CN105984581A - 模块化复合式多旋翼混合动力飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用模块化系列制造多旋翼飞行器及复合式多旋翼混合动力飞行器的方法。采用核心模块、模组快速组配多旋翼飞行器，并通过加装复合动力装置组配复合式多旋翼混合动力飞行器模组。这些飞器模组既是独立飞行器可独立飞行，又是并联组配更大型不同型制飞行器的飞行器模组。

Description

模块化复合式多旋翼混合动力飞行器

技术领域

本发明涉及一种用模块化组配多旋翼飞行器及复合式多旋翼混合动力飞行器的方法。采用核心模块、模组快速组配多旋翼飞行器，并通过加装复合动力装置组配复合式多旋翼混合动力飞行器模组。这些飞行器模组既是独立飞行器可独立飞行，又是并联组配更大型不同型制飞行器的飞行器模组。

背景技术

飞行器发明一百多年来，极大地便利了人类的交通。从飞行方式上可分为：直升机、固定翼飞机、自旋翼飞机、复合式飞行器。能像直升机一样垂直起降，又能像飞机一样能够高速高效飞行的复合式飞行器一直是长期以来航空研究的重点。先后有不同类型的复合式飞行器面世如：美国的倾转旋翼机V-22；复合式直升飞机S-97，欧直的X3；喷气式战机F35等。

虽然复合式飞行器已经得到应用，但现有复合式飞行器均有其本身的缺陷，倾转类复合式飞行器除倾转中的安全因素外，旋翼升力和前飞阻力平衡牺牲了较大的效率；复合式直升机的构型特点并不能复制到大型飞行器上；喷气类垂直飞降复合式飞机除高燃耗外，对起降场地仍有一定的要求，限制了其应用。

多旋翼确实使直升机结构大大简化，但其有不可规避的问题：一是其仍是直升机范畴，不可能高效、高速度飞行；二是，其之所以能够实现结构简化是因为采用电机驱动。但限于现有储能技术，多旋翼飞行器虽然有较好的飞行特性，但飞行时限、载荷均非常有限，实用性很差，如使用传统动力模式反而使结构复杂化。其次现有布局结构对大型化仍有限制。

本发明引入复合式模块化设计，将多旋翼飞行器进行复合化设计，实现了多旋翼飞行器与混合动力推进模组相结合，发明出了复合式多旋翼飞行器。使其具有了直升飞机的特性，能够垂直起降、悬停，又能高速、高效前飞。

本发明并从结构设计上充分考虑到便利性应用，将基础飞行器作为模组，可进行多种并联组配，构型出不同型制的多旋飞行器、复合式多旋翼混合动力飞行器。横向并联装配及复合式飞行模式为实现大载荷、长航时提供了实现方法。

发明内容

本发明提供一种方法并设计出核心模块及模组，通过模块和模组组合，组装出核心飞行模组，飞行模组既是一款飞行器，亦可由核心飞行器模组根据不同任务需求并联组合多旋翼飞行器或模块化复合式多旋翼混合动力飞行器。并针对相应飞行器组合机型，开发模块化飞行控制***，对不同组合通过切换或安装对应控制***，实现飞行控制。极大的拓展了飞行器的应用范围。本发明由于实现了复合式飞行模式，使多旋翼飞行器的飞行优势与固定翼飞行器的优势加以结合，克服了多旋翼机的航时、载荷、飞行速度及固定翼飞机不能垂直起降的问题。本发明对飞行器模组、模块并联式组合方式突破了现有多旋翼飞行器增加旋翼所带来的结构限制，且任务挂载具有更大灵活性。

复合式模块化多旋翼混合动力飞行器在民用、安保、军事等多领域均将有较大的应用空间。

附图说明

图1：核心模块及模组

图一:核心模块及模组标注

1——旋翼模组：旋翼模组是由桨叶、旋翼头、驱转电机等组成。

2——翼舱模组：是固定机翼，又具有飞行器舱室功能，内部可布设电传飞控***，飞行器储电***。翼舱下设有挂架连接孔。用于连接挂架加装挂载。

3——复合式混合动力推进舱模组：是一个动力推进***舱组合，其上布设有推进器、发动机、燃料箱、发电机动力推进控制***、货载舱、起落架。是模块化飞行器的重要模组之一。

4——旋翼安装架模块：用于连接旋翼模组、旋臂管模块、加强定位管模块的部件，上下两端为旋翼模组安装架，中部设有上、中、下三个管件安装孔用于安装旋臂管模块和加强定位管模块的部件，复合模式时上孔安装加强定位管模块加装尾翼。

5——连接架模块：用于安装折叠连接管模块、加强定位管模块，上部与翼舱模组连接。模块设上、下两孔，上孔安装折叠连接管模块，下孔安装加强定位管模块。顶部与翼舱模组装接。

6——折叠模组：用于旋臂折叠，一端连接折叠管连接模块，一端连接旋臂管模块。使旋臂实现折叠。

7——折叠连接管模块：用于安装折叠模组，装入连接架模块。

8——旋臂管模块：用于旋翼安装架模块与折叠模组连接。一端连接折叠机构模组，一端连接旋翼安装架模块。

9——加强定位管模块：用于加强旋翼臂承载力，并稳固定位，另用于复合式混合动力飞行器尾翼连接。

10——可转挂架模组：用于安装于翼舱模组下，用于加挂复合式混合动力推进舱模组。上部安装板十字布局，设有安装孔与翼舱相连，中部装有转轴。下部安装板一字布局，中部有转轴插孔，可***上部安装板转轴，下部安装板与复合式混合动力推进舱模组连接。上部连接板与下部连接板有对应的连接螺孔，每转动90度均可通过螺杆固连。

11——八旋翼起落架：用于八旋翼飞行器降落支承飞行器，连接于翼舱模组上。

12——紧固件模组：用于管件模块与其它物体紧固连接。

13——可折叠尾翼模组：复合式多旋翼混合动力飞行器的飞行控制翼面，垂尾可折叠。以加强定位管模块与多旋翼飞行器模组相连。

14——单旋翼升力模组：核心模块组装而成的多旋翼飞行器的基础升力模组。

15——共轴线双旋翼升力模组：组成共轴线多旋翼飞行器模组的基础升力模组，由核心模块、模组或单旋翼升力模组与旋翼模组组装而成。

16——四旋翼飞行器模组：由模块、模组组装的四旋翼飞行器模组，既是一款飞行器，也是并联组装其它飞行器的模组。

17——八旋翼飞行器模组：由模块、模组组装的八旋翼飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组。

18——复合式四旋翼混合动力飞行器模组：由模块、模组组装的复合式四旋翼混合动力飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组。

19——复合式八旋翼混合动力飞行器模组：由模块、模组组装的复合式八旋翼混合动力飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组。

图2：核心模块组装而成的多旋翼飞行器的基础升力模组14。

图3：共轴线双旋翼升力模组：组成共轴线多旋翼飞行器模组的基础升力模组，由核心模块、模组或单旋翼升力模组与旋翼模组组装而成的升力模组15。

图4：由模块、模组组装的四旋翼飞行器模组，既是一款飞行器，也是并联组装其它飞行器的模组16。

图5：由模块、模组组装的八旋翼飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组17。

图6：由模块、模组组装的复合式四旋翼混合动力飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组18。

图7：复合式八旋翼混合动力飞行器：由模块、模组组装的复合式八旋翼混合动力飞行器模组，也是并联组装其它飞行器的模组19。

图8：复合式四旋翼混合动力飞行器模组模块、模组标注

图9：四旋翼飞行器模组折叠多视图

图10：复合式四旋翼混合动力飞行器折叠图

图11：飞行器模组并联的复合式多旋翼混合动力飞行器示例。

图12：紧固件模组12。

图13：翼舱旋转挂架模组多视图10。

具体实施方式

升力模组组装：升力模组是由核心模块、组(见图1)组配而成。将折叠连接管模块7装入边接架模块5上孔两端等距后用紧固件模组13紧固，并在两端安装折叠模组6，在折叠模组6另一端分别安装旋臂管模块8，在旋臂管模块8两端分别安装旋翼安装架模块4，在旋翼安装架模块4上端分别安装旋翼模组1，并用加强定位管模块9从两端分别穿入旋翼安装架模块4和连接架模块5下孔紧固，组成一个单旋翼升力模组14。见图2；在单旋翼升力模组14的两个旋翼安装架模块4下部再加装两个旋翼模组1，组成一个共轴线双旋翼升力模组15，见图3。这两种升力模组与其它模块、模组装配，可组成不同任务需求的飞行器。

多旋翼飞行器组装：用两个单旋翼升力模组14与翼舱模组2组装成一个四旋翼飞行器16，见图4；用两个共轴线双旋翼升力模组15加装翼舱模组2、八旋翼起落架模块11组装成一个共轴线八旋翼飞行器17，见图5。所组装的这两种飞行器即是一型独立多旋翼飞行器，也是用于模块化组装其它型飞行器的基础飞行器模组。

复合式多旋翼混合动力飞行器组装：四旋翼飞行器模组16翼舱2下通过可旋转挂架模组10加装复合式混动推进舱模组3并将两个紧固定位加强管模块9***四旋翼飞行器尾部旋翼安装架模块4的上孔用紧固件模组12紧固，将尾翼模组13安装于紧固定位加强管模块9的末端，组成一个复合式四旋翼混合动力飞行器18，见图6；用同样的方式，便可组装成一个复合式八旋翼混合动力飞行器19，见图7，只需折除八旋翼起落架模块11。上述两种飞行器除可单独作为独立飞行器使用外，也是模块化组装其它飞行器的基础飞行器模组。

用多旋翼飞行器模组并联组装其它应用飞行器：根据不同应用，可用多旋翼飞行器模组通过翼舱模组2横向并联组成新的飞行应用飞行器，可以是多旋翼飞行器，也可以是复合式多旋翼混合动力飞器。如图11。

升力模组与固定翼飞行器组合：以单旋翼升力模组14或共轴线双旋翼升力模组15，可与传统固定翼飞行器组合，顺翼展向对称匹配安装，使传统固定翼飞行器亦可组装成不依赖于机场的可垂直起降复合式飞行器。

飞行控制：上述飞行器的飞行控制可针对不同飞行应用，设计独立的飞行控制程序模块进行飞行控制，亦可针对飞行器不同模组型式集合开发，智能可切换相应控制***进行飞控应用。

复合式多旋翼混合动力飞行模式：复合式多旋翼混合动力飞行器具有垂直起降、悬停功能，其垂直起降、悬停升力是由多旋翼提供，通过电机驱动旋翼或螺旋桨产生升力实现垂直起降、悬停。根据需要，电机除电调调速外，可加装机械调速装置，亦可根据需要加装变总矩装置。

复合式混动推进舱提供前飞动力，由螺旋桨或喷气推进发动机提供推进力，当使用螺旋桨时，可采用后推式，亦可采用前拉式。当飞行器起飞后，需要前飞时，推进装置产生推力(拉力)，飞行器升力逐步向翼舱转移，多旋翼将大部分升力平滑转移至翼舱，此时旋翼调速至一合理的转速区，在来流下，多旋翼依靠来流保持稳定旋转速度，这时来流阻力一部分使旋翼产生升力，补充飞行器升力。高速前飞时，旋翼既不会产生前行激波也不会产生后行失速。此时的飞行模式既不是直升机模式，也不是飞机模式，而是直升飞机模式(复合飞行模式)。

混动舱除安装推进动力装置外亦可根据需要设置载人、载货空间。推进动力装置除提供前飞动力外，可带动发电设备向机载电池组补充电能。见图6、图7、图11。

飞行器模组折叠：本发明设计考虑易用和便携性，基础飞行器模组采用快速折叠方式便于携带和运输。基础飞行器模组只需将紧固定位加强管模块9拆抽后将旋臂向翼舱顺翼展方向折叠，与翼舱同向后再将紧固定位加强管模块9插装进下孔紧固，起到紧固、定位作用。复合式多旋翼混合动力基础飞行器只需将可转挂架10的定位螺栓放松后，将翼舱向任一方转向90度，然后上紧螺栓，再进行旋臂折叠。飞行器模组展开方式与折叠方式相反。上述翼舱转向折叠方式不仅限于手动，大中型机也可采用自动方式。其起落架亦可加装驱动，便于折叠后进行移动。见图9、图10。

紧固件模组：用于管件模块与其它物体紧固连接，由紧固夹套和紧固螺帽构成，紧固夹套为锥(锲)形中空管，内与连接件紧密贴合，外部成锥(楔)形，与所连接物上所开锥(楔)形孔贴合，并有多条收缩鏠，用于紧固螺帽后，使紧固夹套向内挤进，紧固两个所连物体。见图12

可转挂架：用于安装于翼舱模组下，用于加挂复合式混合动力推进舱模组。上部安装板十字布局，设有安装孔与翼舱相连，中部装有转轴。下部安装板一字布局，中部有转轴插孔，可***上部安装板转轴，下部安装板与复合式混合动力推进舱模组连接。上部连接板与下部连接板有对应的连接螺孔，每转动90度均可通过螺杆固连。见图13。

Claims (10)

1.翼舱模组：将多旋翼舱体设计成固定翼型制，内置电传飞控***及储电装置，前飞时产生升力，并作为基础飞行器组配模组及并联式飞行器并联模组。

2.旋翼安装架模块：该模块设有上、下两个插孔，上孔用于插装、紧固折叠连接管模块；下孔用于插装紧固定位加强管模块；顶部可与翼舱模组组接。

3.旋翼安装架模块：该模块中部设有上、中、下三孔，机尾后部上孔用于插装紧固定位加紧管模块，安装尾翼模组，该孔可在整机折叠拆卸尾翼后收纳紧固定位加紧管模块；中孔插装旋臂管模块；下孔用于插装紧固定位加强管模块，对旋臂起紧固、加强、定位作用。该模块还可在组装单旋翼飞行器模组时，下部用作起落架。

4.旋臂、复合式混动推进舱模组加强定位及折叠：旋臂通过拔出紧固定位加强管模块，折叠模组向内顺翼舱作90度折叠，再***紧固定位加强管模块紧固定位。复合式混动推进舱模组通过可旋挂架模块与翼舱相连，通过可旋挂架，在折叠时，可90度旋转，与翼舱翼展方向顺向，便于携带、运输。

5.多旋翼复合式飞行模式:采用复合式飞行的多旋翼飞行器，垂直起降采用直升机模式，前飞采用固定翼、旋翼复合升力模式。前飞时升力主要向翼舱平滑转移，旋翼亦产生部分升力。复合式多旋翼采用混合动力，垂直起降使用电力，前飞采用传统动力，前飞时由发电装置向储电装置补充电能。

6.八旋翼起落架模块：用于八旋飞行器模组及八旋翼飞行器并联模组的起落装置。

7.管架连接：旋翼安装架模块、折叠连接管模块、旋臂管模块、紧固定位加强管模块通过紧固件模组的紧固方式。

8.紧固件模组：用于物体连接，由紧固夹套和紧固螺帽构成，紧固夹套为锥(锲)形中空管，内与连接件紧密贴合，外部成锥(楔)形，与所连接物上所开锥(楔)形孔贴合，并有多条收缩鏠，用于紧固螺帽后，使紧固夹套向内挤进，紧固两个所连物体。

9.传统固定翼飞行器加装升力模组变型为复合式飞行器：单旋翼升力模组或共轴线双旋翼升力模组加装到现有固定翼飞行器机翼上，可将现有固定翼飞行器改型，使之变型成复合式多旋翼混合动力飞行器，可垂直起降、悬停。

10.飞行器模组横向并联组合新构型飞行器方式。用核心模块、模组装配的基础飞行器模组：四旋翼飞行器模组、八旋翼飞行器模组、复合式四旋翼混合动力飞行器模组、复合式八旋翼混合动力飞行器模组通过翼舱模组相并联并匹配相应飞控***，组合成不同构型、用途的飞行器。