CN104787306A - 一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器，包括柔性飞行器、发动机、压气机、供气分配器、涡流腔、高压气室、条状射流缝、氦气囊、安全舱等构成，它是将压气机的压缩空气经机翼的前缘与翼面过渡位置所设的条状射流缝喷向翼面，产生升力及推力，同样通过水平尾翼和垂直尾翼的前缘与翼面的过渡位置所设的条状射流缝喷向翼面，产生机翼效应，来控制飞行姿态，为制得低速安全飞行器，应用上述飞行控制原理，结合柔性机身机翼、氦气囊、安全舱组成超安全的低速飞行器，大大减少燃料消耗，飞行驾驶容易，由于超强的低速安全性及操控性，可广泛应用于探矿、摄影、城市道路监视、空中广告等，更可以开发一种适合于大众人群在不具备飞行驾照就能亲身体验驾机飞行的超级娱乐项目。

Description

一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器

技术领域

本发明涉及航空飞行器，特别是涉及飞行器的增升形式和飞行姿态控制。

背景技术

自1903年莱特兄弟制造了第一架固定翼飞机试飞成功以来，固定翼飞机的起飞和降落模式通常是借助滑行，即通过发动机的推力或拉力使飞机水平滑行，将机翼与空气作相对运动，根据机翼原理，由于翼面上下曲度的不同，高速滑行的飞机机翼使原相对静止的空气在机翼上下在同一时间流经距离不同，距离长的，流速加快，根据帕努利定理，机翼便产生升力，使飞机离地飞行，所以，固定翼飞机从静止通过滑行带来速度，继而产生升力的模式，就需投入巨资，对地面的跑道机场进行建设，由滑行起降而带来的弊端包括：占据广大的土地，对机场周边有净空要求、起降事故多发、气象要求高、战时容易受到攻击而造成瘫痪等。再有，现在固定翼飞机，为了减少滑跑距离及降落速度，通常采用机械式增升，即通过连杆机构、螺杆转运装置、导轨液压制动器等装置，在机翼前后缘部分分别向前后伸展并向下偏转，保持翼型，使机翼面积增加，增大机翼在低速情况下的升力；现也通过其它三种方法来实现固定翼飞机的垂直和短距起降：俄罗斯人使用的途经就是将第二个喷气发动机专门用作提供垂直起降，另一种是美国海军陆战队“鹞”式垂直起降战斗机，使用的方法，即通过输气管输送来自主引擎压气机的空气垂直向下喷射以提供起降，第三种是洛克希德-马丁公司生产的F-35B联合攻击战机上使用的，即使用轴驱动升力风扇及矢量喷口，其三种方法都是通过气流直接向下喷射实现垂直短距起降的。现在固定翼飞机的机翼襟翼、副翼、水平尾翼、垂直尾翼，它们起到飞行的姿态控制作用，都是通过使用体积大、反应迟钝的液压或机械***来完成所需动用，此类机构造成机翼结构复杂、动作繁絮、大大增加了飞机的结构重量，使制造成本、维护成本大大增加。

通用航空器部分拥有大量的“低慢小”航空器，包含直升机，无人机、动力伞、滑翔机、飞艇、热气球等，这些飞行器有些结构过于复杂，有些过于简单，应用单一，安全性能差，操作者需经专业长期培训，无法推广普及。

发明内容

本发明针对现有飞行器技术的不足，提供一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器，即通过发动机的动力带动压气机，产生的压缩空气经管道送配到各个翼的前缘半径与翼面曲面弧线的过渡部位所设的条状射流缝喷出，从而使翼产生升力及推力，实现控制飞行器垂直，短距起降；应用相同原理，实现气动力对水平尾翼与垂直尾翼的控制。

利用上述控制技术，提供一种集直升机、固定翼飞机、飞艇的优点于一身的能实现垂直/短距起降、柔身机身、高安全性的低速安全飞行器。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案。

一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器由机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机、压气机、输气管构成，所述的气动力控制飞行姿态是通过飞行器所拥有的发动机带动压气机，压气机输出的压缩空气由分流器经机翼供气管进入机翼前缘构成的涡流腔旋转压缩后由条状射流缝喷向翼面，添代飞机的高速滑行，利用马格努斯效应产生升力及推力，只需发动机很小的功率，就能产生强大的升力。上述条状射流缝是设置于机翼前缘半径与翼面的曲面弧线过渡部位，且机翼前缘半径沿翼面弧线的沿长线与翼面弧线错位后重叠，并留有条状射流缝。

一种利用气动力控制飞行器姿态的低速安全飞行器由机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机、压气机、输气管构成，所述的气动力控制飞行姿态是通过飞行器所拥的发动机带动压气机，压气机输出的压缩空气由分流器、控制输气管、控制输气总管到达供气分配器，根据飞行姿态要求，由供气分配器对通向水平尾翼的左尾翼下降气管、左尾翼上升气管、右尾翼下降气管、右尾翼上升气管、垂直尾翼左转气管、垂直尾翼右转气管分别进行供气，所供气体经对称翼型的水平尾翼前缘构成的沿弧长线分隔成对称的四个高压气室、导流板、条状射流缝喷向左右水平尾翼上下四个翼面，所供气体从上翼面喷出，产生升力，下翼面喷出，产生负升力，可实现纵向和俯仰飞行姿态；向样，所供气体经对称翼型的垂直尾翼前缘构成的沿弧长线分隔成对称的二个高压气室、导流板、条状射流缝喷向垂直尾翼左右翼面，可实现转向控制。

本发明还提供了一种低速安全飞行器，由机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、驾驶舱、发动机、压气机、输气管、氦气囊构成，所述的低速安全飞行器应用上述气动力控制飞行及飞行姿态，所述的低速安全飞行器由具有延展性的可塑机体蒙皮包裹整个飞行器外表面，内部设有若干圈型柔性框架、柔性框架上设有若干伸缩缝，由可塑机体蒙皮通过载剪留有的蒙皮伸缩带伸入伸缩缝，再将弹性件的一头连接设于柔性框架上的挂钩，一头连接蒙皮伸缩带上的挂孔，起收紧可塑机体蒙皮作用，达到机体外型平整，有刚性结构的视觉效果，柔性框架内圈联接由弹性网状复合材料构成的舱壁，所述舱壁随着飞行器的上升，大气压降低，氦气囊会膨胀，舱壁具有一定的收胀功能，就像人体的肋骨，可以随咐吸起伏来适应氦气囊的膨胀，并且无需做到飞艇那样的气密性艇身，舱壁内形成的空腔部位冲填氦气囊，氦气囊的连线连接柔性框架上的氦气囊拴孔；在翼内部设有气胀式膜结构的翼梁，以提高机翼、水平尾翼、垂直尾翼的刚度，即由可塑机体蒙皮、柔性框架、舱壁、氦气囊、翼梁构成附合空气动力学的柔性机体结构，此结构受到外力撞击后能恢复原状。

所述飞行器的重心位置上面机身背部设有安全舱，由折叠安全气囊、定量氦气瓶、控制阀、输气管、弹性铰链、安全舱盖构成，在应急情况下，打开氦气控制阀，定量氦气瓶的氦气经输气管注入处于拆叠状的拆叠安全气囊，使其膨胀，顶开由弹性铰链连接的安全舱盖，待定量氦气瓶的氦气全部排出后，安全气囊达到设计容积，产生所需浮力，延缓飞行器的下降速度，确保驾乘人员的安全；应用充氦气囊减缓下降速度，同伞降相比，可克服降落伞的好多弊端，确保可靠性。

所述飞行器的舱壁内空腔部位充填的氦气囊是由足球大小的充氦气气球构成，每个气球有一连线，将它们的连线分区域集束连接到柔性框架上的氦气囊拴孔；并通过舱壁、可塑机体蒙皮连接安全舱和驾驶舱，当整个机体由于强外力作用造成散架，驾驶舱的人员也不会快速坠地，为了尽量减轻飞行器的自重，氦气囊也填充到翼和发动机罩的空腔部位。

所述飞行器机身前部设有独立空间构成的驾驶舱，驾驶舱内设有有利飞行器横向平衡的纵向排列的座椅，又通过在机身后段下部的燃料箱在移动箱体内的前后移动来平衡飞行器升力重心不至位移，可根据上机人员的全重设置燃料箱在移动箱体内移动距离的比例数值，由丝杆机构来执行。

所述飞行器在发动机的进气口设由由柔性塑料注塑成型的风扇，风扇轴可在动力支架上作自由转动，当发动机进气口有气流流动时，风扇即能转动起来，可起到大型涡扇发动机的真实效果，并在发动机罩受到外力变形时，风扇可相应改变形状，当外力失去时，又恢复原状。

本发明利用气动力控制飞行姿态的优点在于，从根本上改变了机械增升及飞行操控的传统结构模式，采用本发明的技术途径，可极大地提高飞行器的各项性能，除去了现有飞行器的粗大笨重，使用不灵活、费时费力的液压式或机械式操作模式，使飞行器结构重量大大减轻，只需给机载电脑输入不同的飞行模式参数，飞行员操作飞行状态时，电脑就会按照规程自动掌控供气分配器气体的分配方式，使驾驶飞机简单轻松；超音速飞机垂直起降一直是可望而不可及的目标，应用以上技术，只需设计满足巡航状态适当升力值的固定翼形即可，垂直/短距起降与高速飞行，只需调整压气机的输出气量与发动机的推力。

应用气动力控制设计的低速安全飞行器，去除了大量的刚性结构，并配有氦气的静力学升力，使飞行器自身重量大大减轻，可携带更多有效载荷，实现高安全性、低躁声、维护便利、无需机场的空中移动平台，可广泛应用于空中探矿、空中巡线、城市空中道路监视、空中摄影、空中广告等，更可以开发一种适合于大众人群在不具备飞行驾照就能亲身体验驾机飞行的超级娱乐项目。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

附图1是本发明实施例飞行器全机的立体局部结构剖视图。

附图2是沿A-A线的本发明实施例飞行器机翼横向剖面图及气流流态示意。

附图3是沿B-B线的本发明实施例水平尾翼立体横向剖面图。

附图4是沿C-C线的本发明实施例垂直尾翼俯视剖面图。

附图5是D向的本发明实施例机身结构局部正视剖视图。

附图6是本发明实施例安全气囊结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至附图6详细地说明本发明的技术方案。

附图1、附图2所示，本发明的利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器包括机身1、机翼19、水平尾翼29、垂直尾翼15、发动机36、压气机37构成，发动机36带动压气机37，输出压缩空气由分流器25经机翼供气管24进入机翼前缘18构成的涡流腔20，再由条状射流缝32到达翼面34；此条状射流缝32设置于机翼前缘18的半径与翼面34的曲面弧线过渡部位，且机翼前缘18的半径沿翼面34弧线的沿长线与翼面34弧线错位重叠，并留有条状射流缝32。

附图1、附图2、附图3、附图4给出的是由分流器25输出的压缩空气经控制输气管26、控制输气总管5到达供气分配器7，根据飞行姿态要求，由供气分配器7对通向水平尾翼29的左水平尾翼下降气管8，左水平尾翼上升气管9、.右水平尾翼下降气管12、右水平尾翼上升气管13、垂直尾翼15的垂直尾翼左转气管10、垂直尾翼右转气管11分别进行供气，所供气体可经对称翼型的水平尾翼前缘28构成的沿弦长线分隔成的四个高压气室39、导流极38、条状射流缝32喷向水平尾翼29四个翼面34，所供气体从上翼面喷出，产生升力，下翼面喷出，产生负升力，可实现纵向和俯仰飞行姿态，同样，所供气体可经对称翼型的垂直尾翼15的垂直尾翼前缘14构成的延弧长线分隔成的二个高压气室39、导流极38、条状射流缝32喷向垂直尾翼15的左右翼面34，可实现转向控制。

附图1、附图5给出的是机身1、机翼19、水平尾翼29、垂直尾翼15、发动机罩22由具有延展性的可塑机体蒙皮27包裹，在机身1可塑机体蒙皮27内部设有若干圈型柔性框架4，柔性框架4上设有若干伸缩缝45，由可塑机体蒙皮27通过载剪留有的蒙皮伸缩带44伸入伸缩缝45，再将弹性件42的二头分别连接设置于柔性框架4上的挂钩43和蒙皮收缩带44的挂孔40，收紧和支承可塑机体蒙皮27；柔性框架4内圈连接舱壁6，由舱壁6构成的空间部位的空腔3内充填氦气囊30，氦气囊30的连线46连接柔性框架4上的氦气囊拴孔41；在机翼19、水平尾翼29、垂直尾翼15的可塑机体蒙皮27内部空腔3设有气胀式膜结构构成的翼梁35，提高其刚度。

附图1、附图6给出的是在机身1的背部设有折叠安全气囊49、定量氦气瓶50、控制阀52、输气管51、弹性铰链48、安全舱盖2构成的安全舱装置，通过打开控制阀52使定量氦气瓶50的氦气经输气管51进入折叠安全气囊49，使其充气膨胀顶开由弹性铰链48连接的安全舱盖2.直至成为充气后的安全气囊47，使得飞行器增加静浮力，延缓飞行器下落速度，保证驾乘人员安全。

上述所述的氦气囊30是由足球大小的充氦气球构成，每个氦气囊30都有一连线46，将氦气囊30的连线46分区域集束连接到柔性框架4上的氦气囊拴孔41，并通过舱壁6、可塑机体蒙皮27连接安全舱的折叠安全气囊和驾驶舱16，当整个飞行器由于强外力作用造成散架、驾驶舱的人员也不会快速坠地，为了尽量减少飞行器的自重、氦气囊30也填充到机翼19、水平尾翼29、垂直尾翼15、发动机罩22的空腔3部位。

附图1所示的机身1前部设有独立空间构成的驾驶舱16，驾驶舱16内设有有利飞行器横向平衡的纵向排列的驾乘人员座椅17，又通过在机身1后段下部设有的燃料箱31在移动箱体23内的前后移动，来平衡飞行器升力重心与飞行器重心不至位移，可根据上机人员的全重设置燃料箱31在移动箱体23内的移动距离比例数值，由丝杆机构来执行。

附图2的发动机罩22的进气口，设有由柔性塑料注塑成型的风扇21，风扇21的轴可在动力支架33上自由转动，当发动机罩22进气口有气流流动时，风扇21即能转动起来，可起到大型涡扇发动机的真实效果，并在发动机罩22受到外力变形时，风扇21可相应改变形状，当外力失去时，又能恢复原状。

Claims (7)

1.一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器，包含机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机、压气机、输气管构成，其特征在于：所述的气动力控制飞行姿态是通过飞行器所拥有的发动机(36)带动的压气机(37)，压气机(37)输出的压缩空气由分流器(25)经机翼供气管(24)进入机翼前缘(18)构成的涡流腔(20)旋转压缩后，由条状射流缝(32)喷向翼面(34)，添代飞行器的高速滑行，利用马格努期效应，产生升力及推力；所述条状射流缝(32)设置于机翼前缘(18)的半径与翼面(34)的曲面弧线过渡部位，且机翼前缘(18)半径沿翼面(34)弧线的沿长线与翼面(34)弧线错位重叠，并留有条状射流缝(32)。

2.一种利用气动力控制飞行姿态的低速安全飞行器，包含机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机、压气机、输气管构成，其特征在于：所述的气动力控制飞行姿态是通过飞行器所拥有的发动机(36)带动压气机(37)，压气机(37)输出的压缩空气由分流器(25)、控制输气管(26)、控制输气总管(5)到达供气分配器(7)，根据飞行姿态要求，由供气分配器(7)对通向水平尾翼(29)的左水平尾翼下降气管(8)、左水平尾翼上升气管(9)、右水平尾翼下降管(12)、右水平尾翼上升气管(13)、垂直尾翼左转气管(10)、垂直尾翼右转气管(11)分别进行供气，所供压缩气体经对称翼型的水平尾翼前缘(28)构成的，沿弦长线分隔的对称四个高压气室(39)、导流板(38)、条状射流缝(32)喷向左右水平尾翼(29)左右上下四个翼面(34)，所供气体从上翼面喷出产生升力，下翼面喷出产生负升力，可实现纵向和俯仰飞行姿态；同样，所供气体经过对称翼型的垂直尾翼前缘(14)构成的延弦长线隔开的对称二个高压气室(39)、导流板(38)、条状射流缝(32)喷向垂直尾翼(15)的左右翼面(34)，可实现转向控制。

3.一种应用权利要求1、权利要求2发明的低速安全飞行器，由机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、驾驶舱、发动机、压气机、输气管、氦气囊构成，其特征在于：所述的低速安全飞行器应用权利要求1、权利要求2所述的气动力控制飞行及飞行姿态；所述的低速安全飞行器用具有延展性的可塑机体蒙皮(27)包裹整个飞行器的机身(1)、机翼(19)、水平尾翼(29)、垂直尾翼(15)、发动机罩(22)的外表面；在可塑机体蒙皮(27)内部设有若干圈型柔性框架(4)，柔性框架(4)上设有若干伸缩缝(45)，由可塑机体蒙皮(27)通过裁剪留有的蒙皮伸缩带(44)伸入伸缩缝(45)，再将弹性件(42)的二头分别连接设于柔性框架(4)上的挂钩(43)和蒙皮伸缩带(44)的挂孔(40)，收紧可塑机体蒙皮(27)；柔性框架(4)内圈连接由弹性网状复合材料构成的舱壁(6)，舱壁(6)内形成的空腔(3)内充填氦气囊(30)，氦气囊(30)的连线(46)连接柔性框架(4)上的氦气囊拴孔(41)；所述低速安全飞行器的机翼(19)、水平尾翼(29)、垂直尾翼(15)由可塑机体蒙皮(27)包裹的内部空腔(3)设有气胀式膜结构构成的翼梁(35)，提高其刚度；所述低速安全飞行器，即有可塑机体蒙皮(27)、柔性框架(4)、舱壁(6)、氦气囊(30)、翼梁(35)构成附合空气动力学的柔性机身结构，此结构受到外力撞击后能恢复原状。

4.按照权利要求3所述的低速安全飞行器，其特征是：在飞行器的机身(1)背部重心位置，由折叠安全气囊(49)、定量氦气瓶(50)、控制阀(52)、输气管(51)、弹性铰链(48)、安全舱盖(2)构成的安全舱，在应急情况下，打开氦气控制阀(52)，定量氦气瓶(50)的氦气经输气管(51)注入处于折叠状的折叠安全气囊(49)使其膨胀，顶开由弹性铰链(48)连接的安全舱盖(2)，待定量氦气瓶(50)的氦气全部注入后，充气后安全气囊(47)达到设计容积产生所需浮力，延缓飞行器的下降速度，确保驾乘人员的安全。

5.按照权利要求3所述的低速安全飞行器，其特征是：舱壁(6)内空腔(3)部位，充填的氦气囊(30)是由足球大小的充氦气球构成，每个氦气囊(30)都有一连线(46)，将氦气囊(30)的连线(46)分区域集束连接到柔性框架(4)上的氦气囊拴孔(41)，并通过舱壁(6)、可塑机体蒙皮(27)连接安全舱的折叠安全气囊(49)和驾驶舱(16)；当整个飞行器由于强外力作用造成散架，驾驶舱的人员也不会快整坠地，为了尽量减少飞行器自重，氦气囊(30)也填充到机翼(19)、水平尾翼(29)、垂直尾翼(15)、发动机罩(22)的空腔(3)部位。

6.按照权利要求3所述的低速安全飞行器，其特征是：机身(1)前部设有独立空间构成的驾驶舱(16)，驾驶舱(16)内设有有利飞行器横向平衡的纵向排列的驾乘人员座椅(17)，又通过在机身(1)后段下部设有的燃料箱(31)在移动箱体(23)内的前后移动，来平衡飞行器重心与升力重心不至位移，可根据上机人员的全重设置燃料箱(31)在移动箱解(23)内的移动距离的比例数值，由丝杆机构来执行。

7.按照权利要求3所述的低速安全飞行器，其特征是：在发动机罩(22)的进气口，设由柔性塑料注塑成型的风扇(21)，风扇(21)的轴可在动力支架(33)上作自由转动，当发动机罩(22)进气口有气流流动时，风扇(21)即能转动起来，可起到大型涡扇发动机的真实效果，并在发动机罩(22)受到外力变形时，风扇(21)可相应改变形状，当外力失去时，又恢复原状。