CN112429217A - 一种双层旋翼结构的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种双层旋翼结构的飞行器，包括机舱，机舱内设有动力装置，动力装置包括驱动组件、曲柄轮与连接杆，连接杆固定于曲柄轮上，驱动组件驱动曲柄轮转动，机舱顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞行单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的下层旋翼，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于机舱，第二飞行单元包括传动杆、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的上层旋翼，转动轴承一固定于传动杆上端，传动杆下端穿过套筒，并铰接于连接杆上，传动杆与套筒之间通过直线轴承连接，驱动组件驱动传动杆在套筒内作垂直上下动作，使上层旋翼与下层旋翼之间产生相对的张合运动。

Description

一种双层旋翼结构的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种双层旋翼结构的飞行器。

背景技术

飞行器的升力装置是一种基于空气动力学的装置，根据结构可以分为固定翼和旋翼，固定翼飞行器一般具有机身以及对称设置的固定翼，由推进器提供动力以获得较大的飞行速度和机动性。其飞行原理在于固定翼与空气之间存相对的速度，空气与固定翼的各面相互作用产生升力从而使飞机获得飞行能力。固定翼飞行器的缺陷在于不能在空中悬停，需要在跑道上滑行起飞或降落以及机场设施建设的支持。旋翼飞行器如直升机，特点在于起飞时无需跑道，可以在空中悬停，其动力***包括发动机和旋翼，发动机驱动旋翼旋转产生向下的作用力，该作用力即升力克服地球引力使飞机离地飞行。其缺陷在于巡航速度较低，载重量不高，效率较低，但对地面设施的依赖度很少。

自转旋翼机是结合了固定翼和旋翼两种方式的飞行器，其主要结构包括了旋翼、轮式起落架和推进器，推进器驱动自转旋翼机在跑道上滑行，滑行过程中空气与旋翼叶片相互作用，空气可以推动旋翼叶片旋转，而旋翼叶片旋转则相对滑行方向产生作用力，当旋翼叶片的转速足够高时，该作用力使飞机升空从而实现飞行。其优点是对起飞跑道要求较低但仍旧需要滑行距离，而且不能在空中悬停应用范围有限。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种双层旋翼结构的飞行器，有效解决现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：

一种双层旋翼结构的飞行器，包括机舱，机舱内设有动力装置，动力装置包括驱动组件、曲柄轮与连接杆，连接杆固定于曲柄轮上，驱动组件驱动曲柄轮转动，机舱顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞行单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的下层旋翼，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于机舱，第二飞行单元包括传动杆、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的上层旋翼，转动轴承一固定于传动杆上端，传动杆下端穿过套筒，并铰接于连接杆上，传动杆与套筒之间通过直线轴承连接，驱动组件驱动传动杆在套筒内作垂直上下动作，使上层旋翼与下层旋翼之间产生相对的张合运动，机舱尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置。

根所上述方案，所述下层旋翼与上层旋翼的结构相同，其上侧平面为扰流翼面，下侧平面为扇动翼面，扰流翼面由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面和扇动翼面在纵向的投影平面呈非对称结构。

根所上述方案，所述扰流翼面与扇动翼面的前侧缘相互闭合构成前翅缘，扰流翼面与扇动翼面的后侧缘相互闭合构成后翼尾，扰流翼面前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘。

根所上述方案，所述扇动翼面与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

根所上述方案，所述驱动组件包括人力驱动单元，人力驱动单元通过传动结构连接于曲柄轮。

根所上述方案，所述驱动组件包括电力驱动单元，电力驱动单元通过传动结构连接于曲柄轮。

根所上述方案，所述驱动组件包括人力驱动单元与电力驱动单元，人力驱动单元与电力驱动单元分别通过传动结构连接于曲柄轮。

根所上述方案，所述机舱内设有座椅以及操纵杆，操纵杆通过连杆组件连接于转动轴承二，连杆组件包括连杆一与连杆二，操纵杆连接于连杆一，连杆一连接于连杆二，连杆二连接于转动轴承二。

根所上述方案，所述推进装置包括连杆、驱动电机与尾翼，连杆固定于机舱尾部，驱动电机与尾翼固定于连杆上，驱动电机驱动尾翼旋转。

根所上述方案，所述机舱底部设有起落架，起落架包括雪撬式起落架。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，通过驱动组件驱动曲柄轮转动，在曲柄轮的驱动与套筒的限位作用下，实现拉动传动杆在套筒内作垂直上下往复动作，进而实现带动转动轴承一以及转动轴承一两侧的上层旋翼垂直上下往复动作，可使上层旋翼绕转动轴承一作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，其结构简单且紧凑，成本低。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明飞行装置运行状态示意图；

图3是本发明飞行装置剖视图；

图4是本发明旋翼剖视图。

图中：1.机舱；2.起落架；3.连杆；4.驱动电机；5.尾翼；6.上层旋翼；7.下层旋翼；8.转动轴承一；9.传动杆；10.转动轴承二；11.套筒；12.人力驱动单元；13.电力驱动单元；14.连杆一；15.连杆二；16.座椅；17.操纵杆；18.曲柄轮；19.连接杆；20.扰流翼面；21.扇动翼面；22.前翅缘；23.后翼尾；24.直线轴承。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例一：

如图1至图4所示，本发明所述一种双层旋翼结构的飞行器，包括机舱1，机舱1内设有动力装置，动力装置包括驱动组件、曲柄轮18与连接杆19，连接杆19固定于曲柄轮18上，所述驱动组件驱动曲柄轮18转动，机舱1顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞行单元包括套筒11、转动轴承二10以及对称固定于转动轴承二10两侧的下层旋翼7，转动轴承二10固定于套筒11，套筒11固定于机舱1，第二飞行单元包括传动杆9、转动轴承一8以及对称固定于转动轴承一8两侧的上层旋翼6，转动轴承一8固定于传动杆9上端，传动杆9下端穿过套筒11，并铰接于连接杆19上，传动杆9与套筒11之间通过直线轴承24连接，驱动组件驱动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，使上层旋翼6与下层旋翼7之间产生相对的张合运动，机舱1尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，通过驱动组件驱动曲柄轮18转动，在曲柄轮18的驱动与套筒11的限位作用下，实现拉动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，进而实现带动转动轴承一8以及转动轴承一8两侧的上层旋翼6垂直上下往复动作，使上层旋翼6绕转动轴承一8作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，其结构简单且紧凑，成本低。

在本实施例中，所述下层旋翼7与上层旋翼6的结构相同，其上侧平面为扰流翼面20，下侧平面为扇动翼面21；扰流翼面20由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面20的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面20和扇动翼面21在纵向的投影平面呈非对称结构。采用这样的结构设置，驱动组件驱动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，当上层旋翼6在上升时，其扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20前部曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差推动上层旋翼6向前运动，使上层旋翼6以转动轴承一8为中心单向旋转；当上层旋翼6在下降时，其扇动翼面21与下方空气相互作用，上层旋翼6的旋转运动结合下行运动使扇动翼面21形成矢量攻角C，且该矢量攻角C使扇动翼面21与空气之间产生竖直向上的作用力；上层旋翼6将驱动组件的上下往复运动转化为自身的旋转运动，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的，由于上层旋翼6与下层旋翼7之间产生相对的张合运动，进而带动下层旋翼7以转动轴承二10中心单向旋转，进而可提高升力效果。

在本实施例中，所述扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘相互闭合构成前翅缘22，扰流翼面20与扇动翼面21的后侧缘相互闭合构成后翼尾23；扰流翼面20前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘22。采用这样的结构设置，前翅缘22为曲面从而分别接续扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘，前翅缘22的存在可以提高翼型旋翼的结构强度，且前翅缘22处于旋翼旋转方向的前侧，曲面前翅缘22可以降低旋翼旋转时所受到空气阻力，提高驱动装置的动力转化效率。如图4所示，图示中X方向为翼型结构的弦长方向，图示中Z方向为翼型结构的展长方向。所述扰流翼面20沿X方向截面的轮廓线相对于旋翼的旋转平面呈曲线形，其轮廓线的最高点沿Z方向构成翼展经线H，该翼展经线H处于扰流翼面20的前部曲面上且靠近前翅缘22，从而使扰流翼面20呈前后非对称结构。旋翼在上升时，所述扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20的翼展经线H前后两侧之间产生压力差，且该压力差推动旋翼向前运动，两个旋翼同向作用以转动轴承为中心单向旋转。

在本实施例中，所述扇动翼面21与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。所述旋翼在转动轴承上具有一个攻角C，攻角C以扇动翼面21相对于旋翼的旋转平面进行计算。所述在旋翼启动后上下往复运动，扰流翼面20向上运动，空气流动经过扰流翼面20在翼展经线H前后两侧产生压强差，该压强差对旋翼构成一个向前推动力使旋翼转动，此时，前翅缘22相对空气产生差速从而对旋翼构成阻力，推进力克服阻力则驱动旋翼旋转；所述扇动翼面21向下运动，在旋翼转速很低时，攻角C使空气相对于扇动翼面21作用力基本垂直于旋翼的旋转平面，则下层空气对旋翼向前旋转运动造成阻力很小，由此旋翼可以在上下往复运动一段时间后获得较高的转速。当旋翼转速较高时，扇动翼面21既存在向下运动还存在向前运动，二者叠加形成的矢量运动相对于旋翼旋转平面的矢量角大于攻角C，即旋翼的旋转速度越快扇动翼面21产生的升力更大，通过控制旋翼的上下运动频率可以提高旋翼的转速进而改变旋翼产生的升力。

在本实施中，所述驱动组件包括人力驱动单元12，人力驱动单元12通过传动结构连接于曲柄轮18。采用这样的结构设置，通过驾驶员人力操控人力驱动单元12动作，使其带动曲柄轮18转动，成本非常低。

在本实施中，所述机舱1内设有座椅16以及操纵杆17，操纵杆17通过连杆组件连接于轴承二10，连杆组件包括连杆一14与连杆二15，操纵杆17连接于连杆一14，连杆一14连接于连杆二15，连杆二15连接于轴承二10。采用这样的结构设置，可通过操纵杆17对轴承二10起到微调作用，进而实现可以控制飞行器的飞行姿态。

在本实施中，所述机舱1尾部设有单推进装置，单推进装置包括连杆3、驱动电机4与尾翼5，连杆3固定于机舱1尾部，驱动电机4与尾翼5固定于连杆3上，驱动电机4驱动尾翼5旋转。采用这样的结构设置，通过驱动电机4驱动尾翼5旋转，可给飞行器提供推力，使飞行器向前飞行。

实际应用中，驱动电机4驱动尾翼5旋转，使飞行器向前飞行时，会导致飞行器的飞行装置产生后倒角，会发生不平稳状态，相当于弦翼机功能，此时，可通过操纵杆17对轴承二10起到微调作用，进而实现调节飞行装置的后倒角。

在本实施中，所述机舱1底部设有起落架2，起落架2包括雪撬式起落架。采用这样的结构设置，起到升空时的支撑以及下降时的缓冲效果。

实施例二：

在本实施中，所述驱动组件包括电力驱动单元13，电力驱动单元13通过传动结构连接于曲柄轮18。采用这样的结构设置，通过电力驱动单元13带动曲柄轮18转动，可以节省人力。

本实施二除了驱动组件与实施一不同以外，其余结构与工作原理均与实施一相同，不作重复描述。

实施例三：

在本实施中，所述驱动组件包括人力驱动单元12与电力驱动单元13，人力驱动单元12与电力驱动单元13分别通过传动结构连接于曲柄轮18。采用这样的结构设置，既可以单独通过人力驱动单元12带动曲柄轮18转动，又可以单独通过电力驱动单元13带动曲柄轮18转动，还可以通过人力驱动单元12与电力驱动单元13同时带动曲柄轮18转动，其功能多样化选择。

本实施三除了驱动组件与实施一不同以外，其余结构与工作原理均与实施一相同，不作重复描述。

以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双层旋翼结构的飞行器，包括机舱(1)，其特征在于：

所述机舱(1)内设有动力装置，所述动力装置包括驱动组件、曲柄轮(18)与连接杆(19)，所述连接杆(19)固定于曲柄轮(18)上，所述驱动组件驱动曲柄轮(18)转动，所述机舱(1)顶部设有飞行装置，所述飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，所述第一飞行单元包括套筒(11)、转动轴承二(10)以及对称固定于转动轴承二(10)两侧的下层旋翼(7)，所述转动轴承二(10)固定于套筒(11)，所述套筒(11)固定于机舱(1)，所述第二飞行单元包括传动杆(9)、转动轴承一(8)以及对称固定于转动轴承一(8)两侧的上层旋翼(6)，所述转动轴承一(8)固定于传动杆(9)上端，所述传动杆(9)下端穿过套筒(11)，并铰接于连接杆(19)上，所述传动杆(9)与套筒(11)之间通过直线轴承(24)连接，所述驱动组件驱动传动杆(9)在套筒(11)内作垂直上下动作，使上层旋翼(6)与下层旋翼(7)之间产生相对的张合运动，所述机舱(1)尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置。

2.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述下层旋翼(7)与上层旋翼(6)的结构相同，其上侧平面为扰流翼面(20)，下侧平面为扇动翼面(21)；所述扰流翼面(20)由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面(20)的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面(20)和扇动翼面(21)在纵向的投影平面呈非对称结构。

3.根据权利要求2所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的前侧缘相互闭合构成前翅缘(22)，扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的后侧缘相互闭合构成后翼尾(23)；所述扰流翼面(20)前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘(22)。

4.根据权利要求2所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述扇动翼面(21)与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

5.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述驱动组件包括人力驱动单元(12)，所述人力驱动单元(12)通过传动结构连接于曲柄轮(18)。

6.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述驱动组件包括电力驱动单元(13)，所述电力驱动单元(13)通过传动结构连接于曲柄轮(18)。

7.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述驱动组件包括人力驱动单元(12)与电力驱动单元(13)，所述人力驱动单元(12)与电力驱动单元(13)分别通过传动结构连接于曲柄轮(18)。

8.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述机舱(1)内设有座椅(16)以及操纵杆(17)，所述操纵杆(17)通过连杆组件连接于转动轴承二(10)，所述连杆组件包括连杆一(14)与连杆二(15)，所述操纵杆(17)连接于连杆一(14)，所述连杆一(14)连接于连杆二(15)，所述连杆二(15)连接于转动轴承二(10)。

9.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述推进装置包括连杆(3)、驱动电机(4)与尾翼(5)，所述连杆(3)固定于机舱(1)尾部，所述驱动电机(4)与尾翼(5)固定于连杆(3)上，所述驱动电机(4)驱动尾翼(5)旋转。

10.根据权利要求1所述的一种双层旋翼结构的飞行器，其特征在于：所述机舱(1)底部设有起落架(2)，所述起落架(2)包括雪撬式起落架。

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