一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器。

背景技术

现有的飞行器要实现垂直升降，一般是通过提供多个垂直的升力旋翼实现，在旋翼旋转过程中使飞行器垂直上升或下降。如果飞行器需要前进飞行时，要么通过姿态倾斜，使升力分量提供前进动力，类似直升机的原理；要么还需要提供专用的前进动力装置实现水平飞行。这两种平飞方式，第一种的平飞推进仅靠垂直螺旋桨提供升力和推力，效率较低；而第二种的平飞方式需要在飞行器上分别设置升降和推进螺旋桨等动力装置，势必会加大飞行器自身的重量，由于诸多外部结构的影响，还提高了飞行器在飞行过程中的阻力，增加飞行器在飞行过程中的能耗。而倾转旋翼技术能够较好满足起飞垂直和水平巡航两个阶段的不同动力需求，但对于大尺寸旋翼的倾转，类似美国“鱼鹰”飞机采用的两个旋翼的倾转动力，该类飞行器的控制困难、安全性较低。而采用较小尺寸的旋翼，需要较多数量，且需要在重心前后对称分布旋翼，方可降低垂起阶段的控制难度。然而多个旋翼的在安装布局上有着较大局限，尤其是尾部旋翼的倾转，布置更为困难。

因此，现有垂直起降的飞行器总体设计并不完善，在具体应用过程中由于自身的布局形式会造成极大的前进阻力，推进效率也极低，为了提高飞行器的飞行效率，同时提高飞行性能，需要对飞行器的总体布局进行优化改进，故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中的不足。

发明内容

为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明公开了一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器，旨在对飞行器的动力布局进行优化，使飞行器在垂直起降过程中能够更加平稳灵活，在前行过程中的阻力更小，提高飞行器的飞行性能，增加使用的便捷性。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器，包括机身，机身上设置机翼和尾翼，所述的机翼上对称设置有若干撑杆动力组件；所述的撑杆动力组件包括平行于机身长度方向固定设置在机翼上的撑杆，撑杆的前端设置有倾转螺旋桨，且撑杆的后端设置有固定式升力螺旋桨；所述的倾转螺旋桨在水平前进位置和垂直提升位置两个位置之间切换。

上述公开的垂直起降飞行器，通过设置撑杆动力组件提供起降的动力和前进的动力。撑杆前端的倾转螺旋桨可在切换至垂直提升位置时提供向上的升力，与撑杆后端的固定式升力螺旋桨共同为机身提供升力以实现垂直起飞或降落；在起飞过后，需要提供前进的动力时，倾转螺旋桨逐渐往水平前进位置切换，不断增加前进方向的分力，同时机翼产生一定的升力以保持机身的升力需求，最终飞机达到平飞状态，此时倾转螺旋桨切换至水平前进位置。

进一步的，本发明中所采用的撑杆动力组件是飞行器的动力来源，为了保证飞行器的动力输出，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的撑杆动力组件的数量至少为4。采用如此方案时，撑杆动力组件对称分布在机身两侧的机翼上，即两侧的机翼各自布设两套撑杆动力组件。

进一步的，当倾转螺旋桨位于垂直提升位置时，其桨叶水平旋转，周围一定范围内属于危险区域，为了提高飞行器人员上下的安全，对倾转螺旋桨的设置结构进行优化，此处举出其中一种可行的选择：当倾转螺旋桨切换至垂直提升位置时，倾转螺旋桨的桨叶位于机翼的上方。采用如此方案时，倾转螺旋桨的桨叶水平转动的高度一般高于人员的身高，人员在上下飞行器时与桨叶之间的安全距离更大，更有利于保证安全。

进一步的，本发明中所公开的机翼可采用多种结构，并不唯一确定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的机翼为固定式上单机翼。

再进一步，对机翼的结构进行细化改进，可采用如下一种可行的方案：所述的机翼的外侧舵面设置副翼。采用如此方案时，能够提高飞行器的飞行操控稳定性。

再进一步，对机翼的结构还可进行细化，可采用如下一种可行的方案：机翼上从副翼靠近机身的位置还设置有襟翼。采用如此方案时，能够进一步提高飞行器的低速性能，缩短垂直和水平飞行的转换时间。

进一步的，本发明所采用的尾翼可以是多种结构，用于辅助飞行器的飞行控制，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。采用如此方案时，飞行器的尾翼能够设置方向舵和升降舵，对飞行器的飞行航向、纵向等进行控制。

进一步的，本发明中所采用的尾翼还可以是如下一种可行的结构：所述的尾翼包括V形尾翼。

再进一步，为方便飞行器停靠，对机身的结构进行优化，此处举出如下一种可行的选择：所述的机身下部设置有轮式起落架。

按照本发明公开的方案，飞行器在起飞时，可通过倾转螺旋桨和固定式升力螺旋桨的共同作用实现提升。从提升状态切换至平飞状态的过程中，倾转螺旋桨逐渐由垂直提升位置切换至水平前进位置，进入平飞状态后固定式升力螺旋桨停止运转；由于只设置了一部分固定式升力螺旋桨，其造成的阻力较小，不会对飞行器的平飞造成过大的影响，在平飞过程中也可将固定式升力螺旋桨锁定在顺气流方向，进一步降低平飞阻力。在降落阶段，可逐渐切换倾转螺旋桨的角度，将其由水平前进位置切换至垂直提升位置，最终实现垂直降落；当不足以提供垂直降落所需的能量时，可不切换倾转螺旋桨至垂直提升位置，通过短距滑行的方式实现降落。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过撑杆动力组件上的倾转螺旋桨和固定式升力螺旋桨的组合，能够实现飞行器的垂直起降，平飞等动作，不仅能够大大的减小飞行器起飞所需的空间，还减小了平飞过程中受到的整体阻力。垂直起飞时前部和尾部的垂直升力螺旋桨共同作用，既满足起飞推力的需求，也解决了起降阶段的控制平衡问题，提高起降阶段安全性。平飞巡航时有多套水平推进装置，推重比高，飞行速度快，且有动力冗余，进一步提高系统安全性。而且模块化设计的撑杆动力组建，结构简单，可方便互换，进一步降低飞行器的成本。通过本发明提供的飞行器结构，大大地提高了飞行器的操控能力和飞行性能，提升了飞行器的安全性和使用灵活度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为飞行器在平飞状态的整体示意图(该状态下倾转螺旋桨位于水平前进位置)。

图2为飞行器的垂直升降状态的整体示意图(该状态下倾转螺旋桨位于垂直提升位置)。

图3为飞行器采用V形尾翼的结构示意图。

图4为撑杆动力组件的状态切换示意图。

上述附图中，各标记的含义是：1、垂直尾翼；2、水平尾翼；3、固定式升力螺旋桨；4、撑杆；5、倾转螺旋桨；6、轮式起落架；7、机身；8、机翼。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

实施例

针对现有垂直起降的飞行器存在操控可靠性较低，平飞阻力大的问题，本实施例提供了一种改进过后的飞行器。具体如下：

如图1、图2所示，本实施例公开了一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器，包括机身7，机身7上设置机翼8和尾翼，所述的机翼8上对称设置有若干撑杆动力组件；所述的撑杆动力组件包括平行于机身7长度方向固定设置在机翼8上的撑杆4，撑杆4的前端设置有倾转螺旋桨5，且撑杆4的后端设置有固定式升力螺旋桨3；所述的倾转螺旋桨5在水平前进位置和垂直提升位置两个位置之间切换。

上述公开的垂直起降飞行器，通过设置撑杆动力组件提供起降的动力和前进的动力。如图4所示，撑杆4前端的倾转螺旋桨5可在切换至垂直提升位置时提供向上的升力，与撑杆4后端的固定式升力螺旋桨3共同为机身7提供升力以实现垂直起飞或降落；在起飞过后，需要提供前进的动力时，倾转螺旋桨5逐渐往水平前进位置切换，不断增加前进方向的分力，同时机翼8产生一定的升力以保持机身7的升力需求，最终飞机达到平飞状态，此时倾转螺旋桨5切换至水平前进位置。

本实施例中所采用的撑杆动力组件是飞行器的动力来源，为了保证飞行器的动力输出，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的撑杆动力组件的数量至少为四。采用如此方案时，撑杆动力组件对称分布在机身7两侧的机翼8上，即两侧的机翼8各自布设两套撑杆动力组件。

当倾转螺旋桨5位于垂直提升位置时，其桨叶水平旋转，周围一定范围内属于危险区域，为了提高飞行器人员上下的安全，对倾转螺旋桨5的设置结构进行优化，此处采用其中一种可行的选择：当倾转螺旋桨5切换至垂直提升位置时，倾转螺旋桨5的桨叶位于机翼8的上方。采用如此方案时，倾转螺旋桨5的桨叶水平转动的高度一般高于人员的身高，人员在上下飞行器时与桨叶之间的安全距离更大，更有利于保证安全。

本实施例中所公开的机翼8可采用多种结构，并不唯一确定，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的机翼8为固定式上单机翼。

优选的，对机翼8的结构进行细化改进，本实施例采用如下一种可行的方案：所述的机翼8的外侧舵面设置副翼。采用如此方案时，能够提高飞行器的飞行操控稳定性。

对机翼8的结构还可进行细化，本实施例采用如下一种可行的方案：机翼8上从副翼靠近机身7的位置还设置有襟翼。采用如此方案时，能够进一步提高飞行器的操控稳定性。

本实施例所采用的尾翼可以是多种结构，用于辅助飞行器的飞行控制，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的尾翼包括水平尾翼2和垂直尾翼1。采用如此方案时，飞行器的尾翼能够设置方向舵和升降舵，对飞行器的飞行航向等进行控制。

优选的，为方便飞行器停靠，对机身7的结构进行优化，此处举出如下一种可行的选择：所述的机身7下部设置有轮式起落架6。

按照本实施例公开的方案，飞行器在起飞时，可通过倾转螺旋桨5和固定式升力螺旋桨3的共同作用实现提升。从提升状态切换至平飞状态的过程中，倾转螺旋桨5逐渐由垂直提升位置切换至水平前进位置，进入平飞状态后固定式升力螺旋桨3停止运转；由于只设置了一部分固定式升力螺旋桨，其造成的阻力较小，不会对飞行器的平飞造成过大的影响，在平飞过程中也可将固定式升力螺旋桨锁定在顺气流方向，进一步降低平飞阻力。在降落阶段，可逐渐切换倾转螺旋桨5的角度，将其由水平前进位置切换至垂直提升位置，最终实现垂直降落；当不足以提供垂直降落所需的能源时，可不切换倾转螺旋桨5至垂直提升位置，通过短道滑行的方式实现降落。

实施例2

本实施例公开了一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器，与实施例1中公开的方案不同之处在于：

如图3所示，本实施例中所采用的尾翼是如下一种可行的结构：所述的尾翼包括V形尾翼。

本实施例中其余未述及的特征与实施例1中相同，此处就不再赘述。

以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。