本發(fā)明涉及一種地效飛行器，具體涉及一種客貨兩用的大型地效飛行器及其避障方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)帶展翼的飛行器在貼近地面或水面飛行時(shí)，由于空氣流動(dòng)受到地面或水面的約束，導(dǎo)致升阻比增加，誘導(dǎo)阻力減小，即產(chǎn)生“空氣動(dòng)力地面效應(yīng)(ground?effect)”。且該效應(yīng)越靠近地面，地面效應(yīng)越強(qiáng)，飛行器獲得的升力越大，則可以運(yùn)載的重量越大。

2、地效飛行器即是利用該原理而發(fā)展起來(lái)的一種掠地或掠海飛行的運(yùn)輸工具。

3、根據(jù)著名科學(xué)家馮·卡門研究繪制的運(yùn)輸效率圖，在時(shí)速150～500公里的區(qū)間，有一種運(yùn)載效率更高(單位能量所能運(yùn)輸?shù)闹亓?的運(yùn)載工具，其單位升力可以達(dá)到飛機(jī)所獲得的升力的40～50倍，因此，其運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性較汽車大大增強(qiáng)，而運(yùn)載量將遠(yuǎn)高于飛機(jī)。地效飛行器，有可能是填補(bǔ)該區(qū)間的一種有效運(yùn)載形式。

4、

5、但現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的地效飛行器未能完全解決以下問(wèn)題，如：一、距離地面或水面的高度較小，在掠地飛行時(shí)容易碰到樹(shù)木、房屋或島礁，需具有較強(qiáng)的應(yīng)急升空能力，否則會(huì)對(duì)其飛行安全性造成影響；二、在掠海飛行時(shí)如遇上海上風(fēng)浪較大的天氣，則風(fēng)浪有可能對(duì)其飛行的穩(wěn)定性造成一定影響，應(yīng)急降落能力也不夠完善；三、地效飛行器在規(guī)避船舶橋梁時(shí)因速度較快而導(dǎo)致規(guī)避困難(飛行員發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)太晚)。也因?yàn)檫@一系列的原因，目前地效飛行器還未能有效實(shí)現(xiàn)民用，僅有少量型號(hào)作為科研和軍事用途投入使用。

6、但可以預(yù)見(jiàn)的是，如果新型的地效飛行器如果能夠解決上述問(wèn)題，在海上運(yùn)輸、海上救援、海上觀光等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種緊急狀態(tài)下可進(jìn)行小半徑急速轉(zhuǎn)彎或緊急升空的客貨兩用大型地效飛行器及其避障方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

3、一種客貨兩用大型地效飛行器，包括地效飛行器本體，所述地效飛行器本體包括地效飛行器機(jī)頭、地效飛行器機(jī)身、地效飛行器機(jī)尾三大部分，所述地效飛行器機(jī)頭的前端設(shè)置有仿生破流尖嘴，所述地效飛行器機(jī)頭的內(nèi)部設(shè)置有雷達(dá)電波發(fā)射器，可向機(jī)頭正前方的半球形方向發(fā)射經(jīng)過(guò)特殊調(diào)制后的無(wú)線電波，所述地效飛行器機(jī)頭的上部設(shè)有駕駛艙，駕駛艙采用一體化雙層膠粘鋼化玻璃外罩，駕駛艙內(nèi)還設(shè)置有自帶降落傘的飛行員緊急彈射座椅，所述駕駛艙的斜后方對(duì)稱設(shè)置有橢圓形扁平狀的第二噴氣式引擎，第二噴氣式引擎進(jìn)氣道的軸線呈豎向或與豎向存在小幅度夾角(斜后方)，啟動(dòng)后第二噴氣式引擎從引擎上部吸納氣流并向下噴出，所述駕駛艙的后機(jī)艙頂部設(shè)有一對(duì)向斜后方對(duì)稱伸出的斜向支撐梁，所述斜向支撐梁采用子彈頭截面的流線型結(jié)構(gòu)，每個(gè)斜向支撐梁上均對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)第一噴氣式引擎，所述第一噴氣式引擎的氣道呈水平布置或與水平向略有夾角，在兩根斜向支撐梁之間的機(jī)頭頂部，安裝有至少一個(gè)雷達(dá)波接收器；

4、所述地效飛行器機(jī)身的兩側(cè)設(shè)置有流線型結(jié)構(gòu)的彈性機(jī)翼，彈性機(jī)翼的端部設(shè)有漂浮用流線型艙體，所述漂浮用流線型艙體的中前部安裝有第三噴氣式引擎，其氣道為豎向或與豎向呈小幅度夾角(向機(jī)尾斜后方布置)，氣道與艙體外表面相接處采用倒圓角設(shè)計(jì)(可減少吸納空氣時(shí)的阻力)，啟動(dòng)時(shí)將從引擎上部吸納氣流并向下噴出，可為地效飛行器機(jī)身提供向上的升力(上升力通過(guò)機(jī)翼傳遞到機(jī)身)，與第二噴氣式引擎提供的機(jī)頭上升力共同維持地效飛行器的整體平穩(wěn)上升或空中懸停，所述漂浮用流線型艙體的中后部設(shè)有氣囊充氣裝置和疊放好的氣囊(可采用優(yōu)質(zhì)橡膠制作)；

5、所述地效飛行器機(jī)尾設(shè)有流線型垂直尾翼，流線型垂直尾翼上有水平布置的鯨魚(yú)尾型平衡翼，可最大限度減少機(jī)身后方的紊流；

6、所述全機(jī)流線型設(shè)計(jì)指所有機(jī)身部件相交處及迎風(fēng)面均采用合適半徑的倒角設(shè)計(jì)，即圓弧形曲線之間采用相切連接。

7、進(jìn)一步，所述第一噴氣式引擎設(shè)有兩組，一組位于兩側(cè)斜向支撐梁的端部，另一組位于在兩側(cè)斜向支撐梁中間位置的上方，斜向支撐梁內(nèi)部設(shè)有為其提供燃料的輸油管。

8、進(jìn)一步，所述駕駛艙的下部設(shè)有中央控制系統(tǒng)，所述中央控制系統(tǒng)包括中央處理器(硬件)和飛行姿態(tài)控制程序、障礙物規(guī)避程序(軟件)，所述雷達(dá)電波接收器設(shè)有3臺(tái)，分別位于地效飛行器機(jī)頭頂部(機(jī)身上部雷達(dá)接收器7-1，編號(hào)見(jiàn)附圖1)和地效飛行器機(jī)翼兩側(cè)的流線型艙體內(nèi)(機(jī)翼兩端雷達(dá)接收器7-2、7-3，編號(hào)見(jiàn)附圖1)，所述障礙物規(guī)避程序可根據(jù)3臺(tái)雷達(dá)電波接收器接收到的無(wú)線電波信號(hào)時(shí)間差t1、t2、t3(假定發(fā)出無(wú)線電波的時(shí)間為t＝0s)，以及3臺(tái)雷達(dá)電波接收器在t＝0s的x、y坐標(biāo)和飛行器的實(shí)時(shí)飛行速度、方位等數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出tmax(tmax為t1、t2、t3時(shí)刻的最大值)時(shí)刻障礙物與飛行器機(jī)身雷達(dá)接收器7-1之間的方位角和距離，并向飛行員預(yù)警，由飛行員發(fā)布規(guī)避指令做規(guī)避飛行，當(dāng)飛行員因故未能履行職責(zé)時(shí)，由中央控制系統(tǒng)在臨界時(shí)間前一定時(shí)間自動(dòng)接管后做規(guī)避飛行；其中，方位角為‘障礙物和飛行器機(jī)身上部雷達(dá)接收器7-1的連線’與‘飛行器飛行方向’的夾角θj。

9、進(jìn)一步，所述規(guī)避飛行由飛行姿態(tài)控制程序進(jìn)行控制，分為兩種：(1)跳躍飛行時(shí)，程序?qū)⒖刂戚斢凸芟驒C(jī)身兩側(cè)的第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎等量給油，從而可使機(jī)身平穩(wěn)提升飛行高度；(2)緊急小半徑轉(zhuǎn)彎飛行時(shí)，將控制輸油管向機(jī)身兩側(cè)的第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎不等量給油，從而可令機(jī)身快速傾斜。

10、進(jìn)一步，所述機(jī)翼的前翼沿厚，后翼沿薄，機(jī)翼后方略向下傾斜，當(dāng)向前快速飛行時(shí)可以壓縮機(jī)翼下方的氣流，為地效飛行器提供更大的上浮力；機(jī)翼的內(nèi)部設(shè)有為第三噴氣式引擎供油的輸油管及副儲(chǔ)油箱。

11、進(jìn)一步，所述機(jī)翼的材質(zhì)為輕質(zhì)合金(如鈦鋁合金)或高性能纖維(如c60碳纖維或高強(qiáng)玻璃纖維)，同時(shí)飛行器所有外表面均需涂刷防海水腐蝕的專用涂料，其中吃水線以下部位防腐涂料的涂層應(yīng)加厚處理。

12、進(jìn)一步，所述流線型艙體的前方安裝有雙面流線型結(jié)構(gòu)的仿生破流尖嘴(仿旗魚(yú)尖嘴的流線型結(jié)構(gòu))，用于破開(kāi)飛行時(shí)流線型艙體前方的氣流。

13、進(jìn)一步，所述地效飛行器機(jī)身的上部設(shè)有可開(kāi)啟的飛行器艙蓋，其開(kāi)啟方式采用電動(dòng)對(duì)開(kāi)式或電動(dòng)平開(kāi)式，并在駕駛艙和空乘值班室均設(shè)有緊急手動(dòng)開(kāi)啟扳手。

14、進(jìn)一步，所述地效飛行器機(jī)身的墻壁上設(shè)有機(jī)體平衡顯示器，其可根據(jù)起飛前的貨物及人員分布，(貨物及人員的分布位置決定了地效飛行器前后艙體的吃水深度)，顯示出地效飛行器載貨后機(jī)身荷載(自身荷載+貨物、人員荷載)是否平衡，即起飛后能否在空中處于飛行平衡狀態(tài)。

15、進(jìn)一步，所述地效飛行器機(jī)尾內(nèi)部還對(duì)稱安裝有一對(duì)減速降落傘，當(dāng)?shù)匦эw行器遇到緊急情況，需要快速迫降時(shí)，可由飛行員手動(dòng)開(kāi)啟使用或由中央控制系統(tǒng)接管飛行后自動(dòng)開(kāi)啟，該減速降落傘配合噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的反推功能可以大幅度減少地效飛行器的降落距離，避免撞上船舶、島礁或者其他障礙物。

16、一種客貨兩用大型地效飛行器的避障方法，包括客貨兩用大型地效飛行器，具體包括以下步驟：

17、1.t＝0s，地效飛行器機(jī)頭發(fā)射經(jīng)特殊調(diào)制的雷達(dá)波；

18、2.雷達(dá)波遇到障礙物發(fā)生發(fā)射；

19、3.間隔t1、t2、t3?s后，三臺(tái)雷達(dá)接收器接收到發(fā)射雷達(dá)波，假定t1、t2、t3中的最大值為tmax；

20、4.障礙物規(guī)避程序根據(jù)0～tmax時(shí)間段內(nèi)的飛行速度、方向等的實(shí)時(shí)記錄與其他已知的數(shù)據(jù)，計(jì)算出tmax時(shí)刻障礙物與飛行器的距離與方位角；

21、5.障礙物規(guī)避程序自動(dòng)判斷是否在飛行航道上，不在則繼續(xù)勻速直線飛行，是則計(jì)算碰撞時(shí)間，并立即向飛行員預(yù)警；

22、6.飛行員下達(dá)規(guī)避指令，緊急啟動(dòng)第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎，飛行姿態(tài)控制程序根據(jù)緊急升空高度或轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎角度計(jì)算每臺(tái)引擎的給油量，飛行器根據(jù)兩側(cè)給油量的模式進(jìn)行跳躍升空飛行或小半徑轉(zhuǎn)彎飛行；假如飛行員因故未在臨界時(shí)間前下達(dá)規(guī)避指令，中央控制系統(tǒng)將自動(dòng)接管飛行器飛行，并根據(jù)飛行大數(shù)據(jù)下達(dá)規(guī)避指令。

23、本發(fā)明設(shè)置了三種不同安裝位置的噴氣式引擎，其中第一噴氣式引擎布置在機(jī)頭上方的斜向支撐梁上(一組對(duì)稱布置在斜向支撐梁的端部，一組對(duì)稱布置在斜向支撐梁中間位置的上方)，其進(jìn)氣道呈水平方向布置或與水平向略有傾斜；第二噴氣式引擎則對(duì)稱布置在駕駛艙的側(cè)后方，呈橢圓形扁平狀以減小風(fēng)阻力，進(jìn)氣道呈豎向或與豎向存在小幅度夾角(斜后方)；第三噴氣式引擎則對(duì)稱布置在機(jī)身兩側(cè)機(jī)翼端部的流線型艙體中前部，進(jìn)氣道呈豎向或與豎向存在小幅度夾角(斜后方)，其進(jìn)氣道與流線型艙體外表面相交處采用圓弧倒角，以利于氣流吸入。

24、地效飛行器從水面起飛的啟動(dòng)模式包括包括以下兩種：

25、模式一(正常啟動(dòng))：通過(guò)第一噴氣式引擎提供水平推力推動(dòng)地效飛行器向前在海面滑行，氣流在彈性翼下快速向后方流動(dòng)(一定程度上被彈性翼和海面壓縮)，從而給地效飛行器提供較大的上浮力，隨著地效飛行器的速度越來(lái)越快，上浮力越來(lái)越大，地效飛行器逐漸脫離海面，從而在低空快速飛行，由此進(jìn)入巡航模式；

26、模式二(緊急啟動(dòng))：可直接啟動(dòng)第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎(機(jī)身兩側(cè)等量給油)，從而讓飛行器獲得垂直上升力，直接垂直脫離水面并懸停空中，再開(kāi)啟第一噴氣式引擎7-1，推動(dòng)地效飛行器向前加速直至達(dá)到正?？罩醒埠剿俣?該速度下地效飛行器不再需要水的浮力或第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎的上升力)，再緩慢減少第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎的給油量直至關(guān)閉，讓地效飛行器高度逐漸降低至巡航高度，由此進(jìn)入正常巡航模式(非緊急情況下不建議采用該啟動(dòng)模式，對(duì)第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎可能有損害)。

27、正常巡航飛行時(shí)遇到突發(fā)事件(前方有海面障礙物如輪船、橋梁、島礁)的處置模式包括以下兩種：

28、模式一(提升飛行高度)：正常巡航時(shí)突發(fā)緊急事件需快速提升飛行高度時(shí)(障礙物規(guī)避程序根據(jù)雷達(dá)波反射時(shí)間差及其他已知數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后向飛行員預(yù)警)，可由飛行員手動(dòng)啟動(dòng)第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎，由飛行姿態(tài)控制軟件控制輸油管向機(jī)身兩側(cè)第二和第三噴氣式引擎等量給油，從而水平提升飛行器的飛升高度；

29、模式二(緊急小半徑轉(zhuǎn)彎)：如需緊急轉(zhuǎn)彎，可由飛行員手動(dòng)開(kāi)啟第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎并下達(dá)轉(zhuǎn)彎角度、半徑等指令，此時(shí)由飛行姿態(tài)控制軟件控制輸油管給機(jī)頭及機(jī)翼兩側(cè)的第二噴氣式引擎和第三噴氣式引擎輸送軟件計(jì)算后的不等量的航空煤油，從而機(jī)身兩側(cè)第二和第三噴氣式引擎將提供不同的上升力，可讓地效飛行器快速傾斜進(jìn)行小半徑大傾角轉(zhuǎn)彎。

30、緊急情況下，如飛行員因故未能給出指令，在臨界時(shí)間前一定時(shí)間將由中央控制系統(tǒng)自動(dòng)接管并下達(dá)處置命令(避免飛行器墜毀)。

31、本發(fā)明還在機(jī)翼兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置了流線型艙體，流線型艙體的中后部?jī)?nèi)安置氣囊充氣裝置和疊放好的氣囊，當(dāng)?shù)匦эw行器因緊急情況迫降在遠(yuǎn)離大陸的海面上時(shí)，可以由飛行器駕駛員手動(dòng)啟動(dòng)對(duì)內(nèi)置氣囊進(jìn)行充氣，氣囊在漂浮用流線型艙體的下部充氣膨脹，從而為地效飛行器提供更大的側(cè)向支撐浮力，可以抵抗遠(yuǎn)海的較大風(fēng)浪，避免大幅度側(cè)傾導(dǎo)致沉沒(méi)，從而為營(yíng)救人員提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。