一种载人气垫式飞机及其转向操纵方法

技术领域

本发明涉及新型飞行器起降技术领域，特别是气垫式起落系统及其滑跑转向控制方法，具有草地、水面、冰面起降与转向功能。

背景技术

气垫式起落系统发展于上世纪70年代，该系统由风机与安装在机身底部的环形气囊构成，环形气囊上布满小的排气孔。当飞行器接近起降平面时，风机将高压气体送入环形气囊中，随后气体从排气孔进入由气囊与起降平面构成的封闭空间中，这使气体压强再次增大直到能够将飞行器完全垫升在起降平面之上。气囊环绕机身，使得与起降平面的接触面积增大，从而减小了接触应力。这种独特的起降方式使得飞机能够在水面，冰面等特殊环境起降。本发明正是基于气垫式起落系统的特点，将其与中小型运输机结合，使其具备特殊环境的起降能力。同时将进气口放置于机身尾部，并设计转向喷管，不仅保留了机身中部的运载空间，还提供了有效的滑跑转向方案。

国内关于气垫式起落系统的专利较少。专利号为CN110667557A的《气垫式起落系统操纵装置及方法》中提出了一种航向流量通气管，具备转向能力。但该结构的航向流量通气管贯穿气垫体以及增压室，且安装于飞机机身中部，这导致其力臂较小，若想达到预期转向效果，需增大流量，但这又导致了整体系统流量损失过大。此外，由于增压室内气体压强并不是处处相同，位于机身底部的航向通气管在实行转向功能时，容易引起机身滚转，不利于操纵。风机进气口位于中段机身处，占据了较多的运载空间，在载人飞行器上的使用出现了一定的局限性，且进气口垂直于增压室，空气流通易紊乱。专利号为CN110667559A的《气垫式起落系统地面转向装置及其控制方法》中提出了一种位于气垫体底部的转向轮装置，该装置使得飞行器在地面上具备了转向能力。但是该结构在水面以及冰雪地面将失效，只能在摩擦力较大的地面使用。专利号为CN109733376A的《一种两栖飞机的可收回式围裙结构》提出了一种弧形刚性面与柔性气囊一体，由微型电动葫芦收回气囊的装置，该装置在用于亚音速飞机时，由于机身较窄，前、后段气囊需要做成弧形，这导致弧形刚性面没有统一的转轴可旋转，若将其分割成沿周向的若干小段又会使得结构十分复杂。此外，若弧形刚性面太长，飞机在地面收回气囊时会与地面碰撞，且地面降落的缓冲行程不足，太短则无法完全覆盖排气孔道。本专利在机身两侧安装可旋转的内、外盖板，靠风机反转吸气回收气囊，既能满足飞行时贴合机身，也解决了盖板与地面碰撞的问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种载人气垫式飞机及其转向操纵方法，能够适用于各种起飞降落环境，解决了现有固定翼飞机起飞降落环境单一的问题，并改进了气垫式起落系统的转向方式，使其具备了多种环境下的转向能力，同时减小了用于转向的流量损耗，避免了由转向引起的滚转问题；还增加了气垫式起落系统的可操纵性。

本发明的技术方案为：所述载人气垫式飞机的机身的底部固定连接有环形的气囊2，所述气囊2上开设有多个排气孔3；

所述载人气垫式飞机的机身尾部的顶面上开设有进气口5，所述进气口5内设有风机1；所述机身内部设有输气管道7以及增压室8，所述增压室8经输气管道7连接所述进气口5，所述增压室8处在气囊2的上方，并且开设在增压室8底部的泄流孔9连通所述气囊2；

这样，风机开始工作产生气流通过输气管道进入增压室并从泄流孔流入气囊，空气使气囊膨胀并由排气孔排出，当空气充满由环形气囊和起降平面围成的空腔时，空气持续增压直至将飞机垫升于起降平面之上并从间隙处溢出空腔，这样便在气垫体和起降平面之间形成动态平衡的高压空气层；

在所述载人气垫式飞机的机身尾部还设有一对沿机身中心对称分布的转向喷管4，所述转向喷管4的一端连接进气口5，另一端则设于机身尾部的侧表面上，在所述转向喷管4中设有流量调节阀6。这样，飞机进行方向操纵时，通过传感器实时测出飞机偏航角度，通过控制器打开转向喷管流量调节阀控制气体的排放产生推力来控制飞机滑跑方向，并控制风机转速以保证气垫式起落系统正常工作。

进一步的，所述排气孔3包括内排气孔和外排气孔，所述外排气孔开设在气囊2的外侧表面上，所述内排气孔开设在气囊2的内侧表面上。从而借助外排气孔在降落时进行排气泄压，借助内排气孔则可使得空气充满由环形的气囊和起降平面围成的空腔。

进一步的，所述增压室8平行于机身布置，所述进气口5垂直于机身布置，所述输气管道7的两端分别固定连接在增压室8的后部以及进气口5的底部。这样，空气并不会自上而下直接冲击入增压室中，而是需要经过输气管道的传输，从而使空气传输更加稳定，相较于传统的气垫增加了空气流通的稳定性。

进一步的，所述转向喷管4中心所处的高度与机身重心所处的高度一致。这样，转向喷管4内置流量调节阀，并紧靠进气口，既拥有足够长的力臂，减小流量损耗，也避免了转向时引起机身滚转，可具备更大的流量以及转弯力矩且具有可调节性。

所述载人气垫式飞机的机身的底部还设有用于收容所述气囊2的折叠收起机构，所述折叠收起机构包括分设在气囊2两侧的一对内盖板13以及一对外盖板14，所述内盖板13平行于机身长度方向设置，并且与机身转动连接，所述外盖板14的顶缘与内盖板13转动连接；当所述气囊2完全收容在折叠收起机构内时，一对外盖板14相对接；

在所述载人气垫式飞机还固定安装有内置电机的整流盒12，所述电机通过传动机构连接内盖板13以及外盖板14。具体可在整流盒12中设置分别用于驱动内盖板13、外盖板14的数个电机，或者是对传动机构的传动比进行选择设定，使得内盖板13、外盖板14以不同的角速度同步运动。

本发明还提供了一种载人气垫式飞机的转向操纵方法，包括以下过程：

当飞机接近起降平台时，内、外盖板打开旋转至预定位置，风机开始工作产生气流通过输气管道进入增压室并从泄流孔流入气囊，空气使气囊膨胀并由排气孔排出，当空气充满由环形气囊和起降平面围成的空腔时，空气持续增压直至将飞机垫升于起降平面之上并从间隙处溢出空腔，这样便在气垫体和起降平面之间形成动态平衡的高压空气层；

飞机进行方向操纵时，通过传感器实时测出飞机偏航角度，通过控制器打开转向喷管流量调节阀控制气体的排放产生推力来控制飞机滑跑方向，并控制风机转速以保证气垫式起落系统正常工作。

在地面时飞机垫升在停机墩上，反转风机后同时旋转内、外盖板使得两者在有限的离地高度下收回。

本发明专利将风机进气口后移，在保障飞行器总体重心合理的前提下，保留了中段机身的运载空间。输气管道与进气口、增压室相切，增加了空气流通的稳定性，且后方转向喷管放于飞行器重心相同高度，既拥有足够长的力臂，减小流量损耗，也避免了转向时引起机身滚转。相较于传统起落架减小了机身结构重量，增加了飞行器的运载能力。相较于以往气垫式起落系统的安装方案，保留了机身中段的运载空间，增大了气垫式起落系统的实用价值，增设了气囊收缩装置，保障了飞机高速飞行时的气动特性。其有益效果在于：

一、用气垫式起落系统代替了传统轮式起落架，减小了飞机总体质量，使飞机具备多栖起降功能、气囊收回功能并保留了飞机的运载空间与气动外形，实现远海、沙漠等地区的人员运输与救援。

二、用气垫式起落系统代替了传统轮式起落架，减小了起降平面所受应力，使飞机具备多栖起降功能。

三、进气口放置于飞机尾部，保留了机身中部的运载空间，拓展了气垫式飞机的可实际应用场景，如冰面、沙漠、远海的人员运输与救援。

四、输气管道两端分别与进气口、增压室相切，相比于以往垂直式进气，气流传输更稳定。

五、水平放置于机身尾部的转向喷管不受起降环境局限，适用于各种起降环境，且能耗更低、操纵性更好。

六、气囊依靠风机反转现实收回，并由可旋转的内、外盖板压紧贴合机身，保障的飞机高速飞行性能。

七、内、外盖板旋转至一定角度可以作为人员上下飞机的通道。

八、内、外盖板还可以有效防止液体飞溅。

从整体上来说，本案的运载空间大，在结构上具有稳定平缓的进气管道，能够在各种场景适用的、力矩更大的、无滚转力矩的转向喷管，可收缩气囊外加一对能够保证气动外形、旋转自由、可作为上下扶梯、防止液体飞溅的挡板。最终，可以将气垫式飞机的应用场景实际拓展到沙漠中心、中远海、雪地等复杂环境，能够开展救援与物资输送。克服了传统气垫飞机通用性差、不具备远途的救援能力的缺陷，尤其在中远海航程，相较于AG600，本案也具有着更高速、更安全以及更节能的优点。

附图说明

图1是本发明的全机图。

图2是本发明的全机半剖面图。

图3是本发明的进气系统结构图。

图4是本发明的盖板三种形态图。

图中标号名称：1、风机，2、气囊，3、排气孔，4、转向喷管，5、进气口，6、流量调节阀，7、输气管道，8、增压室，9、泄流孔，10、停机墩，11、地面垫升平台，12、整流盒，13、内盖板，14、外盖板，15、机门，16、地面停机平台或水面。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明结构如图1至图4所示，载人气垫式飞机包括气垫式起落系统以及转向喷管，其中气垫式起落系统的进气口5垂直位于机身尾部，并通过输气管道7与增压室8连接，输气管道分别与进气口、增压室相切。增压室位于飞机中段的底部，并在下端开设两个对称的泄流孔9，其面积与进气口面积相同。气囊2上开有对称分布的排气孔3，并且气囊与机身侧壁和底部固定相连，所述排气孔3包括内排气孔和外排气孔，所述外排气孔开设在气囊2的外侧表面上，所述内排气孔开设在气囊2的内侧表面上。转向喷管4水平放置于飞机重心同一平面，转向喷管的进气口与输气管道相通，且喷管内设置有流量调节阀6。在机身两侧安装有整流盒12，其前后两端内有由电机控制的齿轮转轴，转轴连接内盖板13，内盖板的外侧两端同样由齿轮转轴与外盖板14连接。机门15安装在机身的左侧位置。

本发明还提供了一种气垫式起落系统操纵方法，包括以下过程：当飞机从准备起飞时，电机驱动内、外盖板一起旋转至完全打开的角度，随后启动风机，风机开始工作产生气流通过输气管道进入增压室并从泄流孔流入气囊，空气使气囊膨胀并由排气孔排出，当空气充满由环形气囊和起降平面围成的空腔时，空气持续增压直至将飞机垫升于起降平面之上并从间隙处溢出空腔，这样便在气垫体和起降平面之间形成动态平衡的高压气垫；飞机在高压气垫的作用下离开停机墩，在转向喷管的作用下旋转，并由发动机驱使到起飞跑道准备起飞；当飞机离开起飞平面后，风机反转抽气使得气囊紧贴机身，随后电机驱动内、外挡板压紧气囊至贴合机身。当飞机降落接近起降平台时，内、外盖板打开，风机充气；当飞机欲停靠在停机墩上时，先在垫升状态下到达指定位置，随后风机停止，飞机停靠，随后内、外盖板同时旋转收回气囊并包裹机身。飞机进行方向操纵时，通过传感器实时测出飞机偏航角度，通过控制器打开转向喷管流量调节阀控制气体的排放产生推力来控制飞机滑跑方向，并控制风机转速以保证气垫式起落系统正常工作。当飞机在水面上进行救援任务时，内、外盖板可旋转至一定位置充当人员上下机的扶梯。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。