一种能垂直升降的特种飞机的制作方法

一种能垂直升降的特种飞机，属于飞行器技术领域，尤其涉及一种能垂直升降的特种飞机。

背景技术：

固定翼飞机虽然飞行速度快且航行时间长，但不能垂直起降和悬停；多旋翼飞行器虽然能垂直起降及在空中悬停，但其航行时间短，飞行速度慢，效率低；直升机能垂直起降，但结构复杂，操控难度大。虽然目前也有一些通过多旋翼飞行器和固定翼飞机直接结合起来的飞行器，但它们有一定的缺陷，在使用固定翼模式飞行时要停掉多旋翼部分的动力，这一部分就成了飞行器的负担。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种能垂直升降的特种飞机，其能够进行垂直升降，空中悬停，长时间、长距离巡航，安全性好。

一种能垂直升降的特种飞机，包括机身、机翼、尾翼、旋翼装置、前支撑架、后支撑架、前转臂机构、后转臂机构、牵引装置；

机翼布置在机身的上方；

旋翼装置包括多个螺旋桨，每个螺旋桨配套一个发动机；多个发动机采用分布式排列方式布局在机翼前方、机翼后方；

机翼前方的发动机通过发动机机座安装在前转臂机构上，前转臂机构与前支撑架的上端活连，前支撑架的下端与机身的前端固连，前支撑架呈l形；前支撑架也可以是机身的一部分；前转臂机构位于前支撑架与机翼的前缘之间；

机翼后方的发动机通过发动机机座安装在后转臂机构上，后转臂机构与后支撑架的上端活连，后支撑架的下端安装在机身的尾部；后支撑架也可以是机身的一部分；后转臂机构位于机翼的后缘与后支撑架之间；

当所有螺旋桨的转轴处于竖直向上位置时，机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨的位置都高于机翼，机翼前方的螺旋桨的位置低于机翼后方的螺旋桨的安装高度，或者机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨基本同高；

牵引装置包括牵引缆绳，牵引装置牵引前转臂机构和后转臂机构偏转从而带动机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨位置和朝向的变化，从而改变机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨产生的拉力的方向；更进一步地，为了固定方便和防护牵引缆绳，牵引缆绳套有护套；更进一步地，为了固定方便和改变牵引缆绳的拉扯方向，牵引装置还包括导轮，导轮上设有凹槽，牵引缆绳于凹槽中通过，导轮处设有挡板或防护罩，防止牵引缆绳脱离导轮凹槽。

机翼左右翼尖外侧也布置有发动机和螺旋桨，位于机翼的左右翼尖外侧的发动机通过支架与机身或机翼相连。

前支撑架和后支撑架上都装有限位装置，限位装置起限制前转臂机构和后转臂机构的转动角度的作用，前转臂机构的最大转动角度等于或略大于90°，后转臂机构的转动角度不超过45°。限位装置的一种结构是：在前支撑架或后支撑架上固定安装一根限位销，用以挡住前转臂机构或后转臂机构，限制它们的转动角度。前转臂机构的最大转动角度等于90°时的情形是指：前转臂机构转动使得机翼前方的螺旋桨的转轴在竖直状态和水平状态之间切换，使得机翼前方的螺旋桨的拉力方向在竖直向上和水平向前之间切换；前转臂机构的最大转动角度大于90°时方便所述特种飞机前飞时进行空中刹车或后飞，该情形是指：前转臂机构转动时使得机翼前方的螺旋桨的转轴在后倾状态和水平状态之间切换，使得机翼前方的螺旋桨的拉力方向在斜向后上方向和水平向前之间切换。后转臂机构的转动使得机翼后方的螺旋桨的转轴在竖直状态和前倾状态之间切换，使得机翼后方的螺旋桨的拉力方向在竖直向上和斜向前上方之间切换。

牵引缆绳的前后两端分别连接在前转臂机构和后转臂机构上。牵引缆绳前后两端分别系在前转臂机构和后转臂机构上的位置及牵引缆绳的长度应满足这三个条件：1、当机翼后方的螺旋桨的转轴处于竖直向上状态时，机翼前方的螺旋桨的转轴也处于竖直向上状态或稍向后倾斜，牵引缆绳处于拉紧状态，该状态机翼前方的螺旋桨的旋转平面竖向投影不会落在机翼上，而是在机翼前缘的前方或跟机翼前缘相切；2、当机翼前方的螺旋桨的转轴处于水平状态时，机翼后方的螺旋桨的转轴刚好处于向前倾斜设定的最大偏转角位置，此时机翼后方的螺旋桨处于最低位置，牵引缆绳处于拉紧状态，该状态机翼后方的螺旋桨的旋转圆盘的最前端与机翼的后缘靠近而不接触；3、前转臂机构的最大转动角度为90°或稍大于90°，后转臂机构的最大转动角度不超过45°。

更进一步地，机身上设有牵引缆绳定位装置，牵引缆绳定位装置能够将牵引缆绳的中段锁定在机身上标有飞行模式的标注处位置上，飞行模式标识包括“固定翼飞机模式”、“多轴飞行器模式”和“空中刹车或后飞模式”，这些模式采用文字标识，或采用数字或字母代码作标识，又或者用点来标枳。从前向后顺序是“固定翼飞机模式”、“多轴飞行器模式”和“空中刹车或后飞模式”。

更进一步地，在螺旋桨不工作时，且锁定装置也不工作或不起作用时，机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨处于自然状态会往下掉，为了防止牵引缆绳松散，在机身上飞行模式的标注处的前后附近位置各安装一个导轮，在机身上标有飞行模式的标注处的下方设置飞行模式操作手柄定位孔或定位用挂钩，在螺旋桨处于自然状态时，将飞行模式操作手柄拉向下方插入定位孔或勾在挂钩上，使牵引缆绳处于张紧状态。

牵引装置的操控方式至少有两种：采用机电装置如舵机、液压装置或气缸操控，或者直接用人力操控。用舵机操控时，将舵机的外壳安装在机身上，舵机的拐臂与牵引缆绳的中段相连，采用舵机控制牵引缆绳前后运动从而控制机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨倾转。用人力操控时，牵引装置还包括飞行模式操作手柄，便于人工操控飞行模式的转换。飞行模式操作手柄安装于牵引缆绳的中段位于牵引缆绳定位装置处，用手握住飞行模式操作手柄使牵引缆绳前后运动从而控制机翼前方的螺旋桨和机翼后方的螺旋桨倾转，根据飞行需要利用牵引缆绳定位装置将牵引缆绳锁定在机身上的飞行模式的相应标注处。

旋翼装置还包括多轴飞行器模式飞行控制器，用来控制各发动机的转速从而控制本发明特种飞机的飞行姿态。多轴飞行器模式飞行控制器主要在多轴飞行器模式和空中刹车或后飞模式时起作用。多轴飞行器模式飞行控制器安装在本发明特种飞机的重心位置或重心位置附近。

尾翼包括平尾和垂尾，用来控制平衡和控制方向及俯仰姿态的，主要在固定翼飞机模式时使用。

本发明特种飞机还配有传统的人工操控系统和固定翼飞机模式飞行控制器。固定翼飞机模式飞行控制器与机翼前方的发动机的转速控制器、机翼后方的发动机的转速控制器、尾翼舵机进行电的连接；固定翼飞机模式飞行控制器尽可能靠近所述特种飞机的重心安装；固定翼飞机模式飞行控制器的作用是用来控制机翼前方和后方的发动机的转速、控制尾翼的偏转从而控制本发明特种飞机的飞行姿态。

尾翼的偏转通过人工操控或采用固定翼飞机模式的飞行控制器控制。

在前转臂机构和前支撑架之间还配有锁定装置，能按要求将前转臂机构锁定在需要的位置，如多轴飞行器模式中能锁定前转臂机构和前支撑架之间的相对位置使机翼前方的螺旋桨的转轴锁定在竖直向上的状态，以免牵引缆绳长期受到拉力，而且，在牵引缆绳故障断掉的情况下机翼前方的螺旋桨的位置会被锁定而不会改变。

在后转臂机构和后支撑架之间也配有锁定装置，能按要求将后转臂机构锁定在需要的位置，如固定翼飞行模式向前飞行中能锁定后转臂机构的位置使机翼后方的螺旋桨锁定在最低位置，机翼后方的螺旋桨的转轴保持前倾状态，以免牵引缆绳长期受到拉力，而且，在牵引缆绳故障断掉的情况下机翼后方的螺旋桨的位置被锁定而不会改变。

前转臂机构和前支撑架之间配置的锁定装置采用电磁的形式或机械的形式。采用电磁的形式可以这样设置：在前支撑架上安装电磁铁，在前转臂的适当位置安装强力磁铁或磁性材料的金属，电磁铁通电将前转臂机构和前支撑架吸合锁定在一个相对位置，电磁铁断电就能解锁。采用机械的形式可以这样设置：在前支撑架上安装带弹簧的栓杆，在前转臂的适当位置开有与栓杆大小相匹配的孔，栓杆在弹簧的作用下插入前转臂上的孔即可锁住前转臂机构和前支撑架的相对位置，通过机械装置克服弹簧的弹力，拉出栓杆即可解锁，拉开栓杆可由人力通过钢丝绳操作或者通过液压或气压装置来操作栓杆的进出。

优选地，牵引缆绳采用钢丝绳，在适当位置钢丝绳上套有绳套。

后转臂机构和后支撑架之间配置的锁定装置的结构与前转臂机构和前支撑架之间配置的锁定装置的结构相同。

优选地，为了减少摩擦，前转臂机构与前支撑架之间通过轴承相连，后转臂机构与后支撑架之间也通过轴承相连。

在未启动旋翼装置时，由于前支撑架上装有限位装置，机翼前方的螺旋桨转轴处于竖直向上状态或向上后倾状态，人为地将后转臂机构抬高使机翼后方的螺旋桨转轴也处于竖直向上状态，此时采用后转臂机构和后支撑架之间配置的锁定装置将后转臂机构锁定使后转臂机构不下掉；

或者，利用前转臂机构和前支撑架之间的锁定装置将前转臂机构锁住使机翼前方的螺旋桨转轴处于水平向前状态，由于后支撑架上装有限位装置，后转臂机构自然掉下被限位装置挡住，此时机翼后方的螺旋桨转轴处于向前上方倾斜状态；

又或者，都不利用锁定装置，由于前支撑架上装有限位装置，前转臂机构被限位装置挡住，机翼前方的螺旋桨转轴处于竖直向上状态或向上后倾状态，由于后支撑架上装有限位装置，后转臂机构自然掉下被限位装置挡住，此时机翼后方的螺旋桨转轴处于向前倾斜状态，人为地将牵引缆绳的中段下拉勾挂到设置在机身上标有飞行模式的标注处位置的下方的飞行模式操作手柄定位孔或定位挂钩上，使牵引缆绳处于张紧状态。

在启动旋翼装置后，机翼前方的发动机工作带动机翼前方的螺旋桨高速转动，由于前转臂机构与前支撑架是活动连结的，此时机翼前方的螺旋桨所产生的拉力会带动前转臂机构作逆时针转动；由于牵引装置的牵引及限位装置的作用，前转臂机构最多转动到将机翼前方的螺旋桨的转轴达到水平向前状态；同时位于机翼后方的发动机也带动机翼后方的螺旋桨高速转动，机翼后方的螺旋桨所产生的拉力会使后转臂机构作顺时针转动，在牵引装置的牵引及限位装置的作用下，后转臂机构最多转动到将机翼后方的螺旋桨的转轴竖直朝上位置。

在旋翼装置启动后，由于牵引缆绳的两端连接着前转臂机构和后转臂机构，相对牵引缆绳的中段而言，机翼前方的螺旋桨产生的拉力使牵引缆绳向前，机翼后方的螺旋桨产生的拉力使牵引缆绳向后，牵引缆绳会处于张紧状态，通过往前或往后拉扯牵引缆绳来改变前转臂机构和后转臂机构的角度，用以改变旋翼装置为特种飞机提供拉力的方向。

在旋翼装置启动后，所有发动机都运转，机翼前方、机翼后方及机翼左右翼尖外侧位置的螺旋桨都工作。操作作用点在牵引缆绳的中段，将牵引缆绳往后拉，能将机翼前方的螺旋桨拉至其转轴处于竖直向上状态，同时机翼后方的螺旋桨的转轴也处于竖直向上状态，锁死牵引装置，利用牵引缆绳定位装置将牵引缆绳上的作用点（人工操作时位于飞行模式操作手柄位置）锁定在“多轴飞行器模式”标识处，还可启用前转臂机构和前支撑架之间的锁定装置，将前转臂机构锁定，此情形下，在多轴飞行器模式飞行控制器的控制下，该特种飞机可按多轴飞行器模式飞行，能顺利地完成垂直起降、空中悬停、定高旋转、前飞、后飞、侧飞等多种飞行姿态。

在旋翼装置启动后，机翼前方和机翼后方的螺旋桨都工作，将牵引装置往前拉，使得机翼前方的螺旋桨的转轴处于水平向前状态，同时机翼后方的螺旋桨的转轴处于向前倾斜状态，锁死牵引装置，利用牵引缆绳定位装置将牵引缆绳上的作用点（人工操作时位于飞行模式操作手柄位置）锁定在“固定翼飞机模式”标识处，还可启用后转臂机构和后支撑架之间的锁定装置，将后转臂机构锁定，此情形下，在固定翼飞机模式飞行控制器或/和人工操控传统的操控系统的控制下，该特种飞机可按类似固定翼飞机模式飞行，能顺利地完成短距滑跑起降、前飞、侧飞等飞行姿态。

所述特种飞机以类似固定翼飞机的模式进行飞行时，在位置高于机翼的机翼前方的一排螺旋桨的吹风作用下，加快机翼上表面上方的空气流速；机翼上表面上方的空气在位于机翼后方的一排螺旋桨的拉动下快速流往机翼的后下方，这样形成强大的下洗气流，能大大提高机翼的升力和效率。并且当机翼大迎角飞行时也不容失速；而且当机翼零迎角甚至负迎角飞行时也会产生足够的升力；

而且，位于机翼左右翼尖外侧的螺旋桨产生的气流向下，能避免翼尖涡流的产生，并能消除或削弱翼尖环流，使机翼的效率提高。

更进一步地，固定翼飞机模式时，由于机翼上表面存在主动的气流，可以采用展弦比很小的机翼，相对传统的飞机，机翼翼展小，弦长长，使得所述特种飞机机翼短的同时还能拥有较大的机翼面积，这样结构紧凑，强度也会好些。

优选地，旋翼装置上的发动机为电机，发动机机座就叫电机座了。每个电机驱动一个螺旋桨，每个电机配一个电子调速器，电子调速器与多轴飞行器模式飞行控制器相连。旋翼装置的螺旋桨、电机和电子调速器分成三组：分别是四旋翼组、双六旋翼组和平衡调节组，四旋翼组、双六旋翼组和平衡调节组各自单独由一个多轴飞行器模式飞行控制器控制。四旋翼组以类似x型的四轴旋翼飞行器的飞行模式控制，四旋翼组的4个电机中的两个电机分别布置在前转臂机构的电机座的左右两端，另两个电机分别布置在后转臂机构的电机座的左右两端。双六旋翼组有12个螺旋桨，这12个螺旋桨分成6对，每一对上的2个螺旋桨转向相同且相邻布置，这6对螺旋桨以类似六轴旋翼飞行器的飞行模式进行控制，一组信号线控制1对螺旋桨的两个电机，双六旋翼组中的两对电机左右对称布置在前转臂机构的电机座的中部位置，另两对电机左右对称布置在后转臂机构的电机座的中部位置，还有另外的两对电机分布在机翼的左右翼尖外侧，左右各一对。平衡调节组有4个电机和4个螺旋桨，这4个电机安装在双六旋翼组的分布于机翼左右翼尖外侧的电机的下方；平衡调节组在提供升力的同时主要用来调节特种飞机的左右水平方向的平衡，通过控制平衡调节组的左右两端电机的转速来调整特种飞机的左右水平方向的平衡；例如：若机身向右倾斜，只要加快旋翼装置的平衡调节组处于机翼右翼尖外侧的两个电机的转速就能使机翼右端抬高使身机变为水平。整体上看旋翼装置的螺旋桨共有20个，在机翼前方有6个，机翼后方有6个，在机翼左右翼尖外侧各有4个，翼尖外侧的螺旋桨两两上下布置。

因为旋翼装置上的电机分成三组，而且每组电机均由单独的飞控装置进行控制，即使某一组上的电机发生故障后特种飞机还能通过另一组提供的动力快速降落，这样能够提高特种飞机的安全性和可靠性。

更进一步地，前转臂机构和后转臂机构的结构相似，都包括两条转动臂及一条电机座。电机座呈长条形，电机座用于安装电机，两条转动臂左右对称布置，两条转动臂为异形结构，电机座与两条转动臂固连。前转臂机构的两条转动臂的一端通过轴承活动连接在前支撑架上；后转臂机构的两条转动臂的一端通过轴承结构活动连接在后支撑架上。

优选地，采用后三点轮式起落架或后五点轮式起落架。采用后五点轮式起落架时，在所述能垂直升降的特种飞机重心的下方区域布置有四个轮子，还有一个轮子置于尾翼的下方，这样在特种飞机进行垂直降落时轮子能起缓冲及支持作用，同时由于有轮子的存在，特种飞机能够在地面上行驶，能够以固定翼飞机模式起降，在旋翼装置出现故障时，特种飞机能够滑行迫降。

机身内配有电池，电池为电机及其控制设备供电，电池优选采用锂电池。

优选地，机翼与机身的连接处采用腰形孔结构，这样方便调节机翼的迎角。

优选地，在机翼的上表面设有太阳能发电膜，发出的电能存储到电池中。

本发明特种飞机至少有以下几种飞行模式及切换飞行模式的方式：

多轴飞行器模式：所有螺旋桨的转轴基本上处于竖直向上状态，利用多轴飞行器模式飞行控制器对发动机的转速进行控制，从而控制特种飞机的飞行姿态，能实现垂直起降、空中悬停、空中定点旋转、空中盘旋、低速巡航飞行等飞行姿态；

固定翼飞机模式：机翼前方的螺旋桨的转轴处于水平向前状态，机翼后方的螺旋桨的转轴处于向前上方倾斜状态，利用固定翼飞机模式飞行控制器或人工控制方式控制发动机的转速以及活动平尾和活动垂尾的偏转，从而控制特种飞机的飞行姿态，能实现滑跑起降、空中低速巡航和高速巡航飞行等；

空中刹车或后飞模式：机翼前方的螺旋桨的转轴处于竖向后倾状态，机翼后方的螺旋桨的转轴处于竖直向上状态，利用多轴飞行器模式飞行控制器控制机翼前方的螺旋桨快速转动，所有发动机由多轴飞行器模式飞行控制器控制，能实现前飞时的空中刹车或后飞飞行姿态；

由多轴飞行器模式切换成固定翼飞机模式：在空中，本发明特种飞机在多轴飞行器模式下向前飞行，前飞速度接近或达到固定翼飞机模式在地面滑跑起飞速度时，操作牵引装置，使得机翼前方的螺旋桨的转轴由竖直向上状态变为水平向前状态，同时使机翼后方的螺旋桨的转轴由竖直向上状态变为向前倾斜状态，并且将控制方式由控制多轴飞行器模式飞行控制器切换成控制固定翼飞机模式飞行控制器或直接用手动像操控固定翼飞机一样驾驶所述特种飞机；

由固定翼飞机模式切换成多轴飞行器模式：在空中，本发明特种飞机在固定翼飞机模式下向前飞行，操作牵引装置，使得机翼前方的螺旋桨的转轴由水平向前状态变为竖直向上状态，同时使机翼后方的螺旋桨的转轴由向前倾斜状态变为竖直向上状态，并且将控制方式切换为控制多轴飞行器模式飞行控制器，使所述特种飞机进入多轴飞行器模式状态。

本发明的一种能垂直升降的特种飞机，能够进行垂直升降、空中悬停、空中定点旋转、空中盘旋、低速巡航飞行、高速巡航飞行、后飞、滑跑滑翔起降等多种飞行姿态，续航时间长，飞行过程平稳，拥有旋翼和机翼两种提供升力的方式，安全系数高，适用于旅游观光、体育娱乐、私人交通、航拍、物流运输、科考、抢险救灾、高空监测、农林植保、警察值勤及军事等多种作业。

附图说明

图1是本发明特种飞机立体示意图；图2是本发明特种飞机固定翼飞机模式时的侧视示意图；图3是本发明特种飞机多轴飞行器模式时的侧视示意图；图4是本发明特种飞机的前转臂机构部位的局部放大示意图；图5是本发明特种飞机的后转臂机构部位的局部放大示意图；图6是本发明特种飞机在固定翼飞机模式时机翼处的气流示意图；图7是本发明特种飞机在多轴飞行器模式时的旋翼装置中的螺旋桨布置俯视示意图。

图中，1-机身，2-机翼，3-尾翼，4-旋翼装置，51-前转臂机构，52-后转臂机构，6-牵引装置，7-操控器，8-前支撑架，9-后支撑架，10-横杆，11-限位装置，12-流线，13-电机座，14-驾驶座，15-飞行模式操作手柄，16-牵引缆绳定位装置，17-电机，18-螺旋桨，19-导轮，20-起落架，21-飞控系统，22-挂钩；a、b、c、d－表示四旋翼组的4个螺旋桨；a、b、c、d、e、f－表示双六旋翼组的12个螺旋桨；101、102、103、104－表示平衡调节组的4个螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作具体说明：一种能垂直升降的特种飞机，包括机身1、机翼2、尾翼3、旋翼装置4、前支撑架8、后支撑架9、前转臂机构51、后转臂机构52、牵引装置6、操控器7和飞控系统21。

所述机身1由两块切割出来的异形板材构成，两块板材之间通过多条横杆10进行连接，尾翼3安装在机身1的后端；机身1内的驾驶座14由多条连接在两块板材之间的横杆10组合而成；在两个板材的上端设有带腰形孔的凸起结构，在机翼2的下方设有插槽，将机翼2下方的插槽对准板材上的带孔凸起，然后通过插销将机翼2与机身1的两块板材相固定。所述两块板材的前端作为前支撑架8使用，所述两块板材的后部有一向上伸出部分作为后支撑架9使用。尾翼3的舵机与飞控系统21相连，通过控制舵机运动来调整可动平尾和可动垂尾的偏转来控制特种飞机的俯仰及偏航。

操控器7是用来操控所述特种飞机的飞行姿态的，操控器7与飞控系统21进行电的信号连接，飞控系统21包括固定翼飞机模式飞行控制器和多轴飞行器模式飞行控制器。

机翼2布置在机身1的上方；

旋翼装置4包括多个螺旋桨18，每个螺旋桨18配套一个电机17；多个电机17采用分布式排列方式布局在机翼2前方、机翼2后方及机翼2左右翼尖外侧位置；

机翼2前方的电机17通过电机座13安装在前转臂机构51上，前转臂机构51与前支撑架8的上端活连；前转臂机构51位于前支撑架8与机翼2的前缘之间；

机翼2后方的电机17通过电机座13安装在后转臂机构52上，后转臂机构52与后支撑架9的上端活连；后转臂机构52位于机翼2的后缘与后支撑架9之间；

当所有螺旋桨18的转轴处于竖直向上位置时，机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18的位置都高于机翼2，机翼2前方的螺旋桨18的位置低于机翼2后方的螺旋桨18的安装高度，或者机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18基本同高；

牵引装置6包括牵引缆绳，牵引装置6牵引前转臂机构51和后转臂机构52偏转从而带动机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18位置和朝向的变化，从而改变机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18产生的拉力的方向；为了固定方便和防护牵引缆绳，牵引缆绳套有护套；为了固定方便和改变牵引缆绳的拉扯方向，牵引装置6还包括导轮19，导轮19上设有凹槽，牵引缆绳置于凹槽中，导轮19处设有挡板或防护罩，防止牵引缆绳脱离导轮19凹槽。

前支撑架8和后支撑架9上都装有限位装置11，限位装置11起限制前转臂机构51和后转臂机构52的转动角度的作用，前转臂机构51的最大转动角度等于或略大于90°，后转臂机构52的转动角度不超过45°。限位装置11的一种结构是：在前支撑架8或后支撑架9上固定安装一根限位销，用以挡住前转臂机构51或后转臂机构52，限制它们的转动角度。前转臂机构51的最大转动角度等于90°时的情形是指：前转臂机构51转动使得机翼2前方的螺旋桨18的转轴在竖直状态和水平状态之间切换，使得机翼2前方的螺旋桨18的拉力方向在竖直向上和水平向前之间切换；前转臂机构51的最大转动角度大于90°时方便所述特种飞机前飞时进行空中刹车或后飞，该情形是指：前转臂机构51转动时使得机翼2前方的螺旋桨18的转轴在后倾状态和水平状态之间切换，使得机翼2前方的螺旋桨18的拉力方向在斜向后上方向和水平向前之间切换。后转臂机构52的转动使得机翼2后方的螺旋桨18的转轴在竖直状态和前倾状态之间切换，使得机翼2后方的螺旋桨18的拉力方向在竖直向上和斜向前上方之间切换。

牵引缆绳的前后两端分别连接在前转臂机构51和后转臂机构52上。牵引缆绳前后两端分别系在前转臂机构51和后转臂机构52上的位置及牵引缆绳的长度应满足这三个条件：1、当机翼2后方的螺旋桨18的转轴处于竖直状态时，机翼2前方的螺旋桨18的转轴也处于竖直状态或稍向后倾斜，牵引缆绳处于拉紧状态，该状态机翼2前方的螺旋桨18的旋转平面向下的投影不会落在机翼2上，而是在机翼2前缘的前方或跟机翼2前缘相切；2、当机翼2前方的螺旋桨18的转轴处于水平状态时，机翼2后方的螺旋桨18的转轴刚好处于向前倾斜设定的最大偏转角位置，此时机翼2后方的螺旋桨18处于最低位置，牵引缆绳处于拉紧状态，该状态机翼2后方的螺旋桨18的旋转圆盘的最前端与机翼2的后缘靠近而不接触；3、前转臂机构51的最大转动角度为90°或稍大于90°，后转臂机构52的最大转动角度不超过45°。

机身1上设有牵引缆绳定位装置16，牵引缆绳定位装置16能够将牵引缆绳的中段锁定在机身1上标有飞行模式的标注处位置上，飞行模式标识包括“固定翼飞机模式”、“多轴飞行器模式”和“空中刹车或后飞模式”，这些模式采用文字标识，或采用数字或字母代码作标识，又或者用点来标枳。从前向后顺序是“固定翼飞机模式”、“多轴飞行器模式”和“空中刹车或后飞模式”。

为了使得在螺旋桨18不工作时，且锁定装置也不工作或不起作用时，机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18处于自然状态会往下掉，为了防止牵引缆绳松散，在机身1上飞行模式的标注处的前面和后面各安装一个导轮19，在机身1上标有飞行模式的标注处的下方设置飞行模式操作手柄15定位孔或定位用挂钩22，在螺旋桨18处于自然状态时，将飞行模式操作手柄15拉向下方插入定位孔或勾在挂钩22上，使牵引缆绳处于张紧状态。

牵引装置6的操控方式至少有两种：采用机电装置如舵机操控，或者直接用人力操控。用舵机操控时，将舵机的外壳安装在机身1上，舵机的拐臂与牵引缆绳的中段相连，采用舵机控制牵引缆绳前后运动从而控制机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18倾转。用人工操控时，牵引装置6还包括飞行模式操作手柄15，便于人工操控飞行模式的转换。飞行模式操作手柄15安装于牵引缆绳的中段位于牵引缆绳定位装置16处，用手握住飞行模式操作手柄15使牵引缆绳前后运动从而控制机翼2前方的螺旋桨18和机翼2后方的螺旋桨18倾转，根据飞行需要将牵引缆绳锁定在机身1上的飞行模式的相应标注处。

位于机翼2的左右翼尖外侧的发动机通过支架与机身1或机翼2相连。

旋翼装置4还包括多轴飞行器模式飞行控制器，用来控制各发动机的转速从而控制本发明特种飞机的飞行姿态。多轴飞行器模式飞行控制器主要在多轴飞行器模式和空中刹车或后飞时起作用。多轴飞行器模式飞行控制器安装在本发明特种飞机的重心位置或重心位置附近。

尾翼3包括平尾和垂尾，平尾和垂尾均有活动部分和固定部分，用来控制平衡和控制方向及俯仰姿态的，主要在固定翼飞机模式时使用。

本发明特种飞机还配有传统的人工操控系统和固定翼飞机模式飞行控制器。固定翼飞机模式飞行控制器与机翼2前方的发动机的转速控制器、机翼2后方的发动机的转速控制器、尾翼舵机、副翼舵机进行电的连接；固定翼飞机模式飞行控制器尽可能靠近所述特种飞机的重心安装；固定翼飞机模式飞行控制器的作用是用来控制机翼2前方和后方的发动机的转速、控制尾翼3的偏转、控制左右副翼的偏转从而控制本发明特种飞机的飞行姿态。

尾翼3、副翼的偏转通过人工操控或采用固定翼模式的飞行控制器控制。

在前转臂机构51和前支撑架8之间还配有锁定装置，能按要求将前转臂机构51锁定在需要的位置，如多轴飞行器模式中能锁定前转臂机构51和前支撑架8之间的相对位置使机翼2前方的螺旋桨18的转轴锁定在竖直向上的状态，以免牵引缆绳长期受到拉力，而且，在牵引缆绳故障断掉的情况下机翼2前方的螺旋桨18的位置会被锁定而不会改变。

在后转臂机构52和后支撑架9之间也配有锁定装置，能按要求将后转臂机构52锁定在需要的位置，如固定翼飞行模式向前飞行中能锁定后转臂机构52的位置使机翼2后方的螺旋桨18锁定在最低位置，机翼2后方的螺旋桨18的转轴保持前倾状态，以免牵引缆绳长期受到拉力，而且，在牵引缆绳故障断掉的情况下机翼2后方的螺旋桨18的位置被锁定而不会改变。

前转臂机构51和前支撑架8之间配置的锁定装置采用电磁的形式或机械的形式。采用电磁的形式可以这样设置：在前支撑架8上安装电磁铁，在前转臂的适当位置安装强力磁铁或磁性材料的金属，电磁铁通电将前转臂机构51和前支撑架8吸合锁定在一个相对位置，电磁铁断电就能解锁；采用机械的形式可以这样设置：在前支撑架8上安装带弹簧的栓杆，在前转臂的适当位置开有与栓杆大小相匹配的孔，栓杆在弹簧的作用下插入前转臂上的孔即可锁住前转臂机构51和前支撑架8的相对位置，克服弹簧的弹力，拉出栓杆即可解锁，拉开栓杆可由人力通过钢丝绳操作或者通过液压或气压装置来操作栓杆的进出。后转臂机构52和后支撑架9之间配置的锁定装置的结构与前转臂机构51和前支撑架8之间配置的锁定装置的结构相同。

牵引缆绳采用钢丝绳，在适当位置钢丝绳上套有绳套。

为了减少摩擦，前转臂机构51与前支撑架8之间通过轴承相连，后转臂机构52与后支撑架9之间也通过轴承相连。

在未启动旋翼装置4时，由于前支撑架8上装有限位装置11，机翼2前方的螺旋桨18转轴处于竖直状态或后倾状态，人为地将后转臂机构52抬高使机翼2后方的螺旋桨18转轴也处于竖直状态，此时采用后转臂机构52和后支撑架9之间配置的锁定装置将后转臂机构52锁定使之不下掉；

或者，利用前转臂机构51和前支撑架8之间的锁定装置将前转臂机构51锁住使机翼2前方的螺旋桨18转轴处于水平状态，由于后支撑架9上装有限位装置11，后转臂机构52自然掉下被限位装置11挡住，此时机翼2后方的螺旋桨18转轴处于向前倾斜状态；

又或者，都不利用锁定装置，由于前支撑架8上装有限位装置11，前转臂机构51被限位装置11挡住，机翼2前方的螺旋桨18转轴处于竖直状态或后倾状态，由于后支撑架9上装有限位装置11，后转臂机构52自然掉下被限位装置11挡住，此时机翼2后方的螺旋桨18转轴处于向前倾斜状态，人为地将牵引缆绳的中段下拉勾挂到设置在机身1上标有飞行模式的标注处位置的下方的飞行模式操作手柄15定位孔或定位用挂钩22上，使牵引缆绳处于张紧状态。

在启动旋翼装置4后，机翼2前方的发动机工作带动机翼2前方的螺旋桨18高速转动，由于前转臂机构51与前支撑架8是活动连结的，此时机翼2前方的螺旋桨18所产生的拉力会带动前转臂机构51作逆时针转动；由于牵引装置6的牵引及限位装置11的作用，前转臂机构51最多转动到将机翼2前方的螺旋桨18的转轴达到水平向前状态；同时位于机翼2后方的发动机也带动机翼2后方的螺旋桨18高速转动，机翼2后方的螺旋桨18所产生的拉力会使后转臂机构52作顺时针转动，在牵引装置6的牵引及限位装置11的作用下，后转臂机构52最多转动到将机翼2后方的螺旋桨18的转轴竖直朝上位置。

在旋翼装置4启动后，由于牵引缆绳的两端连接着前转臂机构51和后转臂机构52，相对牵引缆绳的中段而言，机翼2前方的螺旋桨18产生的拉力使牵引缆绳向前，机翼2后方的螺旋桨18产生的拉力使牵引缆绳向后，牵引缆绳会处于张紧状态，通过往前或往后拉扯牵引缆绳来改变前转臂机构51和后转臂机构52的角度，用以改变旋翼装置4为特种飞机提供拉力的方向。

在旋翼装置4启动后，所有发动机都运转，机翼2前方、机翼2后方及机翼2左右翼尖外侧位置的螺旋桨18都工作。操作作用点在牵引缆绳的中段，将牵引缆绳往后拉，能将机翼2前方的螺旋桨18拉至其转轴处于竖直状态，同时机翼2后方的螺旋桨18的转轴也处于竖直状态，锁死牵引装置6，将牵引缆绳上的作用点锁定在“多轴飞行器模式”标识处，还可启用前转臂机构51和前支撑架8之间的锁定装置，将前转臂机构51锁定，此情形下，在多轴飞行器模式飞行控制器的控制下，该特种飞机可按多轴飞行器模式飞行，能顺利地完成垂直起降、空中悬停、定高旋转、前飞、后飞、侧飞等多种飞行姿态。

在旋翼装置4启动后，机翼2前方和机翼2后方的螺旋桨18都工作，将牵引装置6往前拉，使得机翼2前方的螺旋桨18的转轴处于水平向前状态，同时机翼2后方的螺旋桨18的转轴处于向前倾斜状态，锁死牵引装置6，将牵引缆绳上的作用点（位于飞行模式操作手柄15位置）锁定在“固定翼飞机模式”标识处，还可启用后转臂机构52和后支撑架9之间的锁定装置，将后转臂机构52锁定，此情形下，在固定翼飞机模式飞行控制器或/和人力操控传统的操控系统的控制下，该特种飞机可按类似固定翼飞机模式飞行，能顺利地完成短距滑跑起降、前飞、侧飞等飞行姿态。

如附图7所示，所述特种飞机以类似固定翼飞机的模式进行飞行时，在位置高于机翼2的机翼2前方的一排螺旋桨18的吹风作用下，加快了机翼2上表面上方的空气流速；机翼2上表面的空气在位于机翼2后方的一排螺旋桨18的拉动下快速流往机翼2的后下方，这样形成强大的下洗气流，能大大提高机翼2的升力和效率。并且当机翼2大迎角飞行时也不容失速；当机翼2零迎角甚至负迎角飞行时也会产生足够的升力。

位于机翼2左右翼尖外侧的螺旋桨18产生的气流向下，能避免翼尖涡流的产生，并能消除或削弱翼尖环流，使机翼2的效率提高。

固定翼飞机模式时，由于机翼2上表面存在主动的气流，机翼2可以采用展弦比很小的机翼，相对传统的飞机，机翼翼展小，弦长长，使得所述特种飞机机翼2短的同时还能拥有较大的机翼面积，这样结构紧凑，强度也会好些。

旋翼装置4中的每个电机17驱动一个螺旋桨18，每个电机17配一个电子调速器。旋翼装置4的螺旋桨18、电机17和电子调速器分成三组：分别是四旋翼组、双六旋翼组和平衡调节组，四旋翼组、双六旋翼组和平衡调节组各自单独由一个多轴飞行器模式飞行控制器控制。四旋翼组的4个螺旋桨18呈矩形排列，如说明书附图7中的a、b、c、d所示；四旋翼组以类似x型的四轴旋翼飞行器的飞行模式控制，四旋翼组的4个电机17中的两个电机17分别布置在前转臂机构51的电机座13的左右两端，另两个电机17分别布置在后转臂机构52的电机座13的左右两端。双六旋翼组有12个螺旋桨18，这12个螺旋桨18分成6对，每一对上的2个螺旋桨18转向相同且相邻布置，双六旋翼组的12个螺旋桨18呈框形排列，如说明书附图7中的a、b、c、d所示；这6对螺旋桨18以类似六轴旋翼飞行器的飞行模式进行控制，一组信号线控制1对螺旋桨18的两个电机17，双六旋翼组中的两对电机17左右对称布置在前转臂机构51的电机座13的中部位置，另两对电机17左右对称布置在后转臂机构52的电机座13的中部位置，还有另外的两对电机17分布在机翼2的左右翼尖外侧，左右各一对。平衡调节组有4个电机17和4个螺旋桨18，这4个电机17倒装在双六旋翼组的分布于机翼2左右翼尖外侧的电机17的下方；平衡调节组的4个螺旋桨18呈矩形排列，如说明书附图7中的101、102、103、104所示；平衡调节组在提供升力的同时主要用来调节特种飞机的左右水平方向的平衡，通过控制平衡调节组的左右两端电机17的转速来调整特种飞机的左右水平方向的平衡；例如：若机身1向右倾斜，只要加快旋翼装置4的平衡调节组处于机翼2右翼尖外侧的两个电机17的转速就能使机翼2右端抬高使身机变为水平。整体上看旋翼装置4的螺旋桨18共有20个，在机翼2前方有6个，机翼2后方有6个，在机翼2左右翼尖外侧各有4个，翼尖外侧的螺旋桨18两两上下布置。

因为旋翼装置4上的电机17分成三组，而且每组电机17均由单独的飞控装置进行控制，即使某一组上的电机17发生故障后特种飞机还能通过另一组提供的动力快速降落，这样能够提高特种飞机的安全性和可靠性。

前转臂机构51和后转臂机构52的结构相似，都包括两条转动臂及一条电机座13。电机座13呈长条形，电机座13用于安装电机17，两条转动臂左右对称布置，两条转动臂为异形结构，电机座13与两条转动臂固连。前转臂机构51的两条转动臂的一端通过轴承结构活动连接在前支撑架8上；后转臂机构52的两条转动臂的一端通过轴承结构活动连接在后支撑架9上。

所述机身1上设有后五点式起落架20，在特种飞机重心区域的下方均匀布置有四个轮子，还有一个轮子置于尾翼3的下方，这样在特种飞机进行垂直降落时轮子能起缓冲及支持作用，同时由于有轮子的存在，特种飞机能够在地面上行驶，能够以固定翼飞机模式起降，在旋翼装置4出现故障时，特种飞机能够滑行迫降。

机身1内配有电池，电池为电机17及飞控装置供电，电池优选采用锂电池。电池放置在驾驶座14的后方，采用插入式方式安装，方便快速更换和充电。

在机翼2的上表面设有太阳能发电膜，太阳能发电膜经稳压装置与电池进行电的连接，太阳能发电膜发出的电存储到电池中，供电机、舵机及其他航电设备使用。

本发明特种飞机至少有以下飞行模式及切换飞行模式的方式：

多轴飞行器模式：所有螺旋桨18的转轴基本上处于竖直向上状态，利用多轴飞行器模式飞行控制器对电机17的转速进行控制，从而控制特种飞机的飞行姿态，能实现垂直起降、空中悬停、空中定点旋转、空中盘旋、低速巡航飞行等飞行姿态；

固定翼飞机模式：机翼2前方的螺旋桨18的转轴处于水平向前状态，机翼2后方的螺旋桨18的转轴处于向前上方倾斜状态，利用固定翼飞机模式飞行控制器或人工控制方式控制副翼、活动平尾和活动垂尾的偏转，从而控制特种飞机的飞行姿态，能实现滑跑起降、空中低速巡航和高速巡航飞行等；

空中刹车或后飞模式：机翼2前方的螺旋桨18的转轴处于竖向后倾状态，机翼2后方的螺旋桨18的转轴处于竖直向上状态，利用多轴飞行器模式飞行控制器控制机翼2前方的螺旋桨18快速转动，能实现前飞时的空中刹车或后飞飞行姿态；

由多轴飞行器模式切换成固定翼飞机模式：在空中，本发明特种飞机在多轴飞行器模式下向前飞行，前飞速度接近或达到固定翼飞机模式在地面滑跑飞起飞速度时，操作牵引装置6，使得机翼2前方的螺旋桨18的转轴由竖直向上状态变为水平向前状态，同时使机翼2后方的螺旋桨18的转轴由竖直向上状态变为向前倾斜状态，并且将控制方式由控制多轴飞行器模式飞行控制器切换成控制固定翼飞机模式飞行控制器或直接用手动像操控固定翼飞机一样驾驶所述特种飞机；

由固定翼飞机模式切换成多轴飞行器模式：在空中，本发明特种飞机在固定翼飞机模式下向前飞行，操作牵引装置6，使得机翼2前方的螺旋桨18的转轴由水平向前状态变为竖直向上状态，同时使机翼2后方的螺旋桨18的转轴由向前倾斜状态变为竖直向上状态，并且将控制方式切换为控制多轴飞行器模式飞行控制器，使所述特种飞机进入多轴飞行器模式状态。

本发明的一种能垂直升降的特种飞机，能够进行垂直升降、空中悬停、空中定点旋转、空中盘旋、低速巡航飞行、高速巡航飞行、后飞、滑跑滑翔起降等多种飞行姿态，续航时间长，飞行过程平稳，拥有旋翼和机翼2两种提供升力的方式，安全系数高，适用于旅游观光、体育娱乐、私人交通、航拍、物流运输、科考、抢险救灾、高空监测、农林植保、警察值勤及军事等多种作业。

驾驶员手持操控器7进行操控，操控器7与飞控系统21相连，飞控系统21置于特种飞机的重心位置，飞控系统21与旋翼装置4上的电机17通过电信号相连接，通过操控器7能够控制旋翼装置4上的电机17启停及快慢。