专利名称：直升汽车飞机的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于航空客货运输的飞行器(飞机)，本发明也能作为地面机动车辆进行交通运输。
现有固定翼飞机和直升机的安全性不够，一旦一台发动机出故障，很可能遭难。固定翼飞机一般不能如同直升机那样垂直起；直升机的速度，经济性沼固定翼飞机；地面汽车则饱受道路拥挤之苦，行车时间长，浪费时间多。
本发明针对上述缺点提供了“直升汽车飞机”，主要目的是造出同时具有固定翼飞机，直升机地面汽车这三样产品的优点和功能的飞机。
本发明的目的是这样实现的本发明所发现和依据的技术原理是用一组旋翼(可称为“顶桨”，双叶或多叶)在机身上方旋转以产生升力；同时用另一组(可称为“底桨”，双叶或多叶，或是圆盘形结构)在机身下方作与顶桨的旋转方向相反的旋转，以此既产生升力，也产生扭力以抵消或平衡由于顶桨的逆时针方向旋转而引起的机身的顺时针方向的扭转力。为此，为每组旋翼选用一只适当功率(马力)的发动机，恰当地安排机身和上下两组桨叶的面积尺寸位置和角度，使用各个气动操纵面(尾翼、前翼、尾部方向舵)以及设在机身下的与底桨匹配使用的阻力方向舵，就能使此飞机如直升机那样地垂直起降并达到空中飞行所需要的控制操纵性能。
本发明也采用了特殊的使水平尾翼能在飞行状态中从与机身并拢的状态向两侧后方张开到固定翼飞机的水平尾翼的状态的结构，使本发明的飞机能由直升机飞行状态转变成固定翼飞机的飞行状态。本发明的飞机，有一个前翼，此鸭式前翼的机首两侧的外部也能由并拢状态而完全展开成为前翼。
具体而言，本发明的一个实施例是本发明的飞机是三翼面总体安排，有前翼，顶桨翼面，水平尾翼。前翼，就是在机首两侧的鸭式前翼，翼展约4米，两翼下各有一个兼用作转向轮的前轮，两轮之间距约2米。三个翼面的宽度基本相同，为0.70米到0.80米，前翼的水平角度是0°顶桨，就是在机身中部的重心上方的一组旋翼，可取用两片桨叶，其直径约4.4米到5米。在此桨叶的中心部分(直径约2米)可做成圆盘形，作为一种选择。在顶桨叶的端部，可装翼尖涡轮，以增加了顶桨的升力，在地面行驶时，可将在驾驶仓上方的桨叶在半径1米处将桨叶外半部分向上，再向内向下折转平放，将顶桨沿机身方向锁定，并固定在桨叶的中央部分之上。在空中作固定翼式飞行时，顶桨桨叶展开，横向锁定在与机身垂直的位置上，作为一个固定的升力面。
尾翼翼展约8米，自中央向两侧外可略有上翘，例如上翘3°-5°。此水平尾翼可以在两侧分别向机身方向向前向内折转并拢，而将此水平尾翼的翼面由水平位置变为垂直地产拢并且锁定于主机身。此时的状态，就是飞机在地面上行驶的状态。
当飞机在地面道路上行驶，前翼的两个外侧部分，即离机身中央线半径1米之外的部分，也是向上再向内向下折转平放的。
在机身内配备两只发动机。一只发动机用于驱动顶桨，该发动机可以装在顶桨轴的下方或后机身，在实施例中，该发动机装在顶桨轴之后的机身，该发动机也用于驱动设在飞机尾部的在尾翼及方向舵之后的推进式螺旋桨，该螺旋桨是3叶片，直径约1.60米到1.80米。用了叶片螺旋桨比双叶桨更为安静，少一些噪音。
另一只发动机用于驱动底桨，底桨是设在机身下面的与顶桨同一轴心线的螺旋桨，它可以是双叶或多片桨叶，甚至是一个特殊形状结构的圆盘体。底桨的直径可以小于顶桨的直径，在实施例中的底桨的宽度尽可能取得比较宽一些，其几何扭转度应有利于防机体倾侧，直径是2米，双叶，在空中可沿机身方向锁定。对于两座以上的飞机，此底桨的直径可选用至3.5米或更长些。用于驱动底桨的发动机，也可用于驱动地面行驶系统(它包括组合离合器、传动轴、减速器、车轮、减振悬挂装置、刹车装置等等)。经过组合离合器，减速器(一级或二级)，联轴器传动轴，该发动机也可用于驱动尾桨(单独地驱动尾桨或与另一只发动机共同驱动尾桨以增大马力，提高飞行速度。)以及用于顶桨，这一点，在特殊紧急的空中情况发生时，是有用的，可以保持飞机的安全降落或安全性。
在实施例中，上述用于底桨的发动机安装在上下两组旋翼中心轴的前方，紧靠着该中心轴，，在此发动机的前方，才是驾驶员座位等等的仓内空间。一般而言，用于驱动底桨的发动机，当然也可以装在机体内的其它部位，例如在用驱动顶桨的发动的下方等等。原则上都是可以的。视机型大小和实际空间许可条件而定。本实施例是单座飞机的原型机。
燃料油箱的容量总共是至少20加仑左右(美制)由一只或几只油箱所组成。安装的位置以靠近机身中央旋翼轴所在的重心位置为宜。设备和行李箱的安装位置，也依此原则。
在机身中央线上，在尾翼的基本限界内，紧靠着尾桨的地方，装上下两个方向舵的舵片，其中间位置有传动轴穿过，将动力传给尾桨。
在后机身两侧的下部适当位置各设一个可让下述的支撑杆按预定形状或角度转动的固定支点，在此支点上各装一根下部略弯的支撑杆，此支撑杆的上部往上联结在尾翼下表面的支撑点上。在驾驶仓的驾驶员，使用一个在原理上类同于打蛋机双向转动的机构，在这个机构中，驾驶员通过专用手柄发力，作正反两个方向的转动，该手柄在转动时分别同时地控制两股高强韧度的拉索，此拉索分别独立的向后经过机身联结到尾翼的两个端部。此拉索受力时，因手柄转动的方向不同而引起对尾翼的向机身并拢或自机身向后张开到水平尾翼位置的驱动力，如此，就能按控制要求将尾翼保持在不同的位置上，以便能使飞机在空中飞行或在地面行驶。此两股拉索的粗细和强度要求依机型大小而定，在本实施例单座飞机，1厘米左右的直径就够了。
尾翼在向机身并拢或张开进的轨迹受到尾翼的支撑杆的限界限位控制，以保持机身两侧的尾翼在收张时不与飞行状态中的顶桨相擦撞。
两侧尾翼下表面各有两个带有圆形孔洞的突出物，可称为“锁定环”在尾翼向机身并拢时，该空出物接触到机身的特定部位，并触发一个“锁定插销机构插入上述的圆形孔洞而将尾翼锁紧，与支撑杆一起使尾翼保持不动。
在机身上表面，可开辟供发动机用的进气口。
此飞机的两个前轮是转向轮，两个后轮是动力轮，两个后轮的间距可与前轮的相同，也是约2米，在地面道路宽度之内。
此飞机的机仓最宽处约80厘米左右。(不计及支撑杆的支点位置。)机仓高度依常规的适于驾驶乘员舒适性的要求而定。飞行仪表有多种选择，也有用于地面行驶的相应的控制操纵装置。当然应尽量降低机仓高度。
在本实施例中，上下两组旋翼的轴和减速器等等的整个系统，在机身内用一个统一的承力支架承托。装在旋翼中心轴之前的那只发动机的传动轴，根据发动机所选用的某个类型结构，若需要，就经过特设的齿轮组，不然，就直接在上下两组旋翼轴的两个端部之间穿过，进入后机身而连接并驱动底桨减速器及底桨。该传动轴，也经过组合离合器和联轴器，传动轴将动力按控制要求传往顶桨，地面行驶系统，甚至于尾桨。
上述的地面行驶系统装在机体后部。
可沿底桨的气流方向，在机身下两侧各装一片方向舵，以调节上下两组旋翼的扭力，保持机身于所需要的方向和位置。后轮位置在此舵的侧后方。
根据本发明的原理和结构，因为上下两组旋翼的尺寸不同，各自所用的驱动发动机的功率(马力)不同，还可以变更使用大小不同的功率，以及机身与上下两组旋翼。
这三者之间的特定的相对位置，均会引起机身的扭力的有利的变化。将此扭力控制住，可保持机身于所需要的方向和位置。
在本发明实施例中，对于顶桨和底桨，可免掉通常可见的对桨叶操纵以变换角度方向的装置，只需使桨叶在固定位置和角度上旋转即可，如此，简化了结构，减轻了重量，提高了可靠性。进一步说，将上下两组旋翼(及其中央轴心线)旋转时保持在一个对于前翼和尾翼的特定角度，能造成在空中不使用尾桨情况下机身的轻微的移动，此时，若变化前翼和尾翼的副翼气动控制面于某个角度范围内，又能使飞机继续维持悬停不动或垂直的上升或垂直的下降，以及使飞机慢速地向前后左右移动位置定位。
顶桨，其中部可大一些，往两端部稍作收缩变窄。顶桨的升力愈大，则愈能减小顶桨的长度因而也是整机的长度。顶桨可有些微仰角，轴中心处向两个端部作一定几何扭转。
在机身中央线上，在尾翼的宽度限界之内，在紧靠着尾桨的地方，装一个方向舵，该舵分为上下两部分联动，其中间的空间位置就让传动轴通过，向后传送动力给尾桨，尾桨是推进式螺旋桨，直径在1.70-1.80米。
在底桨的转动包线限界之外，为了地面安全起见，可以装一个细网格罩子复盖在底桨的上方和外侧面。在飞机垂直降落时，可设立规则或依照规定，使飞机发出某种声、光信号以告诫地面人员留意。
此飞机以直升机方式起飞时，先发动顶桨，然后发动底桨而起飞升空。达到一定高度，即可张开前翼和尾翼，然后关闭底桨，将底桨发动机的动力。
传给尾桨，尾桨进入工作状态并足以维持机体的飞行姿态后就可关闭顶桨。然后，驱动顶桨的发动机动力得以可能全部传给尾桨。此时，可选择让两只发动机共同驱动尾桨以达到较高航速或是只使用其中的1台发动机。经过组合离合器和联动器的传动，两只发动机的动力可单独地或共同的将动力传给同一根尾桨传动轴。该尾桨传动轴由几个支承架在各点上支承而通往机尾的推进式螺旋桨。
当然，此飞机也可以先在地面上张开前翼和尾翼，启动尾桨以固定翼方式起降。
前翼的收张是这样的结构和过程也使用类似用于收张水平尾翼的机构，驾驶员通过专用手柄发力，可使拉索受力而将并拢时的两段前翼向外升起并张开到位，到位后，在前翼内部设有推杆，由驾驶员手控此推杆插入前翼各个连接处的槽，成为水平支承梁而完成前翼的张开过程。收拢进，先拉回(在水平方向上缩回此推杆)推杆，再用手柄发出相反方向的力，使拉索在前翼分段连接处的节点受力而拱起，逐步回复到并拢状态。
在空中，此飞机可由固定翼飞机飞行方式变成以直升机方式降落。飞机先关掉发动机进入滑行，然后启动顶桨和底桨，操纵各翼面和方向舵，到达降落地点上空再垂直降落地。尾桨也可推动帮助定位。
此飞机可以在正式的大、小飞机场之外的小面积空间垂直起降于道路上，院子里，屋顶上。由于此种飞机数量多，在城区上空多层低，高空空域里飞行，需要在地面上设立地标导引导航设施。飞机上的高度自动化的驾驶、导航定位、通讯设备自然也是应该选用的。
两侧机身下，在底桨的后方，对着底桨的来流方向，各装一片阻力方向舵，协助起转向作用。机尾的方向舵，也可侧转对着顶桨气流协助转向。
此飞机的两个前轮是转向轮，两个后轮是动力轮(机身后部两侧各一个)，带有液压刹车装置和减震结构。
底桨和尾桨，离地面有一定的高度，与机射和三个翼面处在适当的相对位置上，以维持良好的气流场和地面效果。用于底桨的发动机功率(马力)可以比用于驱动顶桨的发动机的功率(马力)稍小一些，例如，以85马力比118-125马力。顶桨的RPM是500以上。
按本发明的原理和结构，本发明的飞机适用于各种乘员数量或载重量，自单座到8座甚至更多些人，都可以。
一般来说，底桨的直径比顶桨的直径短一些，底桨可沿机身长度方向在机身下锁定。在底桨直径在大约小于等于2米的情况下，是不妨碍在地面道路行驶的，飞机的前后轮的并排两轮之间距也正是在两米左右。前后轮都是不可收放的，以免除收放设备的重量。
本发明的在机身上下的两组旋翼的中间是飞机机身，有一定的间距，所以两组旋翼的直径和面积的要求与常规的共轴式直升机在机身上方的两组旋翼有所不同。本发明具有更多的灵活性和有效性。
例如，本发明的上下两组旋翼和尾桨，可以分别由两只发动机各自单独驱动，提高了飞机的安全可靠性，上下两组旋翼在整个飞机系统结构中，既能达到扭力平衡以保持方向，又能在维持所需升力的情况下，分别调整某一组旋翼的所用功率，以便利用它所形成的某个方向的扭力达到转向目的。
顶桨和底桨的轴，装在同一中心线上，用承力平台和支架将上下两根轴，减速器齿轮组等等牢固地联成一个整体结构。
航空仪表有多种选择。尽量使用各种轻型材料用于结构，机身和设备。
此飞机空重约1100磅到1300磅。飞机长度，在顶桨旋转时约5.8米左右。在地面上顶桨的一部分折叠时机体总长度可稍短一些。
在地面，飞机的高度可低于2米20厘米。单座1人的重量按200磅计算，包括行李，燃料油的重量在130-200磅，如此，飞机的总重量1400-1700磅。
本发明的技术效果是本发明的飞机可以在地面道路上行驶，在地面上既可以在正规的大小飞机场用固定翼飞机方式起降，也可在10多米见方的地面空间内用直升机方式垂直起降。在空中飞行时，能用固定翼飞机方式快速而经济地飞行。本发明提供了一种新型的交通工具，将飞机固定翼飞机，直升机)和汽车的优点和功能集于一体，其方便灵活性，经济性，节省时间，开拓了人们的活动空间范围所带来的经济和社会意义是巨大深远的，是一种如同汽车，轮船，飞机那样的基本性的重要产品。
图3中的“1”是顶桨；“2”是用于顶桨的减速器；“3”是顶桨驱动轴；“4”是设在顶桨端部的增升用的翼尖涡轮；“5”是主要用于驱动顶桨和尾桨的发动机；“6”是机身的后半部；“7”是自机身中央线向两外侧略有上翘的水平尾翼；“8”是机尾方向舵的上半部舵片；“9”是机尾的推进式螺旋桨；“10”是机尾方向舵的下半部舵片；“11”是水平尾翼的支撑杆；“12”是地面行驶系统各机构；“14”是用于底桨的在机身下方的阻力方向舵，在机身两侧各有一片，沿机身前后方向安装；“13”是后轮之一；“15”是油箱燃料)“16”是组合离合器；“17”是底桨；“18”是用于底桨的减速器；“19”是油箱或行李箱；“20”是前轮之一；“21”是前翼；“22”是尾桨传动轴；“23”是驾驶仓；“24”是门；“25”是主要用于驱动底桨和地面行驶系统的发动机。经过组合离合器，联轴器等也可用于驱动顶桨和尾桨；“25”是两只发动机可单独或共同地作用的尾桨轴的联轴器。“26”是传动轴的支承架之一。“27”是在机身中部的整体的支承受力平的一部分。
权利要求
1.一种同时具备固定翼飞机、直升机和地面汽车功能的飞行器(飞机)。它包括两组旋翼。其特征在于所述的两组旋翼并不是如通常的共轴式直升机那样都放在机身上方，也不是如常规直升机那样一组在机身上方，另一组在机尾垂直地平衡和控制机身的扭力，而是一组在机身上方，另一组在机身下方作与机身上方的旋翼方向相反的旋转，以获得机体的升力，推力和控制平衡机体的力。此飞机的推力，主要是由设在机尾的另外的一组(第三组)旋翼作为推进螺旋桨提供。上述所有的三组旋翼既可以选用常规的发动机轴传动方式，也可以选用来自喷气发动机的气流加以驱动而旋转的方式。
2.一种组成如权利要求1所述的直升汽车飞机的水平尾翼和前翼，其特征在于该水平尾翼和前翼可以在空中飞行状态或地面上经由拉索机构和支撑杆被拉紧侧转，并拢锁定于机身或是在锁定状态被解锁而拉回到飞行状态位置。
3.一种组成如权利要求1所述的直升汽车飞机的发动机、减速器、组合离合器、地面行驶系统以及顶桨尾桨和底桨。其特征在于该发动机的数目至少是两只分开或合在一起，每只独立完整的发动机单元或系统可按多种可能的位置组合安装在机内，其动力经由上述的一级或多级减速器，组合离合器(包括联轴器)以及在使用喷气发动机条件下所使用的气流喷管可以分别或共同地驱动顶桨、底桨、尾桨和地面行驶系统这些设备中的全部或其中的一个或几个而达成的，由此提高了飞机的安全可靠性。
全文摘要
提供了在汽车、飞机场、直升机之后的又一项基本重要的交通工具:直升汽车飞机。它可以在地面道路上行驶,可以固定翼或直升机起降。在空中能以固定翼飞机方式快速而经济地飞行。它方便灵活、节省了时间,开拓了人们的活动空间范围,具有巨大而普遍的经济作用和社会意义。
文档编号B64C37/00GK1303803SQ9911983
公开日2001年7月18日 申请日期1999年10月26日 优先权日1999年10月26日
发明者杨福顺 申请人:杨福顺