專(zhuān)利名稱(chēng)：固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行器，特別是涉及一種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器。
背景技術(shù)：
在航空領(lǐng)域常見(jiàn)的固定翼飛機(jī)，由于主要靠機(jī)翼產(chǎn)生升力平衡飛機(jī)重量，動(dòng)力系統(tǒng)主要用來(lái)克服飛機(jī)飛行阻力，因此遠(yuǎn)小于飛機(jī)重量的動(dòng)力(推拉力)就可以讓固定翼飛機(jī)離地升空。其飛行速度快，航程和巡航時(shí)間長(zhǎng)，但起降距離長(zhǎng)，要求高質(zhì)量的跑道，嚴(yán)重影響和妨礙了固定翼飛機(jī)在偏遠(yuǎn)無(wú)專(zhuān)用機(jī)場(chǎng)地區(qū)的應(yīng)用。在航空領(lǐng)域常見(jiàn)的旋翼直升機(jī)，可以解決在狹小場(chǎng)地垂直起降的問(wèn)題。在已知的旋翼飛行器中，除了常見(jiàn)的單槳直升機(jī)以外，還有多槳直升機(jī)，多槳直升機(jī)一般是通過(guò)變化槳的轉(zhuǎn)速來(lái)改變飛行姿態(tài)的。如4槳旋翼直升機(jī)，4個(gè)槳相對(duì)于中心對(duì)稱(chēng)放置，其中有2個(gè)槳是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，還有2個(gè)槳是逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)飛機(jī)需要往一個(gè)方向轉(zhuǎn)向時(shí)，只要改變?cè)黾悠渲?個(gè)順時(shí)針/逆時(shí)針槳的轉(zhuǎn)速，減少另外2個(gè)逆時(shí)針/順時(shí)針槳的轉(zhuǎn)速就可以改變航向。需要傾斜飛行時(shí)，只要減小飛行方向上的槳的轉(zhuǎn)速，增加對(duì)稱(chēng)位置的槳的轉(zhuǎn)速就能通過(guò)升力差向指定的方向飛行。但直接和動(dòng)力系統(tǒng)相連的旋翼效率遠(yuǎn)不如固定翼飛機(jī)的機(jī)翼，因此功耗大。又因其前進(jìn)速度主要靠旋翼槳盤(pán)通過(guò)傾斜盤(pán)的傾斜產(chǎn)生的分力提供，同時(shí)直升機(jī)前進(jìn)飛行的阻力也較固定翼飛機(jī)大的多。因此其飛行速度，距離和續(xù)航時(shí)間都不如固定翼飛機(jī)。為此航空領(lǐng)域的技術(shù)人員一直在找尋能兼有固定翼飛機(jī)和直升機(jī)優(yōu)點(diǎn)的飛行器。單獨(dú)的升力發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單，升力發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航時(shí)不工作，又占用機(jī)內(nèi)體積，這是死重。減少或消除死重是垂直起落飛機(jī)一個(gè)急需解決的問(wèn)題。將升力和巡航發(fā)動(dòng)機(jī)合二為一，當(dāng)然就消除了專(zhuān)用升力發(fā)動(dòng)機(jī)的死重。巡航和升力發(fā)動(dòng)機(jī)合二為一的最直接的方法，莫過(guò)于傾轉(zhuǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，把發(fā)動(dòng)機(jī)直接對(duì)著地面吹，當(dāng)然就產(chǎn)生直接的升力。這么簡(jiǎn)單的道理，為什么不是垂直起落飛機(jī)的首選呢？首先，傾轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上的位置帶來(lái)很大的限制，不光機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)的位置必須和飛機(jī)的重心一致，也基本上只有翼下或翼尖位置，這樣，一旦部分升力發(fā)動(dòng)機(jī)故障或瞬時(shí)出力不足，非對(duì)稱(chēng)升力容易引起災(zāi)難性的事故。傾轉(zhuǎn)旋翼用同步軸解決這個(gè)問(wèn)題，傾轉(zhuǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)就基本不可能在一側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)，由另一側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。再說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)本身十分沉重，傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)談何容易。還有，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣的要求很高，否則發(fā)動(dòng)機(jī)效率直線(xiàn)下降，但發(fā)動(dòng)機(jī)在傾轉(zhuǎn)過(guò)程中，進(jìn)氣的條件很難保證。另夕卜，垂直起落要求在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的推力，巡航要求工作時(shí)間長(zhǎng)但推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)要不了那么多，兩者之間在設(shè)計(jì)上很難協(xié)調(diào)。由發(fā)動(dòng)機(jī)直接產(chǎn)生升力，沒(méi)法取巧。從極端情況來(lái)說(shuō)，滑跑起飛、用機(jī)翼產(chǎn)生升力，只需要很少的推力；但用噴氣動(dòng)力垂直起飛，至少需要1:1的推重比，動(dòng)力要求高得多。在已知的具有可垂直起降功能且有固定翼飛機(jī)功能的飛行器中，大致分為以下幾類(lèi)。一、如圖1，將涵道風(fēng)扇和前行槳葉11結(jié)合起來(lái)的方案。如西科斯基的無(wú)人機(jī)Mariner,通用公司的XV-5等。這種飛行器的缺點(diǎn)是涵道增加了較重的重量，增加較多的迎風(fēng)阻力，同時(shí)妨礙了機(jī)內(nèi)載荷和設(shè)備的布置，或者減小了機(jī)翼的有效升力面積。二、傾轉(zhuǎn)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)垂直起降的固定翼飛機(jī)。如圖2中的V22等，其中螺旋槳為12。這類(lèi)飛機(jī)在起飛時(shí)動(dòng)力裝置的推(拉)力垂直地面使飛機(jī)垂直離地，然后在空中逐漸使動(dòng)力裝置的推(拉)力，轉(zhuǎn)向飛機(jī)前進(jìn)方向，使飛機(jī)像常規(guī)固定翼飛機(jī)一樣向前飛行。但其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)貴，可靠性差，特別動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時(shí)的(飛機(jī)無(wú)前進(jìn)速度時(shí))安定性和操縱性，一直是困擾航空技術(shù)人員的難題。三、旋翼機(jī)翼共用飛機(jī)。如圖3a_3c中波音公司的“蜻蜓”飛機(jī)。這類(lèi)飛機(jī)機(jī)翼13可以變?yōu)樾硎褂?，可以?shí)現(xiàn)垂直起降。和傾轉(zhuǎn)動(dòng)力飛行器一樣，也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)貴，可靠性差等問(wèn)題。四、如圖4a_4c中底部安裝升力發(fā)動(dòng)機(jī)14的方案。這類(lèi)飛機(jī)都是為了解決固定翼飛機(jī)垂直起降的問(wèn)題，升力發(fā)動(dòng)機(jī)只是為了實(shí)現(xiàn)垂直起降時(shí)的升力或者兼作一部分方向控制，不具備完全的直升機(jī)飛行模式，如多尼爾D0. 231等飛機(jī)。五、前蘇聯(lián)的雅克-38戰(zhàn)機(jī)只有兩臺(tái)升力發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)升力-巡航發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)體內(nèi)的升力發(fā)動(dòng)機(jī)也降低了單發(fā)失效對(duì)安全的威脅。但升力發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)體內(nèi)，也是有其問(wèn)題的。首先，熾熱的噴氣里發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口很近，容易造成噴氣回吸問(wèn)題。第二，高速?lài)姎庠跈C(jī)體下延地面向兩側(cè)流動(dòng)，而機(jī)體上方除升力發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口附近外，空氣相對(duì)靜止，造成使機(jī)體向地面吸附的效果，即所謂suck down。另外，因?yàn)槠湟诩装迳洗怪逼鹇洌湎蛳聡姵龅母邷貧怏w對(duì)甲板的燒蝕也相當(dāng)嚴(yán)重，所以這種戰(zhàn)機(jī)很不實(shí)用。因此航空界迫切需要尋找一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的兼有固定翼飛機(jī)和旋翼直升機(jī)性能且在兩種飛行模式之間能隨時(shí)自由轉(zhuǎn)換的飛行器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的兼有固定翼飛機(jī)和旋翼直升機(jī)性能且在兩種飛行模式之間能隨時(shí)自由轉(zhuǎn)換的飛行器。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的—種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，包括一套固定翼飛機(jī)組件，該組件包括機(jī)身、機(jī)翼、固定翼動(dòng)力系統(tǒng)以及固定翼控制系統(tǒng)，該固定翼控制系統(tǒng)包括固定翼動(dòng)力控制系統(tǒng)及固定翼舵面控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，該飛行器還包括一組電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)和一個(gè)總控制器，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)與電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，該總控制器包括該固定翼控制系統(tǒng)和用于控制該電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)工作的電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)，該總控制器還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)單獨(dú)工作或者協(xié)同工作；所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與機(jī)身中心軸平行。優(yōu)選地，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)用于控制飛行器的升降、姿態(tài)和航向。優(yōu)選地，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增減所有旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距控制飛行器的升降。優(yōu)選地，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)減小在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠前的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，同時(shí)增加在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠后的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，控制飛行器的姿態(tài)。優(yōu)選地，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增加與飛行器轉(zhuǎn)向反向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，減少與飛行器轉(zhuǎn)向同向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，控制飛行器的航向。優(yōu)選地，所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)至少為四套，每套該系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和與該動(dòng)力裝置連接的旋翼，所述各旋翼分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和機(jī)翼前后側(cè)，相對(duì)于該該飛行器重心呈對(duì)稱(chēng)放置；或者所述各電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)整體分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和機(jī)翼前后側(cè)，相對(duì)于該飛行器重心呈對(duì)稱(chēng)放置。優(yōu)選地,所述每套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)或者旋翼均通過(guò)一支撐臂連接到該機(jī)身或者機(jī)翼上。優(yōu)選地，所述各套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)中的若干套系統(tǒng)或者若干套旋翼共用一支撐臂連接到該機(jī)身或者機(jī)翼上。優(yōu)選地，所述動(dòng)力裝置為電機(jī)。優(yōu)選地，所述電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)包括一旋翼槳葉位置控制單元，用于當(dāng)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)閉、固定翼動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，控制所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼槳葉位置始終保持與飛機(jī)飛行方向平行。以最大限度的減小飛行阻力，讓飛行效率更高。優(yōu)選地，所述協(xié)同工作模式之一為在從多旋翼直升機(jī)飛行模式到固定翼飛行模式的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由從懸停開(kāi)始隨著推進(jìn)螺旋槳產(chǎn)生動(dòng)力，飛行器產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)，隨著空速增加固定翼逐漸產(chǎn)生升力，同時(shí)多旋翼逐漸降低轉(zhuǎn)速以降低旋翼升力從而維持總升力不變直至空速大于固定翼失速速度，以完成多旋翼直升機(jī)飛行模式到固定翼飛行模式的轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，所述協(xié)同工作模式之二為在從固定翼飛行模式到多旋翼直升機(jī)飛行模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，隨著降低水 平螺旋槳推力，當(dāng)空速接近固定翼失速速度時(shí)，多旋翼將啟動(dòng)產(chǎn)生升力，隨著空速的進(jìn)一步降低多旋翼將增加轉(zhuǎn)速?gòu)亩黾由σ匝a(bǔ)償固定翼部分的升力下降，從而達(dá)到總升力不變，當(dāng)推進(jìn)螺旋槳徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)空速降低為零時(shí)，徹底轉(zhuǎn)換成多旋翼直升機(jī)飛行模式。優(yōu)選地，所述協(xié)同工作模式之三為在整個(gè)的起飛、飛行和降落過(guò)程中，該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)在總控制器的控制下全程協(xié)同工作。優(yōu)選地，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的螺旋槳位于機(jī)身前方、機(jī)身后部或機(jī)身兩側(cè)，或者前后方同時(shí)設(shè)置。優(yōu)選地，所述飛行器的尾翼結(jié)構(gòu)為不帶尾翼的飛翼式、“U”、《丄，，形、“T”字形、“V”形或“ Λ ”形。優(yōu)選地,所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)為電力動(dòng)力系統(tǒng)或者燃油動(dòng)力系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)量為單套或者多套。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的復(fù)合飛行器不但兼有固定翼飛機(jī)和旋翼直升機(jī)的性能，而且因?yàn)榫哂锌梢韵嗷オ?dú)立控制的固定翼動(dòng)力系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)，所以能夠在這兩種飛行模式之間自由的轉(zhuǎn)換，既可以像直升機(jī)一樣垂直起降和飛行，可以像固定翼飛機(jī)一樣起降和飛行，也可以在起降和飛行過(guò)程中使用兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)混合工作的模式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明因?yàn)椴捎昧丝梢韵嗷オ?dú)立控制的動(dòng)力系統(tǒng)，相比于在一套動(dòng)力系統(tǒng)中即實(shí)現(xiàn)固定翼飛機(jī)又實(shí)現(xiàn)旋翼機(jī)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單，不需要很復(fù)雜的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，也不會(huì)影響機(jī)內(nèi)載荷和設(shè)備的布置。采用單獨(dú)的電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)有利于降低動(dòng)力系統(tǒng)的研制風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)陌才?，在主發(fā)動(dòng)機(jī)故障或戰(zhàn)損時(shí)，升力發(fā)動(dòng)機(jī)可以使飛機(jī)安全返航，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力備份。因?yàn)椴捎秒妱?dòng)，所以重量增加很輕，從而使固定翼飛機(jī)模式時(shí)增加的死重(旋翼直升機(jī)部分的重量)很少。同時(shí)由于是電動(dòng)動(dòng)力方案，整個(gè)飛機(jī)噪音很小，旋翼直升機(jī)向下吹的氣流無(wú)高溫，比用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的其他飛行器更加環(huán)保。另外，采用電機(jī)作為動(dòng)力裝置，可以使電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的重量控制在整個(gè)飛機(jī)的20%以?xún)?nèi)，比采用傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)要輕很多，從而使飛機(jī)更加易于控制，節(jié)省能量。最后，本發(fā)明應(yīng)用廣泛，包括民航領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，不僅適用于模型飛機(jī)、而且適用于無(wú)人駕駛飛機(jī)，以及載人飛機(jī)等等。


圖1為現(xiàn)有的將涵道風(fēng)扇和前行槳葉結(jié)合起來(lái)的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有的傾轉(zhuǎn)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)垂直起降的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a_3c為現(xiàn)有的旋翼機(jī)翼共用的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a_4c為現(xiàn)有的底部安裝升力發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的飛行器的動(dòng)力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7-13為本發(fā)明的不同尾翼類(lèi)型的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖14、15為本發(fā)明第二實(shí)施例的飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖16為本發(fā)明的飛行器的升降、姿態(tài)和航向控制示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。第一實(shí)施例如圖5所不為本發(fā)明的一種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器,其包括一套固定翼飛機(jī)組件，該組件包括機(jī)身1、王翼2、尾翼3和固定翼動(dòng)力系統(tǒng)4 (也稱(chēng)固定翼飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng))，即為固定翼飛機(jī)組件提供動(dòng)力的系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，全文中出現(xiàn)的主翼和固定翼所指的是同一個(gè)部件，叫做固定翼是相對(duì)于旋翼來(lái)講的；叫做主翼，是從飛機(jī)的結(jié)構(gòu)組成上來(lái)說(shuō)，相對(duì)于尾翼來(lái)講的。在該固定翼飛機(jī)組件的基礎(chǔ)上，增加了四套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5，即為起到旋翼機(jī)功能的組件提供動(dòng)力的系統(tǒng)，但不限于四套，而電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5可以采用現(xiàn)有的直升機(jī)具體組成和結(jié)構(gòu)，所以不再贅述。所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與水平面平行，此處的平行包括接近于平行的情況，比如機(jī)身與水平面的俯仰角在10°的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，全文中出現(xiàn)的平行、垂直和水平等術(shù)語(yǔ)也包括接近于平行、垂直和水平的情況，并非僅僅指幾何意義上絕對(duì)的平行、垂直和水平。而電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5包括動(dòng)力裝置和旋翼，可以把旋翼分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和主翼前后側(cè)，相對(duì)于該機(jī)身呈對(duì)稱(chēng)放置，將動(dòng)力裝置設(shè)置于機(jī)身上?；蛘邔⒄纂妱?dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和主翼前后側(cè)，相對(duì)于該機(jī)身呈對(duì)稱(chēng)放置。這樣的設(shè)置保證了飛行器整體重心處于機(jī)身的中心線(xiàn)上，使飛機(jī)在起降和飛行過(guò)程中始終保持平衡，不影響其工作狀態(tài)。當(dāng)然，也可以采用其他的位置設(shè)置，只要能達(dá)到前述效果的設(shè)置方式皆可。本實(shí)施例中，每套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5整體地或者旋翼單獨(dú)地通過(guò)一支撐臂6連接到主翼2上，當(dāng)然在其他實(shí)施例中，也可以將各套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)中的若干套系統(tǒng)或者旋翼共用一支撐臂連接到機(jī)身或者機(jī)翼上。本實(shí)施例中的電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)采用電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，包括電機(jī)和與該電機(jī)連接的旋翼，可以根據(jù)實(shí)際情況決定是否添加變速箱。因?yàn)椴捎秒妱?dòng)，所以重量增加很輕，從而使固定翼飛機(jī)模式時(shí)增加的死重(旋翼直升機(jī)部分的重量)很少。同時(shí)由于是電動(dòng)動(dòng)力方案，整個(gè)飛機(jī)噪音很小，旋翼直升機(jī)向下吹的氣流無(wú)高溫，比用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的其他飛行器更加環(huán)保。而固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力也可以采用電動(dòng)或者其他動(dòng)力。固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)量可以為單套或者多套，固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的螺旋槳位于機(jī)身前方、機(jī)身后部或機(jī)身兩側(cè)，或者前后方同時(shí)設(shè)置均可。為保證本發(fā)明的飛行器在兩種模式之間自由的切換，從結(jié)構(gòu)上來(lái)講固定翼動(dòng)力系統(tǒng)與電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)相互獨(dú)立設(shè)置，配備一個(gè)總控制器7以實(shí)現(xiàn)在兩種模式之間的切換控制。該總控制器7包括一固定翼控制系統(tǒng)71，該固定翼控制系統(tǒng)包括固定翼動(dòng)力控制系統(tǒng)，用于控制固定翼動(dòng)力系統(tǒng)；以及固定翼舵面控制系統(tǒng)。因?yàn)楣潭ㄒ砜刂葡到y(tǒng)可以采用現(xiàn)有的固定翼飛機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以不做贅述。該總控制器7還包括一用于控制該電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)5工作的電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)72，該總控制器7還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)71和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)72單獨(dú)工作或者協(xié)同工作。這里，固定翼控制系統(tǒng)71單獨(dú)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的是固定翼飛機(jī)模式，電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)72單獨(dú)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的是直升機(jī)模式，用于控制飛行器的升降、姿態(tài)和航向，而兩個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作時(shí)稱(chēng)之為固定翼飛機(jī)直升機(jī)混合模式。為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面從整個(gè)飛機(jī)的起降過(guò)程和飛行過(guò)程來(lái)詳細(xì)描述這三種模式的具體工作原理。需要明確的是，飛行過(guò)程是指飛機(jī)在起飛之后降落之前的水平飛行過(guò)程，而升降過(guò)程是指飛機(jī)起飛和降落的過(guò)程。其中起降過(guò)程可以采用直升機(jī)模式、固定翼飛機(jī)模式或者混合模式1、在直升機(jī)模式起降時(shí)，關(guān)閉固定翼動(dòng)力系統(tǒng)，開(kāi)啟4組(或者更多組)的電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)，電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增減所有旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距控制飛行器的垂直起降。使用垂直起降功率消耗較大，但使用電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)間很短，起降消耗能量占整個(gè)飛行能耗能量比例不大，故是此飛行器主要起降模式，此時(shí)飛機(jī)像一般直升機(jī)一樣起降。如圖16，升降時(shí)4個(gè)旋翼全部增加或者減小轉(zhuǎn)速。2、在固定翼飛機(jī)模式起降時(shí)，關(guān)閉4組(或者更多組)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)，只開(kāi)啟固定翼動(dòng)力系統(tǒng)，飛機(jī)就可以像一般固定翼飛機(jī)一樣在跑道上起降。3、在混合|吳式起降時(shí)，固定翼動(dòng)力系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)都開(kāi)啟。優(yōu)缺點(diǎn)介于直升機(jī)模式和固定翼飛機(jī)模式之間。在混合模式起飛過(guò)程中，可以使兩種動(dòng)力系統(tǒng)同時(shí)工作，這樣提供的升力就遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單獨(dú)一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供的升力，從而應(yīng)用范圍更加廣泛，尤其是飛機(jī)載荷很大的情況。比如戰(zhàn)斗機(jī)在起飛時(shí)裝滿(mǎn)了油和武器裝備，傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)只是通過(guò)定翼動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)起飛，動(dòng)力有限，起飛速度慢，而本發(fā)明中同時(shí)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)也提供動(dòng)力，則動(dòng)力大大增加，起飛速度很快。
在混合模式起飛過(guò)程中，對(duì)于跑道長(zhǎng)度不夠的情況也適用。比如正常的跑道長(zhǎng)度是500米，而某些場(chǎng)合受到地理環(huán)境的限制，跑道長(zhǎng)度無(wú)法達(dá)到500米，比如山區(qū)等不平坦地區(qū)或者航空母艦的甲板上，例如跑道長(zhǎng)度只有250米，此時(shí)就可以用混合模式在跑道上滑行起飛，最終實(shí)現(xiàn)短距離起飛。而飛行過(guò)程也可以采用直升機(jī)模式、固定翼飛機(jī)模式和混合模式1、在直升機(jī)模式飛行時(shí)，關(guān)閉固定翼動(dòng)力系統(tǒng)、開(kāi)啟4組(或以上)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)，飛行器可以完成所有直升機(jī)的功能，從而能完成航拍、固定位置偵查等任務(wù)，此時(shí)飛機(jī)像一般直升機(jī)一樣飛行。其中，電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)減小在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠前的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，同時(shí)增加在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠后的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，來(lái)控制飛行器的姿態(tài)。如圖16，向左側(cè)飛時(shí)旋翼5a、5c增速，旋翼5、5b減速。向右側(cè)飛時(shí)旋翼5、5b增速，旋翼5a、5c減速。電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增加與飛行器轉(zhuǎn)向反向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，減少與飛行器轉(zhuǎn)向同向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，控制飛行器的航向。如圖16，左轉(zhuǎn)向時(shí)旋翼5、5b增速，旋翼5a、5c減速；右轉(zhuǎn)向時(shí)旋翼5a、5c增速，旋翼5、5b減速；前飛旋翼5b、5c增速，旋翼5、5a減速；后飛旋翼5、5a增速，旋翼5b、5c減速。具體來(lái)講，就是使其中一半的旋翼順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，另一半旋翼逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在直升機(jī)模式下，可以利用電子陀螺控制4個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速,形成一個(gè)穩(wěn)定的旋翼直升機(jī)飛行平臺(tái)。通過(guò)改變旋翼轉(zhuǎn)速，改變4個(gè)旋翼的升力和扭矩，從而控制旋翼直升機(jī)向各個(gè)方向的飛行及轉(zhuǎn)向。其中電子陀螺為本領(lǐng)域常用的裝置，技術(shù)人員可根據(jù)具體需要自己選擇其類(lèi)型。2、在固定翼飛機(jī)模式飛行時(shí)，關(guān)閉4組(或者更多組)旋翼，只開(kāi)啟固定翼動(dòng)力系統(tǒng)?？梢酝瓿伤泄潭ㄒ盹w機(jī)的功能。優(yōu)點(diǎn)是功耗小，飛行距離和時(shí)間長(zhǎng)。此模式是此飛行器的主要飛行模式，此時(shí)飛機(jī)像一般固定翼飛機(jī)一樣飛行。3、在混合模式飛行時(shí)，固定翼動(dòng)力系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)都開(kāi)啟。優(yōu)缺點(diǎn)介于直升機(jī)模式和固定翼飛機(jī)模式之間。在混合模式中，為了保證旋翼部分停止轉(zhuǎn)動(dòng)以后保持和飛行器飛行方向平行，以最大限度的減小飛行阻力，讓飛行效率更高。也可以在電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)中添加一旋翼槳葉位置控制單元721，用于當(dāng)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)閉、固定翼動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，控制所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼槳葉位置始終保持與飛機(jī)飛行方向平行。在混合模式中，前述兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同工作的一種情形為在從直升機(jī)模式飛行到固定翼模式飛行的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由從懸停開(kāi)始隨著推進(jìn)螺旋槳產(chǎn)生動(dòng)力，飛行器產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)，隨著空速增加固定翼逐漸產(chǎn)生升力，同時(shí)多旋翼逐漸降低轉(zhuǎn)速以降低旋翼升力從而維持總升力不變直至空速大于固定翼失速速度，以完成直升機(jī)模式飛行到固定翼模式飛行的轉(zhuǎn)換。在混合模式中，前述兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同工作的另一種情形為在從固定翼模式飛行到直升機(jī)模式飛行的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，隨著降低水平螺旋槳推力，當(dāng)空速接近固定翼失速速度時(shí)，多旋翼將啟動(dòng)產(chǎn)生升力，隨著空速的進(jìn)一步降低多旋翼將增加轉(zhuǎn)速?gòu)亩黾由σ匝a(bǔ)償固定翼部分的升力下降，從而達(dá)到總升力不變，當(dāng)推進(jìn)螺旋槳徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)空速降低為零時(shí)，徹底轉(zhuǎn)換成直升機(jī)模式飛行。協(xié)同工作的又一種情形為在整個(gè)的起飛、飛行和降落過(guò)程中，該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)在總控制器的控制下全程協(xié)同工作。以上提到的總控制器、各控制系統(tǒng)和各控制單元的具體制作與實(shí)現(xiàn)均可通過(guò)現(xiàn)有的電子控制方式或者軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此不做贅述。如圖7-13所示，本發(fā)明的固定翼飛機(jī)組件的尾翼結(jié)構(gòu)還可以為其他類(lèi)型，如不帶尾翼的飛翼式、《丄，，形、“O”、“u”、“T”字形、“V”形或“Λ”形等等。第二實(shí)施例如圖14、15,本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處主要在于本實(shí)施例中有6套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)，其中4套安裝在主翼上，而另外兩套安裝在機(jī)身上靠近尾翼的位置處。圖15中的飛機(jī)尾部安裝有噴氣裝置8，可以以噴氣為動(dòng)力推進(jìn)飛機(jī)向前飛行。其余部分與第一實(shí)施例基本相同。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，包括一套固定翼飛機(jī)組件，該組件包括機(jī)身、機(jī)翼、固定翼動(dòng)力系統(tǒng)以及固定翼控制系統(tǒng)，該固定翼控制系統(tǒng)包括固定翼動(dòng)力控制系統(tǒng)及固定翼舵面控制系統(tǒng)，其特征在于，該飛行器還包括一組電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)和一個(gè)總控制器，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)與電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，該總控制器包括該固定翼控制系統(tǒng)和用于控制該電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)工作的電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)，該總控制器還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)單獨(dú)工作或者協(xié)同工作；所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與機(jī)身中心軸平行。
2.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)用于控制飛行器的升降、姿態(tài)和航向。
3.如權(quán)利要求2所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增減所有旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距控制飛行器的升降。
4.如權(quán)利要求2所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)減小在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠前的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，同時(shí)增加在飛行方向上相對(duì)于飛行器的重心靠后的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，控制飛行器的姿態(tài)。
5.如權(quán)利要求2所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，該電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)通過(guò)增加與飛行器轉(zhuǎn)向反向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，減少與飛行器轉(zhuǎn)向同向的旋翼的轉(zhuǎn)速和/或螺距，控制飛行器的航向。
6.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)至少為四套，每套該系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和與該動(dòng)力裝置連接的旋翼，所述各旋翼分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和機(jī)翼前后側(cè)，相對(duì)于該該飛行器重心呈對(duì)稱(chēng)放置；或者所述各電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)整體分別設(shè)置在該機(jī)身的兩側(cè)和機(jī)翼前后側(cè)，相對(duì)于該飛行器重心呈對(duì)稱(chēng)放置。
7.如權(quán)利要求6所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述每套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)或者旋翼均通過(guò)一支撐臂連接到該機(jī)身或者機(jī)翼上。
8.如權(quán)利要求6所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述各套電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)中的若干套系統(tǒng)或者若干套旋翼共用一支撐臂連接到該機(jī)身或者機(jī)翼上。
9.如權(quán)利要求6所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述動(dòng)力裝置為電機(jī)。
10.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)包括一旋翼槳葉位置控制單元，用于當(dāng)電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)閉、固定翼動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，控制所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼槳葉位置始終保持與飛機(jī)飛行方向平行。
11.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述協(xié)同工作模式之一為在從多旋翼直升機(jī)飛行模式到固定翼飛行模式的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由從懸停開(kāi)始隨著推進(jìn)螺旋槳產(chǎn)生動(dòng)力，飛行器產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)，隨著空速增加固定翼逐漸產(chǎn)生升力，同時(shí)多旋翼逐漸降低轉(zhuǎn)速以降低旋翼升力從而維持總升力不變直至空速大于固定翼失速速度，以完成多旋翼直升機(jī)飛行模式到固定翼飛行模式的轉(zhuǎn)換。
12.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述協(xié)同工作模式之二為在從固定翼飛行模式到多旋翼直升機(jī)飛行模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，隨著降低水平螺旋槳推力，當(dāng)空速接近固定翼失速速度時(shí)，多旋翼將啟動(dòng)產(chǎn)生升力，隨著空速的進(jìn)一步降低多旋翼將增加轉(zhuǎn)速?gòu)亩黾由σ匝a(bǔ)償固定翼部分的升力下降，從而達(dá)到總升力不變，當(dāng)推進(jìn)螺旋槳徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)空速降低為零時(shí)，徹底轉(zhuǎn)換成多旋翼直升機(jī)飛行模式。
13.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述協(xié)同工作模式之三為在整個(gè)的起飛、飛行和降落過(guò)程中，該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)在總控制器的控制下全程協(xié)同工作。
14.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的螺旋槳位于機(jī)身前方、機(jī)身后部或機(jī)身兩側(cè)，或者前后方同時(shí)設(shè)置。
15.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述飛行器的尾翼結(jié)構(gòu)為不帶尾翼的飛翼式、 ”、“I”形、“T”字形、“V”形或“A”形。
16.如權(quán)利要求1所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，其特征在于，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)為電力動(dòng)力系統(tǒng)或者燃油動(dòng)力系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求1-16任意一項(xiàng)所述的固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器,其特征在于，所述固定翼動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)量為單套或者多套。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種固定翼與電動(dòng)多旋翼組成的復(fù)合飛行器，包括一組電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)和一個(gè)總控制器，固定翼動(dòng)力系統(tǒng)與電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，該總控制器包括該固定翼控制系統(tǒng)和用于控制該電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)工作的電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)，該總控制器還用于控制該固定翼控制系統(tǒng)和電動(dòng)多旋翼控制系統(tǒng)單獨(dú)工作或者協(xié)同工作；所述電動(dòng)多旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼旋轉(zhuǎn)平面與機(jī)身中心軸平行。能夠在這兩種飛行模式之間自由的轉(zhuǎn)換，既可以像直升機(jī)一樣垂直起降和飛行，可以像固定翼飛機(jī)一樣起降和飛行，也可以在起降和飛行過(guò)程中使用兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)混合工作的模式實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B64C27/26GK103043212SQ201110316929
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者田瑜, 江文彥 申請(qǐng)人:田瑜, 江文彥