CN103963959B - 基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空飞行器，特别涉及一种可悬停式升力体飞行器。基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其技术方案是，它包括：升力体机身(1)，与所述升力体机身(1)连接的两个前机翼(41)、两个后机翼(42)采用翼身融合式串列翼布局，所述飞行器还包括：变质心机构(2)、矢量推力机构(3)以及机翼旋转折叠机构(4)；本发明解决了固定翼飞行器的起降性能和多姿态飞行性能的问题，并且实现了固定翼飞行器的垂直/短距起降、推力矢量以及可以在狭小空间内飞行的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空飞行器，特别涉及一种可悬停式升力体飞行器。
背景技术
目前在世界航空领域，飞行器主要分为两种：固定翼飞行器和旋翼飞行器。由于这两种飞行器自身单一且固定的布局，其在各个方面仍有很大的局限性。常规固定翼飞行器需要滑跑起降，在起降方式上存在很大的局限性，并且对跑道质量(长度，宽度，硬度，平整度，材料，保养程度等)有严格的要求。旋翼飞行器虽然能够降低对跑道质量的要求，但其飞行方式使得其飞行速度较低，航程短，有效载荷低。因此，垂直/短距起降固定翼飞行器应运而生，但这类飞行器的机翼尺寸较大，在空中悬停时需要占用较大的空间，无法在狭小空间内悬停飞行。另一类倾转旋翼飞行器虽然能够同时实现垂直起降和高速巡航，但同时也存在严重缺陷，例如美军的V-22“鱼鹰”，要保证其位于翼尖的大功率、大负荷的发动机和螺旋桨同步转动，在操纵与控制上是相当困难的。为了克服这些“品质”上的缺陷，“鱼鹰”不得不采取许多复杂的、非常规的技术措施，从而使全机的重量、性能和生产成本都受到影响。此外可以垂直/短距起降的固定翼飞行器在起飞、巡航等不同姿态飞行时其气动性能是不同的，气动中心和质心距离的不规则变换使得飞行器的稳定性下降，使其不能兼顾不同姿态的飞行任务。因此如何有效地提高固定翼飞行器的起降性能和多姿态飞行性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是：为解决固定翼飞行器的起降性能和多姿态飞行性能的问题，实现固定翼飞行器的垂直/短距起降、推力矢量以及可以在狭小空间内飞行的功能，提出一种基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器。
本发明的技术方案是：基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，它包括：升力体机身，与升力体机身连接的两个前机翼、两个后机翼采用翼身融合式串列翼布局，飞行器还包括：变质心机构、矢量推力机构以及机翼旋转折叠机构；
变质心机构安装在升力体机身内部，它包括：质量块以及滑道；质量块嵌入滑道中，并沿升力体机身轴线方向移动；
矢量推力机构包括：升力风扇、上舱门、下舱门以及矢量推力发动机；升力体机身前部设有垂向的升力风扇气道，升力风扇安装于升力风扇气道内，并在升力风扇气道的进气口处设有上舱门，在升力风扇气道的出气口处设有下舱门；矢量推力发动机数量有两个，对称的安装在升力体机身尾部两侧，矢量推力发动机的矢量喷口露出升力体机身外，并以垂直于升力体机身轴线的旋转轴为轴旋转；矢量推力发动机设有两个进气道，分别为：侧部进气道以及背部进气道；
机翼旋转折叠机构包括：前机翼翻折装置以及后机翼翻折装置；前机翼翻折装置带动两个前机翼水平旋转运动，后机翼翻折装置带动两个后机翼上下翻折运动。
本发明的有益效果是：(1)本发明可以垂直起降、悬停和低速游弋，并且可以满足各种飞行状态对飞行器稳定性的要求；
(2)本发明在飞行器前端的机身内部安装升力风扇，与后部矢量推力装置共同形成三点式动力布局，为飞行器提供稳定的升力。所述矢量推力机构无外置螺旋桨，使飞行器能够在小范围内实现垂直/短距起降，并且能够实现空中低速游弋以及悬停以及空中的高效矢量机动；
(3)本发明中的变质心机构能够在不同飞行状态下改变质心位置，为飞行器提升飞行性能及稳定性，使飞行器具备多姿态飞行能力；
(4)本发明中的翼机旋转折叠***为可以将机翼通过折叠机构在不同需求下折叠的***，从而减小飞行器的存储空间，方便运输及投放，并可使飞行器在狭小空间内游弋巡航。
附图说明
图1为本发明的轴测图；
图2为本发明中矢量推力机构的布置结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明中前机翼呈收藏状态时的结构示意图；
图5为本发明中后机翼打开-收藏状态时的结构示意图；
其中：1-升力体机身、2-变质心机构、3-矢量推力机构、4-机翼旋转折叠机构、21-质量块、22-滑道、31-升力风扇、32-上部舱门滑道、33-升力风扇上部舱门、34-升力风扇气道进气口、35-升力风扇气道、36-升力风扇气道出气口、37-升力风扇下部舱门、38-背部进气道、39-侧部进气道、310-矢量推力发动机、311-矢量推力发动机矢量喷口、312-矢量喷口旋转轴、41-前机翼、42-后机翼。
具体实施方式：
参见附图1、3，基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，它包括：升力体机身1，与升力体机身1连接的两个前机翼41、两个后机翼42采用翼身融合式串列翼布局，飞行器还包括：变质心机构2、矢量推力机构3以及机翼旋转折叠机构4；
升力体机身1为一种飞行时可以为飞行器整体提供升力的机身，这样可以有效的减小机翼面积，并使飞行器仍然具有优越的空中巡航能力；
两个前机翼41、两个后机翼42采用翼身融合式串列翼布局即为：前机翼41、机翼42两两分列前后并共同分担升力的气动布局；这种布局可以使机翼的翼展减小，让飞行器更加小巧灵活；
变质心机构2安装在升力体机身1内部，它包括：质量块21以及滑道22；质量块21嵌入滑道22中，并沿升力体机身1轴线方向移动；
参见附图2，矢量推力机构3为飞行器提供垂直/短距起降的动力和飞行时矢量机动的动力，它包括：升力风扇31、上舱门33、下舱门37以及矢量推力发动机310；升力体机身1前部设有垂向的升力风扇气道35，升力风扇31安装于升力风扇气道35内，并在升力风扇气道35的进气口34处设有上舱门33，在升力风扇气道35的出气口37处设有下舱门36；矢量推力发动机310数量有两个，对称的安装在升力体机身1尾部两侧，矢量推力发动机310的矢量喷口311露出升力体机身1外，并以垂直于升力体机身1轴线的旋转轴312为轴旋转；矢量推力发动机310设有两个进气道，分别为：侧部进气道39以及背部进气道38；前后共三个发动机形成三点式动力布局，为飞行器提供垂直/短距起降和巡航时的推力，升力风扇31可产生向下的推力F1，矢量推力发动机310可产生沿矢量喷口方向的推力F2。通过变质心机构2控制质量块21的移动来调节飞行器之心位置，可以更好的分配升力风扇31和矢量发动机310的推力配比，从而实现垂直/短距起降或者悬停和超低速巡航；
参见附图4、5，机翼旋转折叠机构4包括：前机翼翻折装置以及后机翼翻折装置；前机翼翻折装置带动两个前机翼41水平旋转运动，后机翼翻折装置带动两个后机翼42上下翻折运动；前机翼41以A、B点为旋转轴转动，收合在升力体机身1下部；后机翼42在铅垂面内旋转，旋转角度范围为0°～165°。后机翼42旋转165°后重叠贴覆在升力体机身1上部；前机翼41和后机翼42由折叠状态到展开状态的过程与上述过程原理相同，运动过程相反。
上述方案中的质量块21可以由电动推杆驱动，也可以由电机-丝杠驱动。
上述方案中的前机翼翻折装置可以为两个舵机，两个舵机分别与两个前机翼41连接；也可以为
上述方案中的后机翼翻折装置可以包括：连接轴、螺母以及电机-丝杠；连接轴与后机翼42的旋转轴以及螺母连接，螺母套接在丝杠上。
较优的，可将上述方案中所述的飞行器设计为串列翼V尾气动布局，V尾的竖直方向投影面积为飞行器提供横向静稳定性，去除垂直安定面，使浸润面积减小，降低阻力。
本发明共有4种飞行状态，起飞、悬停或超低速巡航、正常巡航、降落。不同飞行状态下各个***相互配的工作过程如下表所示。
Claims (6)
1.基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，它包括：升力体机身(1)，与所述升力体机身(1)连接的两个前机翼(41)、两个后机翼(42)采用翼身融合式串列翼布局，其特征是，所述飞行器还包括：变质心机构(2)、矢量推力机构(3)以及机翼旋转折叠机构(4)；
所述变质心机构(2)安装在所述升力体机身(1)内部，它包括：质量块(21)以及滑道(22)；所述质量块(21)嵌入滑道(22)中，并沿所述升力体机身(1)轴线方向移动；
所述矢量推力机构(3)包括：升力风扇(31)、上舱门(33)、下舱门(37)以及矢量推力发动机(310)；所述升力体机身(1)前部设有垂向的升力风扇气道(35)，所述升力风扇(31)安装于所述升力风扇气道(35)内，并在所述升力风扇气道(35)的进气口(34)处设有所述上舱门(33)，在所述升力风扇气道(35)的出气口(36)处设有所述下舱门(37)；所述矢量推力发动机(310)数量有两个，对称的安装在所述升力体机身(1)尾部两侧，所述矢量推力发动机(310)的矢量喷口(311)露出所述升力体机身(1)外，并以垂直于所述升力体机身(1)轴线的旋转轴(312)为轴旋转；所述矢量推力发动机(310)设有两个进气道，分别为：侧部进气道(39)以及背部进气道(38)；
所述机翼旋转折叠机构(4)包括：前机翼翻折装置以及后机翼翻折装置；所述前机翼翻折装置带动两个所述前机翼(41)水平旋转运动，所述后机翼翻折装置带动所述两个后机翼(42)上下翻折运动。
2.如权利要求1所述的基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其特征在于，所述质量块(21)由电动推杆驱动。
3.如权利要求1所述的基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其特征在于，所述质量块(21)由电机-丝杠驱动。
4.如权利要求1或2或3所述的基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其特征在于，所述前机翼翻折装置为两个舵机，两个所述舵机分别与所述两个所述前机翼(41)连接。
5.如权利要求1或2或3所述的基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其特征在于，所述后机翼翻折装置包括：连接轴、螺母以及电机-丝杠；所述连接轴与所述后机翼(42)的旋转轴以及所述螺母连接，所述螺母套接在丝杠上。
6.如权利要求1或2或3所述的基于变质心技术的可悬停式折叠机翼升力体飞行器，其特征在于，所述飞行器采用串列翼V尾气动布局。
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