一种倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及一种通用航空领域，具体涉及一种倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器。


背景技术：

2.当下超大城市群普遍形成，地面交通拥堵、环境污染问题日趋严重，地面交通基础设施将远满足不了居民便捷出行的需求。电动载人垂直起降飞行器(evtol)使得城市出行由二维转变为三维立体交通，也称为城市飞行器。
3.目前城市飞行器构型以复合翼及纯倾转旋翼机为主。
4.(1)纯复合翼布局(垂直动力加推进动力)：在巡航时，升力旋翼动力停转，不再产生有益作用，增加巡航阻力，导致巡航升阻比低，此时其升力旋翼动力系统大量的重量就形成了废重，只能靠推进动力保证飞机前飞，巡航速度较低。但是该系统两套动力是独立的，系统结构与控制简单成熟，我国无人机领域有大量的复合翼垂直起降飞行器开发和使用经验。
5.(2)纯倾转旋翼布局：一套动力既作为起降直接升力，又作为巡航推进动力，实现复用，所以动力都是推进动力，巡航速度大升阻比高是优势，但是却又带来了倾转系统可靠性设计难题，以及复杂的故障模态处理，同时使得成本过高。我国目前没有成功的倾转旋翼飞行器型号研制或使用经验，需要摸索的周期和成本都很大，现在国内的很多四旋翼倾转设计都会在倾转到动力轴线通过重心时失去控制力导致容易坠毁。
6.(3)旋翼安全冗余设计：现有很多设计只采用了4个或6个升力旋翼，在1-2个出现故障的时候无法或难以应对，存在致命设计缺陷。
7.(4)现有很多设计普遍抗风性能不足，使用限制要求过高。
8.(5)旋翼平面对地面或乘员构成威胁。悬停时旋翼位置太低，或巡航时，与驾驶员、乘员在一个平面，这是安全隐患。


技术实现要素：

9.本实用新型解决的技术问题是提供一种结合复合翼安全简单与倾转旋翼高性能优势，且推进动力大、速度快、巡航效率高，且安全性能高的倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器。
10.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
11.一种倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器，包括机身、前翼、后翼和垂尾，所述前翼和所述后翼均左右对称分别布置在所述机身的前段和后段、其左右两侧的梢部均通过连接撑杆相连，所述垂尾布置在所述机身的尾部上侧；所述前翼前端和所述后翼后端分别布置有前撑杆和后撑杆，所述前撑杆和所述连接撑杆的前端均通过轴动组件分别安装有内侧倾转动力装置和外侧倾转动力装置共同组成倾转动力系统，所述后撑杆和所述连接撑杆的上方则分别安装有后旋翼动力装置和若干侧旋翼动力装置共同组成旋翼动力
系统，所述倾转动力系统通过动力装置驱动绕所述轴动组件转动，向前提供推力，向上后则作为所述旋翼动力系统的一部分。
12.进一步的，所述倾转动力系统向前时，所述内侧倾转动力装置和所述外侧倾转动力装置的桨平面处于两个不同的垂直平面上。
13.优选的，上述所述内侧倾转动力装置和所述外侧倾转动力装置的桨平面分别前后布置，且错开所述机身前段驾驶室的关键位置。
14.进一步的，所述倾转动力系统转动向上时，所述内侧倾转动力装置和所述后旋翼动力装置均内倾，所述外侧倾转动力装置和所述若干侧旋翼动力装置均外倾。
15.优选的，上述所述内倾的角度和所述外倾的角度在10
°‑
15
°
之间。
16.进一步的，所述倾转动力系统向上时，所述内侧倾转动力装置与所述后旋翼动力装置的桨平面位于第一平面，所述外侧倾转动力装置的桨平面位于第二平面，所述若干侧旋翼动力装置的桨平面位于第三平面。
17.优选的，所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面依次由上向下布置。
18.进一步的，所述机身前部为驾驶室、并安装有驾驶室前挡风玻璃和驾驶室侧挡风玻璃及驾驶室安全门，所述机身中部为客舱、其侧面安装有客舱挡风玻璃及客舱安全门。
19.进一步的，所述前翼后缘布置有控制舵面和升降舵，所述后翼后缘布置有副翼，所述垂尾后缘布置有方向舵。
20.进一步的，所述机身的下腹部还设置有若干起落架。
21.本实用新型的有益效果是：
22.1.本实用新型结合了复合翼安全简单与倾转旋翼高性能的优势，对倾转动力装置和旋翼动力装置进行合理布局，优化构型，达到重量相对较小、系统复杂度低、性能优秀的效果。
23.2.飞行器巡航时，有四个倾转动力装置作为推进动力，巡航速度大，有利于快速到达，且推进螺旋桨处于翼面前方的自由气流中，巡航效率高，并对后方较小的翼面产生额外的增升作用，提高全机升阻比。
24.3.飞行器起落和悬停时，其前端的倾转动力装置转动向上作为旋翼动力系统的一部分，飞行器具备总计十个升力旋翼装置共同组成旋翼动力系统，动力系统冗余大，十个旋翼围绕重心四周分布，并采用旋翼倾斜设计，旋转扭矩最大化，具有优秀的机头指向和抗风能力，悬停控制效果最佳，任何1-2个动力出现故障时影响最小，安全性高。
25.4.悬停及垂直起降时，所有旋翼螺旋桨分布在三个不同高度的平面，在飞机的抗风、姿态调整中没有任何控制死点，飞行过渡平稳，调试姿态控制能力和抗风能力达到最佳。
26.5.起飞降落时，所有旋翼高于头顶，对地面人员安全；巡航时，所有推进螺旋桨平面在乘员位置之前，不会构成威胁。
附图说明
27.图1为本实用新型的立体结构图；
28.图2为图1变形状态图；
29.图3为本实用新型的前视图；
30.图4为本实用新型的侧视图；
31.图5为本实用新型的俯视图；
32.图6为本实用新型一实施例中动力装置旋转方向示意图；
33.图中标记为：
34.1、机身，2、前翼，3、后翼，4、垂尾，5、后撑杆，6、连接撑杆，7、前撑杆，1-1、驾驶室前挡风玻璃，1-2、驾驶室侧挡风玻璃，1-3、客舱挡风玻璃，1-4、主起落架，1-5、前起落架，2-1、控制舵面，2-2、升降舵，3-1、副翼，4-1、方向舵，a、内侧倾转动力装置，b、外侧倾转动力装置，c、侧旋翼动力装置，d、后旋翼动力装置。
具体实施方式
35.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
36.需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.如图1所示，本实用新型提供了一种倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器，包括：机身1、前翼2、后翼3和垂尾4，前翼2和后翼3均左右对称分别布置在机身1的前部和后部、其左右两侧的梢部均通过连接撑杆6相连，垂尾4布置在机身1的尾部上侧。进一步的，在本实用新型中，机身1左右两侧的前翼2的前端左右对称布置有前撑杆7，机身1左右两侧的后翼3的后端左右对称布置有后撑杆5。连接撑杆6和前撑杆7的前端均布置有倾转动力装置组成倾转动力系统，连接撑杆6和后撑杆5的上方均布置有旋翼动力装置组成旋翼动力系统，通过倾转动力系统和旋翼动力系统共同组成本实用新型的倾转旋翼与升力旋翼组合的分布式动力飞行器。
38.如图1所示，上述的机身1优先采用流线型机身，但不限于流线型机身。机身1的前部为驾驶室、并安装有驾驶室前挡风玻璃1-1和驾驶室侧挡风玻璃1-2及驾驶室安全门，机身1中部为客舱、其侧面安装有客舱挡风玻璃及客舱安全门。机身1的尾部上侧布置所述垂尾，机身1的下腹部布置有起落架。在本实用新型中，起落架采用前三点式起落架，包括左右布置的主起落架1-4和其前方的前起落架1-5，主起落架1-4左右对称布置在机身1下腹部的后方，前起落架1-5布置在机身1下腹部的前方，所有起落架均采用整流设计。
39.本实用新型的前翼2和后翼3均采用高升力翼型机翼，垂尾4采用对称翼型垂尾，前翼2和后翼3均左右对称分别布置在机身1的前段上方和后段上方。进一步的，前翼2后缘还布置有控制舵面2-1和用于俯仰控制的升降舵2-2。进一步的，后翼3后缘还布置有用于偏航控制的副翼3-1。进一步的，垂尾4后缘布置有用于航向控制的方向舵4-1。
40.如图1和图3所示，在本实用新型中，倾转动力装置通过轴动组件转动连接在连接撑杆6和前撑杆7的前端，左右连接撑杆6前端的倾转动力装置形成外侧倾转动力装置b，前
撑杆7前端的倾转动力装置则形成内侧倾转动力装置a。轴动组件内部还安装有用于驱动倾转动力装置转动的电机或气缸等电动或气动动力装置，从而通过各自的动力装置驱动控制其向前和向上转动。旋翼动力装置则布置在连接撑杆6和后撑杆5的上方，进一步的，连接撑杆6上布置有若干组侧旋翼动力装置c，在一实施例中，左右连接撑杆6上均布置有两组侧旋翼动力装置c，后撑杆5上布置有一组后旋翼动力装置d。各倾转动力装置和旋翼动力装置均包括各自的电机、电调及螺旋桨，在本实用新型中，倾转动力装置的螺旋桨优先采用可变距螺旋桨。同时，倾转动力装置和固定旋翼动力装置均采用分布式电动低转速螺旋桨设计，可大幅度降低起降阶段及巡航阶段的噪声。
41.如图3所示，本实用新型的内侧倾转动力装置a和后旋翼动力装置d均内倾(相对于机身1内倾)，内倾角度为10
°‑
15
°
，外侧倾转动力装置b和侧旋翼动力装置c均外倾(相对于机身1外倾)，外倾角度也为10
°‑
15
°
。
42.本实用新型飞行器的飞行过程如下：
43.倾转动力装置可绕轴动组件转动，在升降、待机和悬停阶段时，倾转动力装置的螺旋桨旋转轴垂直向上作为旋翼动力系统的一部分，如图2所示，倾转动力装置配合连接撑杆6和后撑杆5上方的旋翼动力装置共同产生向上的拉力，使飞行器垂直起飞；在平飞阶段倾转动力装置的螺旋桨旋转轴水平向前(如图1所示)，产生向前的拉力，使飞行器向前飞行。在飞行器平飞时，各旋翼动力装置的螺旋桨为顺航向方向锁定，从而减少阻力。
44.如图4和图5，为倾转动力装置和旋翼动力装置各个状态下的位置布局。如图5所示，平飞状态时，内侧倾转动力装置a所在的桨旋转平面aplane与外侧倾转动力装置b所在的桨旋转平面b plane处于两个不同的平面上，且桨旋转平面aplane和桨旋转平面b plane全部错开了驾驶员所处关键位置。如图4所示，垂直起降状态时，内侧倾转动力装置a与后旋翼动力装置d的螺旋桨安装平面为同一平面，均为3st plane，外侧倾转动力装置b单独处于的桨安装平面2st plane，若干旋翼动力装置c所在的桨安装平面为同一平面均为1st plane。
45.本实用新型的飞行器在悬停及垂直起降时，飞行器前端的倾转动力装置旋转向上作为旋翼动力装置，同连接撑杆和后撑杆上方的旋转动力装置共同组成旋翼动力系统。所有旋翼动力装置的螺旋桨分布在3个不同的高度(1st plane、2st plane、3st plane)，在飞机的抗风、姿态调整中没有任何控制死点，飞行过渡平稳，调试姿态控制能力和抗风能力达到最佳。
46.本实用新型中的倾转动力装置和旋翼动力装置的螺旋桨旋转方向如下：
47.在飞行器平飞状态时，机身左右两侧的内侧倾转动力装置a与外侧倾转动力装置b的螺旋桨旋转方向相反、且各内侧倾转动力装置和外侧倾转动力装置的转动方向也相反，形成互补状态。如图6所示，在一实施例中，从机头向机尾方向看去，右侧内侧倾转动力装置a的螺旋桨沿逆时针方向旋转，右侧外侧倾转动力装置b的螺旋桨沿顺时针方向转动；则左侧内侧倾转动力装置a的螺旋桨沿顺时针方向旋转，左侧外侧倾转动力装置b的螺旋桨沿逆时针方向转动。同时，连接撑杆和后撑杆上方的各个旋翼动力装置的螺旋桨为顺航方向锁定，从而减少阻力。
48.在飞行器升降或悬停时，飞行器前端的四个倾转动力装置均转动向上作为旋翼动力装置，和连接撑杆与后撑杆上方的旋翼动力装置共同组成旋翼动力系统，此时旋翼动力
系统中各个旋翼动力装置的螺旋桨转动方向相反互补，如图6所示，后旋翼动力装置d的螺旋桨沿逆时针方向旋转，连接撑杆后方的旋翼动力装置c-2的螺旋桨沿顺时针方向旋转，连接撑杆前方的旋翼动力装置c-1的螺旋桨沿逆时针方向旋转，右侧外侧倾转动力装置b的螺旋桨沿顺时针方向旋转，右侧内侧倾转动力装置a的螺旋桨沿逆时针方向旋转。左侧各个动力装置的螺旋桨旋转方向则对称互补旋转。
49.本实用新型结合了复合翼安全简单与倾转旋翼高性能的优势，进行合理布局，优化结构，从而达到重量相对较小，系统复杂度低，性能优秀的效果。巡航时前端有四个倾转动力装置作为推进动力，巡航速度大，有利于快速到达，推进螺旋桨处于翼面前方的自由气流中，巡航效率高，并对后方较小的翼面产生额外的增升作用，提高全机升阻比。起飞和悬停时，前端四个倾转动力装置转动向上，与其他六个旋翼动力装置共同组成旋翼动力系统，飞行器具备总计十个升力旋翼系统，动力系统冗余大，十个旋翼围绕重心四周分布，并采用旋翼倾斜设计，旋转扭矩最大化，具有优秀的机头指向和抗风能力，悬停控制效果最佳，任何1-2个动力出现故障时影响最小，大大提高了安全性能。
50.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。