一种基于电磁驱动的碟型飞行器

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种基于电磁驱动的碟型飞行器。

背景技术

当前我国促进航空低碳减排、保障绿色环境对以民用飞机为主的航空装备提出了迫切需求，其中新能源飞行器作为一种以实现未来零碳排放飞行为目标的绿色航空技术新型飞行器，代表了我国绿色低碳航空运输业的发展需求以及先进飞行器技术的发展方向。

如中国专利公开号为CN102424111A，公开了一种柔性蝶形飞行器，涉及一种飞行器，设有十字形支撑架、主体动力系统、飞行控制系统、外罩、外罩动力系统和起落架系统；所述十字形支撑架、主体动力系统、飞行控制系统和外罩动力系统均设于外罩内；所述主体动力系统设有4个发动机、4个旋翼、能源装置；所述飞行控制系统设有飞行控制电脑和传感器组件。

上述对比文件中公开的蝶形飞行器，主要采用传统涡轮发动机驱动或电机驱动模式，存在着功率低、动力传动系统复杂、飞行速度低等问题；此外从飞机的构型来看，旋翼采用的是一种一端固定一端自由的悬臂式薄壁梁结构，这种构型大且容易变形和结构根部连接区域的集中高载，都严重制约气动和结构设计效率的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于电磁驱动的碟型飞行器，以解决现有的新能源民用飞机设计中驱动模式较为传统，以及飞机构型气动及结构效率低的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种基于电磁驱动的碟型飞行器，包括静止结构，且静止结构内设置有多个舱室用于安置人员及货物，还包括：

轴承固定架，所述轴承固定架套设在静止结构上，所述轴承固定架通过多向连接环与静止结构相连，且多向连接环通过连接销轴与静止结构相连；

旋转结构，所述旋转结构转动设置在轴承固定架上，所述旋转结构包括上下对称设置的上旋转结构和下旋转结构，所述上旋转结构和下旋转结构的旋转方向相反，且上旋转结构和下旋转结构均包括从外向内依次设置的外部电磁驱动舱、中部叶片舱和端部轴承，所述外部电磁驱动舱内设置有多个用于驱动旋转结构进行转动的电磁件，且端部轴承转动连接在轴承固定架上。

优选的，所述连接销轴包括横向连接销轴和纵向连接销轴，且多向连接环通过横向连接销轴和纵向连接销轴与静止结构相连。

优选的，所述外部电磁驱动舱为密闭舱室，中部叶片舱上下畅通，侧壁密封形成气流涵道。

优选的，多个叶片沿中部叶舱的周向均匀阵列设置在中部叶舱内，且上旋转结构与下旋转结构内的叶片上下扭曲方向相反。

优选的，所述叶片采用多层叶片阵列涵道设计，且每个叶片两端均固定，以实现最大限度提高升力。

优选的，所述电磁件为电磁铁，所述外部电磁驱动舱内还设置有用于为电磁铁通电的蓄电池。

优选的，所述电磁铁阵列设置在外部电磁驱动舱内，且上旋转结构内的电磁阵列N级与下旋转结构内的电磁阵列S级为上下斜错交叉排列设置，其中N级与N级之间以及S级与S级之间提供相互排斥的斜向力，N级与S级之间提供相互吸引的斜向力。

优选的，所述相互排斥的斜向力与相互吸引的斜向力大小相等，使得对上旋转结构的合力F向左，对下旋转结构的合力F向右，以实现上旋转结构与下旋转结构高速旋转，且旋转方向相反。

优选的，所述静止结构舱室的底部设有荷载舱门，所述静止结构的底部设置有可伸缩或折叠的支撑杆。

本发明的有益效果：本发明提供的一种基于电磁驱动的碟型飞行器，通过将外部电磁驱动舱布置在结构的最外部，极大的提高了作用力臂，使得所提供的转动力矩与传统电机相比得到了极大的提高；且外部电磁驱动舱内的电磁件能够直接带动旋转结构旋转，使得中部叶片舱内的叶片产升力和向前推动的动力，其间没有复杂的变速和力矩传递齿轮系统，具有相对优异的能源使用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的剖面图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的电磁铁阵列。

图中：1、静止结构；2、旋转结构；21、电磁驱动舱；22、中部叶片舱；23、端部轴承；3、轴承固定架；4、多向连接环；51、横向连接销轴；52、纵向连接销轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1、图2、图3所示，一种基于电磁驱动的碟型飞行器，包括静止结构1，且静止结构1内设置有多个舱室用于安置人员及货物，舱室包括：客舱、货舱、驾驶舱、起落架舱及上下连接通道等，还包括：

轴承固定架3，轴承固定架3套设在静止结构1上，轴承固定架3通过多向连接环4与静止结构1相连，且多向连接环4通过连接销轴与静止结构1相连；

旋转结构2，旋转结构2转动设置在轴承固定架3上，

静止结构1与旋转结构2之间设有轴对称的环状连接结构4，三者之间具有一定的间隔且通过横向和纵向的销轴依次成对相连，由于该飞行器主要采用的桁架结构型式及其均匀分散的结构布置及其受力形式尤其是旋转引起的惯性力，使得这样的结构设计可以有效利用碳纤维复合材料优异的单向高强度和高模量性能；且由于该飞行器结构基本上为轴对称结构，因而可以大大减少零部件的种类及其制造方法，从而能极大地减低制造以及维护运营成本。可以理解的是，这里电磁驱动碟型飞行器具体制造涉及的尺寸、材料、加工工艺等，显然不构成对本申请具体保护范围的限制。

具有优异的结构设计，本实施例的结构设计除了压力舱及其它的舱室设计之外，主要的承力结构可以桁架结构型式来实现，从根本上而言具有优异的结构设计效率；由于其受力形式主要是旋转引起的惯性力，使得其结构设计可以更有效的利用碳纤维复合材料的单向高强度和高模量性能；由于整体为轴对称结构，极大减少了零部件的种类及其制造方法，降低了制造以及维护运营成本。

旋转结构2包括上下对称设置的上旋转结构和下旋转结构，上旋转结构和下旋转结构的旋转方向相反，以保证系统总的角动量为零，且上旋转结构和下旋转结构均包括从外向内依次设置的外部电磁驱动舱21、中部叶片舱22和端部轴承23，外部电磁驱动舱21内设置有多个用于驱动旋转结构2进行转动的电磁件，中部叶片舱22内放置有多个叶片，且端部轴承23转动连接在轴承固定架3上。

通过将外部电磁驱动舱21布置在结构的最外部，极大的提高了作用力臂，使得所提供的转动力矩与传统电机相比得到了极大的提高；且外部电磁驱动舱21内的电磁件能够直接带动旋转结构2旋转，使得中部叶片舱内22的叶片产升力和向前推动的动力，其间没有复杂的变速和力矩传递齿轮系统，具有相对优异的能源使用效率。

在本发明的一个优选实施例中，连接销轴包括横向连接销轴51和纵向连接销轴52，且多向连接环4通过横向连接销轴51和纵向连接销轴52与静止结构1相连，横向连接销轴51和纵向连接销轴52提高了多向连接环4与静止结构1之间连接的牢固性。

旋转结构2的外缘呈现菱形状，能最大限度克服行进中的诱导阻力和摩擦阻力，其不同边长及内角对飞行器气动阻力的影响不同，因此在设计菱形的外形尺寸时，需要充分考虑其对飞行器阻力性能的影响，这里电磁驱动碟型飞行器具体制造涉及的外形尺寸，显然不构成对本申请具体保护范围的限制。

在本发明的另一个优选实施例中，外部电磁驱动舱21为密闭舱室，中部叶片舱22上下畅通，侧壁密封形成气流涵道，即竖向为壁板结构，横向为桁架结构。

多个叶片沿中部叶舱22的周向均匀阵列设置在中部叶舱22内，且上旋转结构与下旋转结构内的叶片上下扭曲方向相反，使得上下叶片阵列虽然旋转方向相反，但其产生的拉力均向上。

旋转结构2上中部叶舱22区域布置的气动叶片阵列，其布置方案及叶片外形尺寸的不同对飞行器气动性能的影响产生差异，所以在设计飞行器旋转结构2时，需要充分考虑其对飞行器气动性能的影响。

在本发明的再一个优选实施例中，叶片采用多层叶片阵列涵道设计，且每个叶片两端均固定，以实现最大限度提高升力。

具有优异的气动设计，叶片两端固定，避免了悬臂式叶片变形导致的气动效率的下降以及相关的振动问题；通过布置多个和多层叶片阵列，具有更高的气动力输出；叶片阵列布置在单个通道之内，没有传统直升机旋翼产生的气流向四周的扩散的问题，具有优异的升力提供效率；由于采用碟形设计，飞行器在行进过程中具有较小诱导阻力，且由于自身的高速旋转更容易克服其前行的摩擦阻力。

需要说明的是，电磁件为电磁铁，外部电磁驱动舱21内还设置有用于为电磁铁通电的蓄电池，电磁铁阵列设置在外部电磁驱动舱21内，且上旋转结构内的电磁阵列N级与下旋转结构内的电磁阵列S级为上下斜错交叉排列设置，其中N级与N级之间以及S级与S级之间提供相互排斥的斜向力，N级与S级之间提供相互吸引的斜向力，相互排斥的斜向力与相互吸引的斜向力大小相等，使得对上旋转结构的合力F向左，对下旋转结构的合力F向右，以实现上旋转结构与下旋转结构高速旋转，且旋转方向相反。

具有优异的电磁驱动功率；本实施例通过将通电电磁铁布置在结构的最外部，极大提高了作用力臂，使得所提供的转动力矩与传统电机相比得到了极大的提高；空间容量的增加，使得系统的输出功率具有更大的设计空间；通电电磁铁直接带动旋转叶片产升力和向前推动的动力，其间没有复杂的变速和力矩传递齿轮系统，具有相对优异的能源使用效率。

需要说明的是，静止结构1舱室的底部设有荷载舱门(图中未示出)，静止结构1的底部设置有可伸缩或折叠的支撑杆(图中未示出)，支撑杆在飞行器垂直起飞后收起，在垂直着陆时放开。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。