利用涵道唇口增加拉力的垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及利用涵道唇口增加拉力的垂直起降飞行器。

背景技术

近年来城市交通拥堵现象愈发严重，迫使人类探索新型城市交通方式。得益于日渐成熟的电池技术，城市空中交通将出行空间拓展到立体空间，成为目前最有前景的新型城市交通方式。

目前大部分城市空中交通飞行器采用升力+巡航构型，因为这种构型的飞行器技术较为成熟，也有部分设计将升力风扇置于机翼内部，减少升力风扇在巡航阶段对机体气动力的干扰，但是这些设计并未充分发挥升力风扇涵道的潜力。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供利用涵道唇口增加拉力的垂直起降飞行器，本发明以升力涵道风扇内嵌式联翼垂直起降飞行器为基础，利用具有涵道升力风扇垂直起降飞行器的构型优点，能够在垂直起降阶段增加升力风扇的额外拉力。当悬停时气流在升力风扇的抽吸作用下在唇口处形成绕流现象，产生一定升力，该升力矢量向风扇中心倾斜，其在轴向的分量产生额外的涵道拉力，水平分量由于对称分布相互抵消。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用涵道唇口增加拉力的垂直起降飞行器，包括机身、尾翼、联结翼、升力风扇、升力风扇涵道、推力风扇和推力风扇涵道；

所述联结翼呈菱形设置分别与机身的前端和后端连接，以将机身置于菱形联结翼中；

所述尾翼设于机身的尾部，所述推力风扇涵道设于尾翼的两侧，所述推力风扇设于推力风扇涵道内，且推力风扇的转动方向与飞行器的水平飞行方向一致；

所述升力风扇涵道设于联结翼上，所述升力风扇设于升力风扇涵道内，且升力风扇的转动方向与飞行器的升降飞行方向一致；所述升力风扇涵道的唇口曲线呈弧形曲线设置，靠近唇口前部，线条曲率越大，靠近唇口后部，线条曲率越小。

所述升力风扇涵道和相对应的升力风扇分别设有4组，分别设于菱形联结翼的四条边上。每组均设有两个升力风扇涵道和相对应的升力风扇。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明所述升力风扇涵道的唇口外形经过设计，在飞行器垂直起降阶段，即悬停或者有轴向来流状态下，气流经过升力风扇的抽吸作用或者来流在涵道唇口前部形成较强绕流，存在较大的吸力区域，而唇口后部曲率较小，吸力区域减小甚至消失，整个唇口形成的吸力矢量向中心轴部位倾斜，径向分量抵消，轴向分量最终形成额外拉力。因此，当气流流经升力风扇涵道的唇口时气流加速形成吸力，增加整体拉力。

本发明充分利用飞行器构型优势，仅需要对部件外形进行简单设计，涵道升力动力系统就能在悬停状态获得更高的推力和效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为涵道和唇口的结构示意图；

图3为涵道和唇口的截面示意图。

附图标记：1为机身，2为联结翼，3为升力风扇，4为推力风扇，5为尾翼，7为升力风扇涵道唇口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1～3所示，本实施例所述利用涵道唇口增加拉力的垂直起降飞行器，包括机身1、尾翼5、联结翼2、升力风扇3、升力风扇涵道、推力风扇4和推力风扇涵道；

所述联结翼2呈菱形设置分别与机身1的前端和后端连接，以将机身1置于菱形联结翼2中；

所述尾翼5设于机身1的尾部，所述推力风扇涵道设于尾翼5的两侧，所述推力风扇4设于推力风扇涵道内，且推力风扇4的转动方向与飞行器的水平飞行方向一致；

所述升力风扇涵道设于联结翼2上，所述升力风扇3设于升力风扇涵道内，且升力风扇3的转动方向与飞行器的升降飞行方向一致；所述升力风扇涵道唇口7曲线呈弧形曲线设置，靠近唇口前部，线条曲率越大，靠近唇口后部，线条曲率越小。具体地，本实施例中以直角坐标系为例，取双纽线距离坐标原点最远侧部分圆弧，约为双纽线长度1/8作为唇口曲线。

所述升力风扇涵道和相对应的升力风扇3分别设有4组，分别设于菱形联结翼2的四条边上。每组均设有两个升力风扇涵道和相对应的升力风扇3。

在飞行器垂直起降阶段，即悬停或者有轴向来流状态下，气流经过升力风扇的抽吸作用或者来流在升力风扇涵道唇口前部形成较强绕流，存在较大的吸力区域，而唇口后部曲率较小，吸力区域减小甚至消失，整个唇口形成的吸力矢量向中心轴部位倾斜，径向分量抵消，轴向分量最终形成额外拉力。

升力风扇涵道唇口形成的涵道拉力大小和唇口形状密切相关，在无来流或者轴向来流状态下，本发明设计的升力风扇涵道唇口比其他形状的唇口增加的推力为5％到18％之间，和无涵道开式升力风扇相比，可微推进系统提供接近一半的推力。

设计飞行器构型本身有升力涵道结构，因此只需要在原基础上对唇口进行设计，就可以在垂直起降阶段获得额外升力。