。

图1是自稳型飞行陀螺结构原理立体示意图(为突出特征，起落架等次要构件未画出)

图2是自稳型飞行陀螺结构原理俯视示意图

图3是自稳型飞行陀螺结构原理主视示意图

图4是自稳型飞行陀螺结构原理舵面作动示意图

由图1-图4所示的自稳型飞行陀螺，在结构上与常规旋翼飞行器相比有如下特点：

1、动力作用点在旋翼半经上，旋翼与座舱之间无轴动力传动。

2、旋转升力体(指水平旋转部分，包括发动机、油箱、旋翼、旋翼内缘，如图1示(1)(2)(3)(4)部分)质量m与飞行器总质量M之比很大，m∶M至少达到1∶10；高者可达到4∶5以上。

3、操纵动力由无旋舵面对空气的阻力提供。

(也可用螺旋浆对其进行姿态控制)

本飞行器在结构方面的这些特点，所体现出来的作用，可以完成本发明的任务。

(如图1示)飞行器工作时，喷气发动机(1)通过油箱(2)带动旋翼(3)转动，从而产生垂直方向上的升力，当升力大于飞行器质量时，飞行器垂直上升，当二者相等时飞行器悬停，(对发动机的控制可用遥控方式或用电刷接触方式传输控制信号)，对飞行器的方向操纵和水平进退操纵是通过对两组对称的舵面的操纵实现的。二者的平面都与环形油箱的平面垂直(无作动力状态)。方向操纵舵面(5)与环形油箱半径方向平行，进退操纵舵面(6)与环形油箱半经方向垂直(无作动力状态)。二者均固定于球形座舱部分(7)。座舱部分与升力体部分由轴承(图2(A))结合，以保证二者运动速度的不同步。当需要飞行器改变方向时，操纵者操纵水平方向舵面(图4(1))使其偏转，使舵面承受旋翼产生的气流(在图4中，该气流用虚箭头表示)。当舵面对气流的反作用力在水平方向上的分力Fa能够克服结合轴承的摩擦阻力时，座舱就在水平方向旋转，以达到控制方向的目的。进退作动舵面(图4(2)(3))固定在座舱上位于操纵者前后的方向上，改变两个舵面的角度，使前后舵面在垂直方向上产生的阻力不同(如图4示，舵面(2)受力，舵面(3)不受力)，使环形油箱平面对水平线产生一倾角，也就使旋翼升力方向与水平面产生一倾角，使旋翼的升力F分解成一个垂直方向上的分力f₁和一个水平方向上的分力f₂，这两个力就是飞行器在水平飞行时的升力和水平方向上的推力(如图4示)。

自稳型飞行陀螺的良好性能和设计目标是通过其新颖的结构达到的，主要体现在如下几个方面：

1、稳定性好

从结构特点(2)可以看出：飞行器以较大比例的质量绕自己的轴心做高速的自旋，其惯性陀螺自稳动能(E＝1/2mv²)很大，加上其几何外形有着极好的对称性，质量分布有着极好的均匀性；因而使其有着极好的的稳定性。这样，既可降低飞行器对荷载的布局平衡要求，也提高了飞行器抗不稳定气流的能力。

2、安全系数大

由于飞行器有着极好的稳定性，使其适宜做超低空飞行(略高于地面建筑物即可)。在此高度，即使在其完全失去动力的情况下，其在垂直方向上的空气阻力(如图2示，飞行器在垂直方向上的投影面积最大)和惯性自旋升力，能保证飞行器以足够安全的速度着陆。如动力采用双发喷气机，将使其安全系数几乎可以提高到百分之百。

3、可靠性强

由结构特点(1)可知：飞行器无轴动力传动和其它机械系统，结构极其简单；故其故障率可降至最低，其可靠性相应将增至最大。

4、操纵简易可靠

从结构特点(3)可知，对飞行器的姿态控制是通过对两组对称的舵面的控制实现的。结构简单，人力动力传动直接可靠(如图4示)，任何误动，即使关闭发动机，也不会产生负升力。加上飞行器有着极好的自稳特性，使其操纵的简易可靠程度超过任何常规飞行器。

自稳型飞行陀螺不但有着优异的性能，在技术及市场开发方面也同样是可行的。

1、技术成熟：

自稳型飞行陀螺最根本的改革在于其结构特点(1)，而其它方面的优异性能都是由此体现出来的。因此，它对材料工艺、技术工艺无任何超越现实水平的要求。相反，由于它有着极好的稳定性和可靠性，使其对大多数部件的材料工艺、技术工艺的要求标准，低于甚至远远低于常规飞行器对部件的质量要求标准；因此，其技术上的可行性是可以肯定的。

2、价格低廉，极具市场开发价值。

由于飞行器具有极简单的结构，极高的安全系数和可靠性，使其对材料的质量标准和加工工艺标准要求较低。除发动机需由专门厂家提供外，其余部件普通中小工厂就具备生产能力，这必然大大降低加工成本，而简单的结构又使其自重大大降低，减少材料费用。二者综合效益将使其成本较同性能的常规飞行器降低一个数量级。另外，由于飞行器的升力和水平推力都是由旋翼的升力分解提供的；这就把传统上对机翼设计需要兼顾的升力、阻力这两方面的矛盾统一了起来。使翼形截面(图3(A))和安装迎角(图3(a))的设计只考虑升阻比这一因素，以致得到最佳设计方案；这既可降低材料费用，也能提高燃料利用率，降低飞行成本。

据保守的估算，生产一具有效荷载200kg，时速100km的通用自稳型飞行陀螺，其自重在1000kg以下(估算依据见附录表1)。以目前市场价格估算，其材料成本在人民币20000元以下。如加上等价的加工费用，其价格应低于40000元。如再加上100％的加工费估算误差，其价格也在60000元以下，低于目前低档轿车。即使价格提高到100000元左右，家庭具有购买能力者也不在少数。因此，自稳型飞行陀螺的市场开发价值，也同样是可以肯定的。

Claims

自稳型飞行陀螺是一种利用发动机带动旋翼并由此产生升力和水平推力的垂直起落式空中运载工具。

本发明的特征是：动力作用点位于旋翼半径上，旋翼部分与荷载舱部分之间无轴动力传动，飞行器的稳定动力由飞行器自身质量旋转的动能提供。