CN109334954A - 喷气式垂直起落无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷气式垂直起落无人机，是一种在专利ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”工作原理基础上的喷气式垂直起落无人机。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：安装具有专利ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”文件中定义的左、右全动副翼，在固定翼飞机的机首部或者机尾部安装的喷气式发动机时同样可以使用矢量喷气式发动机实现固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的直线上的推力、推力分量，可以对固定翼飞机施加足够的以机体转向轴即飞机Z轴的或平行直线上的旋转力矩。

Description

喷气式垂直起落无人机
（一）技术领域
本发明涉及一种喷气式垂直起落无人机，是一种在专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”工作原理基础上的喷气式垂直起落无人机。
（二）背景技术
目前，专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”虽然在理论、技术上实现了垂直起落的功能，但是我们在实用中提高飞行器的航速、保证机体强度是也个回避不了的矛盾，即怎样在喷气式航空器上使用专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”的工作方式实现喷气式垂直起落，和一种结构紧凑，动力强劲的喷气式垂直起落无人飞行器。
（三）发明内容
鉴于专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”的缺点与不足，本发明的目的是提供一种航空器使用喷气式发动机，同样按照专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”的起降方式垂直起降的航空器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种喷气式垂直起落无人机，是一种固定翼飞机，安装具有专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”文件中定义的左、右全动副翼，其特征是，发动机固定在固定翼飞机的机首部或者机尾部，固定的发动机通过整体旋转或者矢量喷口喷射，实现沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行线上施力并可以沿机体俯滚转轴即飞机X轴的平行线上施力，即可以在0至90度范围内自由施力的发动机，并且发动机通过整体旋转或者矢量喷口喷射锁定在飞机Y轴、飞机X轴平行线上推力、施力。
在固定翼飞机的机首部或者机尾部安装有喷气式发动机或者螺旋桨发动机，安装的喷气式发动机或者螺旋桨发动机在伺服器、减速齿轮箱、舵机伺服器、液压控制驱动***作用控制下，使发动机整体旋转并可以锁定的方式实现固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的推力、推力分量 与滚转轴即飞机X轴的平行直线上的推力之间的转换 。
固定翼飞机的机首部或者机尾部安装的喷气式矢量发动机，所安装的矢量喷气式发动机可以实现0至90度范围内矢量喷射、施力，即固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的直线上的推力、推力分量与滚转轴即飞机X轴的平行直线上的推力之间的转换。
在固定翼飞机的机首部或者机尾部固定的喷气式发动机或者螺旋桨发动机距离飞机重心有足够的距离，使发动机在旋转或者矢量喷射后沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上施力，可以对固定翼飞机施加足够的以机体转向轴即飞机Z轴的或平行直线上的旋转力矩。
进一步的，本喷气式垂直起落无人机的重心与左、右全动副翼机翼在稳定旋转时候形成的升力中心重合，这样才可以保证在本喷气式垂直起落无人机高速自转是是稳定的圆形的基本要求。
在本喷气式垂直起落无人机的重心前部与后部机体中设置有重心调节油箱，并且在机载电脑控制下根据本喷气式垂直起落无人机自身旋转或者平飞的要求实时调节重心位置，达到最佳的飞行效果。
专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”文件中定义的左、右全动副翼如下：
飞机的左、右全动副翼分别由左、右翼根至左、右翼尖部分组成，即左、右全动副翼分别是整个左机翼与整个右机翼，或者平行于机体滚转轴即飞机X轴的直线对称切割左、右机翼，从左、右机翼切割面分别至左、右机翼的翼尖部分，即由左翼切割面向所在左翼机翼外侧分割的部分左机翼与同样对称分割的部分右机翼，分别作为左全动副翼与右全动副翼，左、右全动副翼分别对称安装在可以独立向正、负两个方向旋转90度的左、右主轴上，左、右全动副翼主轴分别对称安装在控制其向正负相反两个方向旋转的伺服装置上，并受其控制，并且左、右主翼，左、右全动副翼，左、右全动副翼主轴，与左、右伺服装置有对称的结构与对称的组装。
航空发动机或者航模发动机安装使用现有成熟技术即可，涡桨发动机的安装参考美国海军陆战队的V-22鱼鹰的倾转发动机的安装形式，辅助动力***驱动互联传动轴，驱动涡桨发动机的倾斜角度，进而驱动螺旋桨的倾斜角度，在0至90度范围内变化，即螺旋桨推力或者拉力在X轴、Y轴之间自由转换，实现矢量拉力或者推力功能，在航模中可以使用舵机、电机减速齿轮箱实现V-22辅助动力***驱动互联传动轴的功能即可。
对于喷气式发动机，发动机喷口转向技术0至100度范围内转换，早在上世纪五六十年代的英国鹞式战斗机、前苏联的雅克-38垂直起落战斗机，以及前苏联90年代的雅克-141战斗机，及近期美国洛克希德马丁公司的F-35垂直起落战斗机均已经成熟应用，并且装备部队或者早已经退役，均是世人皆知的成熟技术了，在百度与相关航空科普杂志均可以查阅的到，附有相关百度图片等等做证明。发动机安装使用借鉴航空发动机安装的成熟技术即可，此技术早在上世纪40年代的德国Me-262第一代喷气式战斗机上就开始应用并发展了，在近期的巡航导弹如美国战斧式巡航导弹上更是被小型化了，所以同样是早已是世人皆知的成熟技术了。
本发明喷气式垂直起落无人机垂直起降飞行包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在平飞状态；
（2）左、右全动副翼分别在各自伺服装置控制下以分别正负旋转相应对称并小于90度的适当角度；
（3）固定翼飞机的机首部或者机尾部固定的喷气式发动机通过旋转或者矢量喷口沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行线上施力；
（4）迫使飞机以飞机转向轴即Z轴或者其平行直线为轴旋转，旋转方向以主翼向下产生推力为准；
（5）调节发动机功率，同时对称调节左、右全动副翼的相应角度，达到调节飞机升力大小的目的，进而控制飞机继续垂直升高或者缓慢垂直降落或者悬浮空中的目的。
进一步的，本发明喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态，全动尾翼处于与飞机旋转圆相切的状态；
（2）当喷气式垂直起落无人机的一侧全动机翼部分旋转至接近欲实现的螺旋线外侧时候，瞬间加大内侧全动机翼的螺距即桨距角或者减小外侧全动机翼的螺距即桨距角，即瞬间实现向欲实现的螺旋线外侧的合力加大，施力方向以实现瞬间向螺旋线外侧施力为准，施力大小以当喷气式垂直起落无人机运动轨迹接近或者重合平滑的螺旋线为准；
（3）瞬间施力后，随即恢复内外侧全动机翼的螺距，准备下一个周期的操作；
（4）反复重复步骤（2）、（3）；
（5）喷气式垂直起落无人机逐渐接近或者按照理论的螺旋线运动，在与上升运动结合，实现了喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动路线；
（6）当圆锥螺旋线的运动半径足够大，对于机体结构强度可以完全承受时候，减低喷气式垂直起落无人机自转速率，并顺势将全动尾翼转动至与直线Z轴，转向轴平行的状态，将矢量喷气式发动机的为喷口转至与X轴，滚转轴平行的状态，喷气式垂直起落无人机进入正常状态飞行。
进一步的，具有专利：2015207683907，“一种飞机机尾”定义的全动垂直尾翼，本发明喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态，全动尾翼处于与飞机旋转圆相切的状态；
（2）当喷气式垂直起落无人机的垂直尾翼部分旋转至接近欲实现的螺旋线外侧时候，瞬间调节旋转全动尾翼，施力方向以实现瞬间向螺旋线外侧施力为准，施力大小以当喷气式垂直起落无人机运动轨迹接近或者重合平滑的螺旋线为准；
（3）瞬间施力后，随即恢复全动尾翼与飞机旋转圆相切的状态，准备下一个周期的操作；
（4）反复重复步骤（2）、（3）；
（5）喷气式垂直起落无人机逐渐接近或者按照理论的螺旋线运动，在与上升运动结合，实现了喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动路线；
（6）当圆锥螺旋线的运动半径足够大，对于机体结构强度可以完全承受时候，减低喷气式垂直起落无人机自转速率，并顺势将全动尾翼转动至与直线Z轴，转向轴平行的状态，将矢量喷气式发动机的为喷口转至与X轴，滚转轴平行的状态，喷气式垂直起落无人机进入正常状态飞行。
如上所述实现了专利：201620743149.3，“舰载机起飞结构”中描述的“圆锥螺旋线运动”，即在喷气式垂直起落无人机自身旋转上升过程中，整体按照三维空间的圆锥螺旋线方式运动，最终实现由自身旋转运动到直线运动的转变，或者在降落过程中逆向操作、运动实现由直线运动到降落的过程。
具有重要意义。
进一步的，本发明喷气式垂直起落无人机调节平稳自身旋转飞行包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机初步处在自身旋转状态；
（2）因为左翼全动副翼是平衡的，机载电脑控制下，通过机体内部的油量调节泵，控制飞机首部、尾部的重量分布，使喷气式垂直起落无人机重心与飞机自身旋转的圆心重合；
（3）喷气式垂直起落无人机以自身旋转状态时，稳定、平滑不再摆动、振动为调节标准；
（4）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态。
本发明的有益效果是，提供一种在专利ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”工作原理基础上的喷气式垂直起落无人机，并且具有航速高，结构强度好，整机结构均匀合理的实用设计，因为是喷气式发动机，其推重比高，阻力小必然可以实现高速的自我旋转式的垂直爬升，和改平飞后高速的水平飞行速度，较专利ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”一定会有质的进步、飞跃，甚至可以发展成为下一代喷气式垂直起落无人战斗机。并且实现了专利：专利：201620743149.3，“舰载机起飞结构”中描述的“圆锥螺旋线运动”，并且使用了两种操作方法实现，所以对于喷气式垂直起落无人机的应用具有重要发展意义与启示作用。
（四）附图说明
图1是本发明喷气式垂直起落无人机喷气发动机旋转并锁定的方式安装解剖图。
图2是本发明喷气式垂直起落无人机矢量喷气发动机的方式安装解剖图。
图3是本发明喷气式垂直起落无人机整体示意图。
图4是本发明喷气式垂直起落无人机自身盘旋并整体做圆锥螺旋线运动的俯视示意图。
图5是本发明喷气式垂直起落无人机安装使用市售电动喷气式发动机安装示意图。
图6是美军现役F-35战斗机矢量发动机矢量喷嘴垂直地面特写照片。
图7是美军现役F-35战斗机矢量发动机矢量喷嘴垂直地面并且空中悬停特写照片。
图8是美军现役F-35战斗机矢量发动机矢量喷嘴连拍特写照片。
图9是前苏联雅克-141垂直起落战斗机内部结构图。
图10是前苏联雅克-141垂直起落战斗机使用矢量喷气式发动机并悬停空中照片。
图11是前苏联雅克-38垂直起落战斗机矢量发动机工作在悬停状态时候示意图。
图中，1 . 安装在飞机尾部的旋转并锁定功能的喷气式发动机，2 . 安装在飞机尾部的矢量喷气式发动机，3 . 矢量喷气式发动机向飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的直线上的推力状态，4 . 右全动副翼，5.处于与飞机旋转圆相切状态的全动尾翼，6.电动喷气式发动机控制舵机，7.匝紧电动喷气式发动机，并固定舵机盘的紧固箍，A. 相对于飞机螺旋线外侧，B. 相对于飞机螺旋线内侧，。
（五）具体实施方式
以图2，图5为例，一种喷气式垂直起落无人机，安装专利ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”文件中定义的左、右全动副翼（4），左、右全动副翼（4），的面积、质量较大时候，驱动安装V-22鱼鹰倾转旋翼发动机的设计，使用液压辅助动力驱动装置驱动左、右全动副翼（4）的螺距即桨距角，在其尾部安装固定矢量喷气式发动（2），安装喷口旋转90度的矢量发动机，具体发动机安装使用雅克-141或者F-35喷气式发动机安装与选用的发动机与安装方式、结构即可，发动机矢量喷口喷射方向为与飞机Y轴平行方向，即固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的直线上的推力、推力分量与滚转轴即飞机X轴的平行直线上的推力之间的转换 。按照相关资料、照片、视频说明，明显可以看到雅克-141或者F-35、雅克-38等喷气式战斗机的矢量喷气式发动机轻松实现在飞机X轴与飞机Z轴（偏航轴）平行线上的锁定、并推力与飞行、悬停状态，将悬停状态的飞机Z轴（偏航轴）平行线上的悬停推力方向改为飞机Y轴的平行直线上的推力即可；锁定在飞机X轴平行线上直线推力、飞行就更加是基本的性能，操作按照说明书上述操作步骤，就可以实现旋转起飞，圆锥螺旋线飞行到直线飞行的变换。
见图5 ，制作模型飞机时候，使用淘宝售卖电动喷气发动机（1），在发动机外部包裹紧固箍，紧固箍（7），并受舵机（6）控制，市售舵机（6）都具有舵机盘，并且可以最少在0至120度范围内自由转动，期间任意角度锁定功能，将紧固箍（7）使用螺丝与舵机（6）的舵机盘紧固为一体，或者在舵机盘的对面紧固箍（7），再使用木螺丝进一步左、右紧固，更好的结合上电动喷气发动机（1），舵机（6）再紧固在，模型机体框架上，这样电动喷气发动机（1）、紧固箍（7）、受舵机（6）就是一个完整的整体，实现0至90度范围自由转动，并且任意角度锁定的功能，舵机的重量要轻，结构强度与发动机功率、重量相互匹配。
电动喷气发动机（1）也可以使用KV值较低的无刷电机与螺旋桨的安装形式取代，市售舵机（6）也可以使用步进电机与减速组结合的安装方式取代，步进电机可以精确的控制旋转步数，旋转的角度，通过与减速组放大旋转力矩，加强结构，锁定旋转角度、状态就可以实现精确控制电动喷气发动机（1）的喷射角度，并且任意角度锁定的功能。
这样完成在飞机X、Y轴的水平面上不小于0至90度之间自由旋转，配上相应的遥控器，就完成了喷气式垂直起落无人机的制作。

Claims (9)

1.一种喷气式垂直起落无人机，是一种固定翼飞机，安装具有专利：ZL2015203521439，“垂直起落固定翼飞机”文件中定义的左、右全动副翼，其特征是，发动机固定在固定翼飞机的机首部或者机尾部，固定的发动机通过整体旋转或者矢量喷口喷射，实现沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行线上施力并可以沿机体俯滚转轴即飞机X轴的平行线上施力，并且发动机通过整体旋转或者矢量喷口喷射锁定在飞机Y轴、飞机X轴平行线上推力、施力。
2.根据权利要求1所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是：在固定翼飞机的机首部或者机尾部安装有喷气式发动机或者螺旋桨发动机，安装的喷气式发动机或者螺旋桨发动机在伺服器、减速齿轮箱、舵机伺服器、液压控制驱动***作用控制下，使发动机整体旋转并可以锁定的方式实现固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的推力、推力分量 与滚转轴即飞机X轴的平行直线上的推力之间的转换 。
3.根据权利要求1所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是：固定翼飞机的机首部或者机尾部安装的喷气式矢量发动机，所安装的矢量喷气式发动机可以实现0至90度范围内矢量喷射、施力，即固定翼飞机机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上的直线上的推力、推力分量与滚转轴即飞机X轴的平行直线上的推力之间的转换 。
4.根据权利要求1所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是：在固定翼飞机的机首部或者机尾部固定的喷气式发动机或者螺旋桨发动机距离飞机重心有足够的距离，使发动机在旋转或者矢量喷射后沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行直线上施力，可以对固定翼飞机施加足够的以机体转向轴即飞机Z轴的或平行直线上的旋转力矩。
5.根据权利要求1所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是：在本喷气式垂直起落无人机的重心前部与后部机体中设置有重心调节油箱，并且在机载电脑控制下根据本喷气式垂直起落无人机自身旋转或者平飞的要求实时调节重心位置，达到最佳的飞行效果。
6.根据权利要求1所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是，本喷气式垂直起落无人机垂直飞行包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在平飞状态；
（2）左、右全动副翼分别在各自伺服装置控制下以分别正负旋转相应对称并小于90度的适当角度；
（3）固定翼飞机的机首部或者机尾部固定的喷气式发动机通过旋转或者矢量喷口沿机体俯仰轴即飞机Y轴的平行线上施力；
（4）迫使飞机以飞机转向轴即Z轴或者其平行直线为轴旋转，旋转方向以主翼向下产生推力为准；
（5）调节发动机功率，同时对称调节左、右全动副翼的相应角度，达到调节飞机升力大小的目的，进而控制飞机继续垂直升高或者缓慢垂直降落或者悬浮空中的目的。
7.根据权利要求6所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是，本发明喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态，全动尾翼处于与飞机旋转圆相切的状态；
（2）当喷气式垂直起落无人机的一侧全动机翼部分旋转至接近欲实现的螺旋线外侧时候，瞬间加大内侧全动机翼的螺距即桨距角或者减小外侧全动机翼的螺距即桨距角，即瞬间实现向欲实现的螺旋线外侧的合力加大，施力方向以实现瞬间向螺旋线外侧施力为准，施力大小以当喷气式垂直起落无人机运动轨迹接近或者重合平滑的螺旋线为准；
（3）瞬间施力后，随即恢复内外侧全动机翼的螺距，准备下一个周期的操作；
（4）反复重复步骤（2）、（3）；
（5）喷气式垂直起落无人机逐渐接近或者按照理论的螺旋线运动，在与上升运动结合，实现了喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动路线；
（6）当圆锥螺旋线的运动半径足够大，对于机体结构强度可以完全承受时候，减低喷气式垂直起落无人机自转速率，并顺势将全动尾翼转动至与直线Z轴，转向轴平行的状态，将矢量喷气式发动机的为喷口转至与X轴，滚转轴平行的状态，喷气式垂直起落无人机进入正常状态飞行。
8.根据权利要求6所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是，具有专利：2015207683907，“一种飞机机尾”定义的全动垂直尾翼，本发明喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态，全动尾翼处于与飞机旋转圆相切的状态；
（2）当喷气式垂直起落无人机的垂直尾翼部分旋转至接近欲实现的螺旋线外侧时候，瞬间调节旋转全动尾翼，施力方向以实现瞬间向螺旋线外侧施力为准，施力大小以当喷气式垂直起落无人机运动轨迹接近或者重合平滑的螺旋线为准；
（3）瞬间施力后，随即恢复全动尾翼与飞机旋转圆相切的状态，准备下一个周期的操作；
（4）反复重复步骤（2）、（3）；
（5）喷气式垂直起落无人机逐渐接近或者按照理论的螺旋线运动，在与上升运动结合，实现了喷气式垂直起落无人机实现圆锥螺旋线运动路线；
（6）当圆锥螺旋线的运动半径足够大，对于机体结构强度可以完全承受时候，减低喷气式垂直起落无人机自转速率，并顺势将全动尾翼转动至与直线Z轴，转向轴平行的状态，将矢量喷气式发动机的为喷口转至与X轴，滚转轴平行的状态，喷气式垂直起落无人机进入正常状态飞行。
9.根据权利要求6所述的喷气式垂直起落无人机，其特征是，本发明喷气式垂直起落无人机调节平稳自身旋转飞行包括如下步骤：
（1）喷气式垂直起落无人机初步处在自身旋转状态；
（2）因为左翼全动副翼是平衡的，机载电脑控制下，通过机体内部的油量调节泵，控制飞机首部、尾部的重量分布，使喷气式垂直起落无人机重心与飞机自身旋转的圆心重合；
（3）喷气式垂直起落无人机以自身旋转状态时，稳定、平滑不再摆动、振动为调节标准；
（4）喷气式垂直起落无人机处在以自身重心为圆心的稳定旋转状态。
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