一种垂直起降飞行器的制作方法

【技术领域】

本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种垂直起降飞行器。

背景技术：

垂直起降固定翼飞行器技术由来已久，目前比较常见的是4+1的复合式或4(2+2)倾转式，此外还有尾座式或3(2+1)倾转式等应用较少的类型。

由于固定翼飞行器纵向重心位置通常在机翼处，考虑到垂直起降状态动力中心需要和重心重合，目前垂直起降飞行器使用的垂起动力基本都是4轴动力(4轴4桨或4轴8桨)，但是该结构因为单轴拉力的限制，飞行器总的起飞重量受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种垂直起降飞行器；该垂直起降飞行器提升了飞行器可承载的起飞重量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种垂直起降飞行器，包括机身；机身的前部分双侧各设置有一个前翼，后部分双侧各设置有一个后翼，两个前翼相对于机身对称，两个后翼相对于机身对称；每一个前翼的翼尖和同一侧后翼的中部分别通过一个连杆固定连接，所述连杆平行于机身的轴线；每一个连杆上设置有三个动力轴，每一个动力轴上固定设置有螺旋桨，两个连杆上设置的动力轴位置相对于机身轴线对称设置。

本发明的进一步改进在于：

优选的，右侧的连杆上的动力轴包括分别在设置右侧的连杆前端的第一动力轴、在中间位置的第三动力轴和在后端的第五动力轴；左侧的连杆上包括分别设置在左侧的连杆前端的第二动力轴、在中间位置的第四动力轴和在后端的第六动力轴。

优选的，每一个动力轴设置有一个动力输入端，一个或两个动力输出端；每一个动力轴的动力输入端连接至发动机的动力输出端，发动机设置在连杆内；每一个动力轴的动力输出端上固定设置有m个螺旋桨。

优选的，对于第三动力轴和第四动力轴，当动力输出端为一个且m为1时，所述螺旋桨在连杆的上方；当动力输出端为两个且m为1时，螺旋桨分别设置在连杆的上方和下方。

优选的，对于第一动力轴和第二动力轴，当动力输出端为一个且m为1时，螺旋桨在连杆的前方或上方；当动力输出端为两个且m为1时，螺旋桨在连杆的上方和下方。

对于第五动力轴和第六动力轴，当动力输出端为一个且m为1时，螺旋桨在连杆的后方或上方；当动力输出端为两个且m为1时，螺旋桨在连杆的上方和下方。

优选的，所述发动机为电机、活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机；

优选的，所述电机以纯电力或油电混合作为其动力源；所述活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机的动力源均为纯油动。

优选的，每一个前翼的翼展长度小于其后方后翼的翼展长度。

优选的，以机身的底面为基准，前翼的高度低于后翼的高度。

优选的，每一个前翼的外端部设置有前掠，每一个后翼的外端部设置有后掠。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种垂直起降飞行器，该垂直起降飞行器不同于现有的垂直起降飞行器，设置有六个动力轴，提升了飞行器可承载的起飞重量，为了保证全机的气动中心在动力轴的中心位置，该飞行器设置有前翼和后翼，使得整个飞行器的气动中心在前翼和后翼之间，满足了垂直起降飞行器中重心和动力轴中心重合的控制要求；六个动力轴分别设置在两个连杆上，连杆将前翼的翼尖和后翼连接起来，使前翼的翼尖绕流沿连杆流动到后翼，为后翼面气流提供额外的速度，从而起到减小前翼阻力增大后翼升力的作用；两个连杆上动力轴的安装位置对称设置，能够为整个垂直起降飞行器提供均匀的动力。

进一步的，每一个连杆上的动力轴分别设置在前端、中间位置和后端，使得动力轴能够均匀的为垂直起降飞行器提供动力，且两个第三动力轴和第四动力轴分别在连杆的中间，能够保证垂直起降飞行器的气动中心在第三动力轴和第四动力轴连线的中心线处，同时在六个动力轴连线的中心处。

进一步的，动力轴由发动机提供动力，动力轴的动力输出端能够根据情况设置为一个或两个，每一个动力输出端上也能够根据需求设置有多个螺旋桨。

进一步的，对于不同的动力轴，其螺旋桨能够设置在不同的方位，以适用于不同的情况。

进一步的，发动机能够选用常用的飞行器发动机，发动机的动力源也设置有多种选择。

进一步的，前翼的翼展长度小于后翼的翼展长度，通过调整前翼的面积和形状，能够调整整个飞行器的气动中心位置。

进一步的，前翼的高度低于后翼的高度，使得前翼尾流可以对后翼形成有利干扰。

进一步的，前翼带前掠，后翼带后掠，能够使得布局重量更集中，转动惯量更小，有利于飞行器的整体控制。

【附图说明】

图1为本发明的垂直起降飞行器的结构组成示意图；

图2为本发明垂直起降飞行器为4+2倾转式的固定翼巡航模态图；

图3本发明的垂直起降飞行器四视图；其中：(a)图为左视图；(b)图为前视图；(c)图为俯视图；(d)图为立体图；

图4为垂直起降飞行器为6+1形式的固定翼巡航模态图；

其中：1-第一动力轴；2-第二动力轴；3-第三动力轴；4-第四动力轴；5-第五动力轴；6-第六动力轴；7-机身；8-前翼；9-后翼；10-垂直安定面；11-连杆。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种垂直起降飞行器，设定垂直起降飞行器机身7的前方为前后，飞行器机身7的后方为后方，沿着机身7从后向前的方向，机身7的左侧为本发明中的左向，机身7的右侧为本发明中的右向；下面使用的左右以此为标准。

参见图1和图3，所述垂直起降飞行器包括机身7、机身7的前部分双侧设置有前翼8，后部分双侧设置有后翼9，后翼9的翼展长度大于前翼8的翼展长度；每一侧前翼8的翼尖和在其后方的后翼9分别通过一个连杆11固定连接，所述连杆11平行于机身7的轴线，且两个连杆11相对于机身7的轴线对称；连杆11将前翼8的翼尖和后翼9连接起来，使前翼8翼尖绕流沿连杆11流动到后翼9，为后翼9面气流提供额外的速度，从而起到减小前翼8阻力增大后翼9升力的作用。前翼8的设置高度能够高于后翼9，也能够低于后翼9，优选为前翼8的高度低于后翼9，通过调整机翼8的安装角和形状，使得前翼8尾流可以对后翼9形成有利干扰；前翼8和后翼9可以是直机翼也可以带掠角，如图1所示，优选为前翼8带前掠，后翼9带后掠，能够使得布局重量更集中，转动惯量更小，有利于飞行器的整体控制；机身9的后端固定设置有垂直安定面10，用于在飞行过程中稳定飞行器。

两个连杆11上均设置有动力轴，每一个连杆11上设置有三个动力轴，因此该垂直起降飞行器共设置有6个动力轴，分别为第一动力轴1、第二动力轴2、第三动力轴3、第四动力轴4、第五动力轴5和第六动力轴6；其中，第一动力轴1、第三动力轴3和第五动力轴5在右侧的连杆11上，第二动力轴2、第四动力轴4和第六动力轴6均固定设置在左侧的连杆11上，第一动力轴1和第二动力轴2均设置在连杆11的前端，且二者相对于机身7的轴线对称，第三动力轴3和第四动力轴4均设置在连杆11的中间位置，且二者相对于机身7的轴线对称，第五动力轴5和第六动力轴6均设置在连杆11的后端，且二者相对于机身7的轴线对称；所述动力轴设置有动力输入端和输出端，动力输入端和发动机连接，动力输出端连接有螺旋桨；发动机安装在连杆11的内部，所述发动机的数量无限制，可以六个动力输入轴使用一个，也可以六个动力输入轴各自设置和一个发动机的动力输出端连接，也可以在右侧的连杆11内设置一个发动机，用于同时为第一动力轴1、第三动力轴3和第五动力轴5提供动力，在左侧的连杆11内设置一个发动机，用于同时为第二动力轴2、第四动力轴4和第六动力轴6提供动力。所述发动机能够为电机、活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机；相对应的当发动机为电机时，其动力源为纯电力或油电混合，油电混合为将油动转换为电动；当发动机为活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机，其动力源为纯油动。

六个动力轴，每一个动力轴能够设置两个动力输出端或一个动力输出端，每一个动力输出端上固定设置有m个螺旋桨，因此任意一个动力轴中可包括2m个螺旋桨，m为≥1的自然数；优选的m为1，即一个动力输出端上设置有一个螺旋桨；当一个动力输出端上设置有m个螺旋桨时，相邻螺旋桨之间的距离≥螺旋桨的直径×1.1；对于第三动力轴3和第四动力轴4，当螺旋桨为1个时，螺旋桨在连杆11的上部，当螺旋桨为2个时，一个螺旋桨在连杆11的上部，一个螺旋桨在连杆11的下部；对于第一动力轴1和第二动力轴2，当螺旋桨为1个时，螺旋桨能够在连杆11的上部，也能够在连杆11的前端，当螺旋桨为2个时，一个螺旋桨在连杆11的上部，一个螺旋桨在连杆11的下部；对于第五动力轴5和第六动力轴6，当螺旋桨为1个时，螺旋桨能够在连杆11的上部，也能够在连杆11的后端，当螺旋桨为2个时，一个螺旋桨在连杆11的上部，一个螺旋桨在连杆11的下部。对于第一动力轴1、第二动力轴2、第五动力轴5和第六动力轴6，通过设置转动机构能够实现动力轴方向的旋转，所述转动机构能够通过调整发动机的底座实现动力轴方向的旋转，也能够在发动机和动力轴之间设置传动机构，实现动力轴方向的旋转。

优选的，在机身的前端或后端能够固定设置螺旋桨，在该处设置螺旋桨能够将起降阶段的供电电源和巡航阶段分开。由于电池最大放电电流和能量密度负相关，所以巡航阶段需要的电流小，就可以选用更高能量密度的电池，进一步提升续航时间。螺旋桨前置和后置的差别在于前置螺旋桨的尾流对机翼气流起加速作用，效率更高，但是空速管需要布置到其他地方如机翼前缘，空速管尺寸要加长，装配难度稍大。螺旋桨后置效率稍低，但空速管不用变动。如图4所示为前端固定设置螺旋桨，

上述不同的螺旋桨设置方式，对应不同的形式；如6+1复合翼，即每一个动力轴在连杆11的上方设置一个螺旋桨，且机身7的前端或后端也设置有一个螺旋桨；起降阶段前端或后端螺旋桨不工作，其余螺旋桨工作，巡航阶段只有前端或后端的螺旋桨工作，其余螺旋桨停止工作。

参见图2，如4+2倾转式，为第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨在连杆11的前方且可以倾转，其余的四个螺旋桨在连杆11的上方，起降阶段第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨转至朝上，所有螺旋桨同时工作，巡航阶段第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨倾转至朝前，只有第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨工作，其余螺旋桨不工作；或者是第五动力轴5和第六动力轴6的螺旋桨在连杆11的后方，其余的四个螺旋桨在连杆11的上方，起降阶段第五动力轴5和第六动力轴6上的螺旋桨转至朝上，所有螺旋桨同时工作，巡航阶段第五动力轴5和第六动力轴6上的螺旋桨倾转至朝后，只有第五动力轴5和第六动力轴6上的螺旋桨工作，其余螺旋桨不工作。

如2+4倾转式，为第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨在连杆11的前方，第五动力轴5和第六动力轴6的螺旋桨在连杆11的后方，第三动力轴3和第四动力轴4的螺旋桨在连杆11的上方，起降阶段第一动力轴1、第二动力轴2、第五动力轴5和第六动力轴6的螺旋桨转至朝上，所有螺旋桨同时工作，巡航阶段第一动力轴1和第二动力轴2上的螺旋桨倾转至朝前，第五动力轴5和第六动力轴6上的螺旋桨倾转至朝后，只有第一动力轴1、第二动力轴2、第五动力轴5和第六动力轴6上的螺旋桨工作，其余螺旋桨不工作。

本发明的垂直起降飞行器适用于无人机，也适用于有人驾驶的情况。

该飞行器采用前后双翼布局，且前翼8的翼展面积小于后翼9，通过调整前翼8的面积、尺寸和形状，使得全机气动中心位置在六轴的中心处，或者说在第三动力轴3和第四动力轴4的连线中心处，满足垂直起降飞行器中重心和动力轴中心重合的控制要求，该气动中心在前后机翼之间，使得飞行器的纵向位置的重心不再在机翼上。本发明使用连杆将前后翼连接，连杆提供了动力安装位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。