一種帶可自動(dòng)收放多旋翼的垂直起降固定翼飛機(jī)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種的垂直起降固定翼飛機(jī)，其特點(diǎn)是飛機(jī)在起降階段或者飛機(jī)需要空中懸停時(shí)，機(jī)身下部的可收放多旋翼組件展開，提供垂直起降能力；在飛機(jī)高速巡航階段時(shí)，多旋翼組件收入機(jī)身內(nèi)部，關(guān)閉艙門，保持固定翼飛機(jī)的氣動(dòng)性能。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，固定翼飛機(jī)利用機(jī)翼相對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生升力抵抗重力，利用舵面的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，具有飛行速度快、航程遠(yuǎn)、載重大、能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是起降需要長距離跑道，無法實(shí)現(xiàn)空中懸停；旋翼飛機(jī)利用一個(gè)(直升機(jī))或多個(gè)旋翼產(chǎn)生拉力抵抗重力，利用通過控制旋翼的旋轉(zhuǎn)平面與水平面傾斜角來提供飛機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，具有結(jié)構(gòu)簡單，能夠垂直起降和空中懸停的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是速度慢、航程短、載重小、能量效率低；因此，很多人一直都想結(jié)合固定翼飛機(jī)的高的飛行效率和旋翼飛機(jī)能夠空中懸停和垂直起降的優(yōu)點(diǎn)。傾轉(zhuǎn)旋翼則是一種解決方案，如美國著名的V22魚鷹飛機(jī)，即當(dāng)旋翼旋轉(zhuǎn)平面與重量方向垂直時(shí)，飛機(jī)處于旋翼模式，可以進(jìn)行垂直起降和懸停，當(dāng)飛機(jī)需要向前運(yùn)動(dòng)的固定翼模式時(shí)，旋翼傾轉(zhuǎn)至旋轉(zhuǎn)平面與地面平行作為前進(jìn)動(dòng)力。還有一種解決方案，即固定翼飛機(jī)整體傾轉(zhuǎn)，如專利號(hào)201120452053.9所述方案，當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼弦線垂直地面，即旋翼旋轉(zhuǎn)面平行于地面時(shí)，旋翼提供的是抵抗重力的拉力，飛機(jī)可以垂直起降和進(jìn)行空中懸停，當(dāng)機(jī)翼弦線平行于地面，而旋翼旋轉(zhuǎn)面與地面垂直時(shí)，飛機(jī)處于固定翼的高速巡航階段，本質(zhì)上將仍舊是傾轉(zhuǎn)旋翼的解決方案。以上兩種解決方案實(shí)現(xiàn)了固定翼飛機(jī)垂直起降能力，但仍舊不是最優(yōu)的解決方案，因?yàn)橛糜诠潭ㄒ硗七M(jìn)動(dòng)力和用于懸停的螺旋槳有著完全相反的設(shè)計(jì)要求，用于推進(jìn)的螺旋槳需要小直徑、大槳距、小推力，而用于懸停的螺旋槳?jiǎng)t要求是大直徑、小槳距、大推力，一般傾轉(zhuǎn)旋翼解決方案提供的螺旋槳是在氣動(dòng)設(shè)計(jì)上是折中的，兼顧推進(jìn)和懸停，但二者的能量效率都達(dá)不到最高狀態(tài)。也有人曾經(jīng)考慮在固定翼飛機(jī)上安裝旋翼機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)垂直起降，但是由于旋翼機(jī)構(gòu)暴露在氣流中會(huì)造成極大的阻力，難以實(shí)現(xiàn)高效率固定翼方式巡航。
[0003]當(dāng)前，很多人采用電池、無刷電機(jī)和螺旋槳來為無人機(jī)提供動(dòng)力，具有效率高、無污染和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，在蓄電池技術(shù)未有革命性突破之前，電池能量密度一定的情況下，如何提高能量利用的效率，進(jìn)而提高有效載荷能力、留空時(shí)間和航程，成為無人機(jī)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。本實(shí)用新型采用一種新型的垂直起降固定翼解決方案，實(shí)現(xiàn)了多旋翼狀態(tài)和固定翼狀態(tài)都能按照最優(yōu)能量使用效率的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)固定翼飛機(jī)的乖直起降和空中懸停，同時(shí)在高速巡航和垂直起降(或空中懸停)兩種狀態(tài)下都能取得最高的能量使用效率，使得飛機(jī)同時(shí)具有較大的垂直起降重量和較長的航程。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種安裝有可收放的多旋翼組件的固定翼飛機(jī)。方案中包括固定翼組件，可收放的多旋翼組件，多旋翼收放控制機(jī)構(gòu)，可開關(guān)的多旋翼艙門和艙門開關(guān)控制機(jī)構(gòu)，可收放的多旋翼組件安裝在固定翼組件的機(jī)身上，多旋翼收放控制機(jī)構(gòu)安裝在固定翼組件的機(jī)身內(nèi)部，用于控制多旋翼組件的收放，可開關(guān)的多旋翼艙門依據(jù)可收放的多旋翼組件的位置安裝在固定翼組件的機(jī)身兩側(cè)，由同樣安裝在固定翼組件機(jī)身上的艙門開關(guān)控制機(jī)構(gòu)控制艙門開關(guān)；
[0006]進(jìn)一步的，所述飛機(jī)在垂直起降和空中懸停時(shí)，多旋翼組件將展開至固定翼組件的機(jī)身兩側(cè)，提供垂直起降和空中懸停的動(dòng)力，飛機(jī)在高速巡航狀態(tài)下多旋翼組件將收至固定翼組件的機(jī)身內(nèi)部，并關(guān)閉多旋翼艙門，保持固定翼組件的高的氣動(dòng)效率，固定翼組件按照高速巡航時(shí)飛行相同距離所需能量最少的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，多旋翼組件按照在垂直起降和空中懸停時(shí)飛行相同時(shí)間所需要能量最少的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在高速巡航和垂直起降(或空中懸停)兩種飛行狀態(tài)下能量使用效率都達(dá)到最優(yōu)；
[0007]進(jìn)一步的，所述可收放的多旋翼組件由四個(gè)旋翼動(dòng)力組件組成，每個(gè)旋翼動(dòng)力組件由一個(gè)或者兩個(gè)無刷電機(jī)和一個(gè)或者兩個(gè)螺旋槳組成，旋翼動(dòng)力組件安裝在懸臂的一端，懸臂與固定翼組件的機(jī)身連接，采用兩根懸臂，每根懸臂的兩端分別安裝一個(gè)旋翼動(dòng)力組件；
[0008]進(jìn)一步的，所述可收放多旋翼組件，兩根懸臂以X型交叉安裝，在X型交叉點(diǎn)處通過轉(zhuǎn)軸安裝在固定翼組件的機(jī)身內(nèi)部，懸臂可繞交義點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)懸臂繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至與固定翼組件的機(jī)身成角度，旋翼動(dòng)力組件伸出至機(jī)身外部，多旋翼組件為展開狀態(tài)，當(dāng)懸臂繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至與固定翼組件的機(jī)身平行時(shí)，旋翼動(dòng)力組件收起至機(jī)身內(nèi)部，多旋翼組件為收起狀態(tài)；
[0009]進(jìn)一步的，多旋翼組件的兩根懸臂，其中一根懸臂位于另一根的上方，旋翼動(dòng)力組件安裝在處于上方的懸臂的下表面，安裝處于下方的懸臂的上表面，使得四個(gè)動(dòng)力組件實(shí)際位于同一平面內(nèi)，兩根懸臂通過共軸雙轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)相互約束，外部轉(zhuǎn)軸與上懸臂固定，并受到固定翼組件的機(jī)身下側(cè)的約束，內(nèi)部轉(zhuǎn)軸與下懸臂相固定，并受到固定翼組件的機(jī)身上側(cè)的約束；
[0010]進(jìn)一步的，所述多旋翼收放控制機(jī)構(gòu)由大扭力舵機(jī)、舵機(jī)連桿、滑塊和插銷組成，兩根懸臂上安裝有卡扣，兩個(gè)插銷的下端分別與卡扣固定，兩個(gè)插銷的上端分別插入滑塊上的兩個(gè)橫向滑槽中，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵機(jī)連桿，舵機(jī)連桿另外一端插入滑塊的另一個(gè)橫向滑槽中，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)連桿運(yùn)動(dòng)，連桿另外一端在滑塊的橫向滑槽中運(yùn)動(dòng)，這樣就驅(qū)動(dòng)滑塊前后運(yùn)動(dòng)，滑塊的前后運(yùn)動(dòng)通過插銷帶動(dòng)卡扣的前后運(yùn)動(dòng)，從而控制懸臂的收放，實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)多旋翼組件的展開和收起，上下兩根懸臂都有止動(dòng)卡位，當(dāng)懸臂處于完全展開狀態(tài)時(shí)，與上懸臂固定的插銷將與下懸臂的止動(dòng)卡位接觸，而與下懸臂固定的插銷將與上懸臂的止動(dòng)卡位接觸，從而防止懸臂的過度展開；
[0011]進(jìn)一步的，所述多旋翼艙門和艙門收放機(jī)構(gòu)由安裝在固定翼組件的機(jī)身下部的艙門、艙門搖臂、連桿、舵機(jī)、舵機(jī)搖臂以及一些鉸鏈組成，艙門通過鉸鏈與固定翼組件的機(jī)身下部邊緣連接，連桿一端聯(lián)接舵機(jī)搖臂，另外一端與艙門搖臂連接在一起，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)艙門的收放；此艙門收放方案的主要優(yōu)點(diǎn)是所有機(jī)構(gòu)都位于機(jī)身內(nèi)部或艙門內(nèi)側(cè)，從而不影響固定翼組件高速巡航的氣動(dòng)外形，并且艙門可以旋轉(zhuǎn)180度緊貼固定翼組件的機(jī)身兩側(cè)，避免艙門開啟后對(duì)多旋翼機(jī)構(gòu)展開時(shí)吸氣區(qū)域的遮擋；
[0012]進(jìn)一步的，所述固定翼組件的推進(jìn)動(dòng)力組件是以電或燃油為能源的螺旋槳、涵道或渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0013]進(jìn)一步的，所述固定翼組件一般包括機(jī)翼(包括安裝在后緣外側(cè)的一對(duì)副翼)、垂尾(包括安裝在其后緣的方向舵)、平尾(包括升降舵)、機(jī)身組件和固定翼推進(jìn)動(dòng)力組件，固定翼組件氣動(dòng)布局通常采用常規(guī)布局，即飛機(jī)的平尾和垂尾都安裝在機(jī)翼后面的機(jī)身尾部的布局，或者飛翼布局，無尾布局，無論采用何種布局，其特殊之處在于機(jī)身上都要留有多旋翼組件和收放控制機(jī)構(gòu)的安裝和收納空間；
[0014]通過上述的設(shè)計(jì)方式，對(duì)于用于空中懸停和垂直起降的多旋翼組件的動(dòng)力組件可以按照低速大推力工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如采用低轉(zhuǎn)速大扭矩?zé)o刷電機(jī)加大直徑小槳距螺旋槳，對(duì)于用于固定翼組件的推進(jìn)動(dòng)力組件的按照高速小推力工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如采用高轉(zhuǎn)速小扭矩的無刷電機(jī)架小直徑大槳距螺旋槳，或者采用電動(dòng)涵道，或者采用以燃油為動(dòng)力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，在固定翼飛機(jī)高速巡航時(shí)將用于垂直起降和空中懸停的多旋翼機(jī)構(gòu)收起在機(jī)身內(nèi)部，保持固定翼飛機(jī)的高效的氣動(dòng)性能，從而實(shí)現(xiàn)在垂直起降、空中懸停和高速巡航時(shí)都達(dá)到最高能量使用效率。
【附圖說明】
[0015]下面，通過附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。
[0016]圖1多旋翼組件展開、艙門打開(下視)示意圖
[0017]圖2多旋翼組件展開、艙門打開(上視)示意圖
[0018]圖3多旋翼組件收起、艙門關(guān)閉(上視)示意圖
[0019]圖4多旋翼組件收起、艙門關(guān)閉(下視)示意圖
[0020]圖5多旋翼組件收起、艙門隱藏(下視)示意圖
[0021]圖6多旋翼收放控制組件爆炸圖
[0022]圖7多旋翼組件收起示意圖
[0023]圖8多旋翼組件展開示意圖
[0024]圖9多旋翼收放控制組件(收起)示意圖
[0025]圖10多旋翼收放控制組件(收起)示意圖
[0026]圖11多旋翼收放控制機(jī)構(gòu)止動(dòng)卡位示意圖
[0027]圖12艙門收放控制機(jī)構(gòu)爆炸圖
[0028]圖13艙門及艙門收放機(jī)構(gòu)(收起)示意圖
[0029]圖14艙門及艙門收放機(jī)構(gòu)(展開)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施示例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]顯然，所述的實(shí)例僅僅是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0032]參考圖1，本實(shí)用新型實(shí)例中，安裝有可收放多旋翼機(jī)構(gòu)的垂直起降固定翼飛機(jī)包括機(jī)翼101，全動(dòng)平尾102，