一種垂直起降安全飛的製造方法
2023-09-11 11:46:00
一種垂直起降安全飛的製造方法
【專利摘要】一種垂直起降安全飛機，主要組成有：駕駛艙、主氣囊、副氣囊、發動機、螺旋槳、方向舵、尾翼和輔助駕駛系統，駕駛艙位於中心位置，駕駛艙上部有主氣囊，下部有副氣囊，氣囊成空氣動力學外形，巡航時提供動力學升力，氣囊內可填充比空氣輕的氣體，提供部分升力，發生故障時，合適的氣囊限制墜落速度，緩衝撞擊力度，比較危險的油箱和發動機是可以拋射的，多種安全措施保護乘員安全，螺旋槳的方向是可以調節的，飛機可以垂直起降，也可以短距離滑行起降，起降場地廣泛，例如，草坪、廣場、水面、路面等。
【專利說明】一種垂直起降安全飛機
【技術領域】
[0001]一種垂直起降安全飛機，屬於小型飛機領域。
【背景技術】
[0002]飛行器在現代社會中具有重要的作用，使用較多的是固定翼飛機，其它飛行器還有直升機、飛艇、熱氣球等。
[0003]固定翼飛機的優點是航速高，有較好的經濟性，但固定翼飛機依靠與空氣的相對運動來獲得穩定性，一旦失去速度，就失去穩定性，所以，固定翼飛機在起飛和降落時，仍然需要較大的速度，一旦偏離或有突發情況，幾乎沒有時間應對，另外，固定翼飛機需要較長的跑道，以及地面輔助配套設施，飛鳥對飛機的危害較大，駕駛員訓練周期長，成本高。
[0004]直升機依靠旋翼產生升力，能垂直起降，不需要跑道，但直升機航速、飛行距離、飛行高度都不及固定翼飛機，旋翼維持升力需要足夠的轉速，但旋翼速度加上巡航速度超過音速，會產生震顫等問題，而向後運動的旋翼又會失速，不能提供升力而失去平衡，另外，旋翼產生很大的反向力矩，中心部位的旋翼幾乎不提供升力，總之，直升機結構和控制較為複雜，出現故障十分危險。
[0005]飛艇可以長時間滯留空中，但其體積龐大，抗風能力差，機動性差，運行維護成本較聞。
[0006]隨著車輛數量增加，交通問題日益嚴重，道路堵塞造成時間和能源耗費，空氣汙染加劇，緊急突發情況難以及時處理，人們迫切需要一種安全靈活的飛行器。
【發明內容】
[0007]本發明針對社會需求，結合各種飛行器優點，採用多種安全措施，設計了一種垂直起降安全飛機，可用於救援、巡邏、考察、交通、廣告、旅遊等場合。
[0008]一種垂直起降安全飛機，主要組成有:駕駛艙、主氣囊、副氣囊、發動機、螺旋槳、方向舵、尾翼和輔助駕駛系統，駕駛艙位於中心位置，駕駛艙上部有主氣囊，下部有副氣囊，氣囊成空氣動力學外形，巡航時有較小的空氣阻力且提供動力學升力，氣囊內可填充比空氣輕的氣體，提供部分靜升力。
[0009]當飛機發生故障，可以選擇手動控制滑行，如果滑行也無法實現，將發生墜落，主氣囊面積較大，較大的空氣阻力限制下墜速度，飛機重心低，不易發生翻轉，即使翻轉，駕駛艙周圍均有氣囊減緩地面衝擊力度。
[0010]螺旋槳的方向是可變的，在起降或懸停時主要提供升力，在巡航時主要提供推力，也可傾斜一定角度提供升力和推力。
[0011]起降或懸停時，兩隻主螺旋槳向中間傾斜一定角度(兩隻主軸呈八字形)，產生的氣流沿主氣囊表面流動，形成低壓區，增加部分升力，如果飛機發生傾斜，較高的一邊螺旋槳傾斜角度更大，提供的升力減小了，同時，較低一端的螺旋槳風力在主氣囊表面產生更多的水平側向力，有利於使飛機回到水平狀態。[0012]飛機可以垂直起降，也可以短距離滑行起降，滑行起降可以承載更多的重量，可以在草坪、廣場、水面、路面等平整面起降。
[0013]副氣囊內有隔膜，將其分為兩個室，一個室和主氣囊相連通，以儲存主氣囊氣體或將其送回主氣囊，維持主氣囊合適壓力，另一個室通過閥門或氣泵連接大氣。
[0014]飛機頂部設有應急降落傘，油箱、發動機是可以拋射的，採用機械方式連接降落傘打開機構、油箱拋射機構、發動機拋射機構，緊急情況下，可採取這些措施的一種或幾種。
[0015]油箱採用阻燃彈性材料製造，其拋射後出油口自動封閉，墜落至地面不會破裂。
[0016]通過油門調節螺旋槳功率有一定的延遲，不利於飛機姿態控制，特別是起降和懸停狀態，發動機連接有發電機，對蓄電池進行充電，調節發電機輸出功率可以調節對發動機阻力，從而調節螺旋槳功率，當螺旋槳功率不足時，發電機可以轉換為電動機(下稱電機)，由蓄電池提供電源，這時，螺旋槳受到發動機和電機雙重驅動，可以獲得最大的功率，隨後，油門調整的效果體現，電機可逐步回到正常發電狀態，通過電機和發動機配合，一方面可以快速地調節螺旋槳功率，另一方面可以提高螺旋槳極限功率。
[0017]當發動機意外停車時，可依靠電動機多次嘗試重啟動，最不利情況下，通過離合器切換，可由電機短時間提供螺旋槳功率。
[0018]採用微型計算機輔助駕駛，微型計算機採集陀螺儀、加速度傳感器、磁偏角傳感器、GPS或北鬥定位數據，氣壓傳感器數據，進行運算和評估，控制飛機姿態或提供參數，此設備有兩套可供接入，也可以切換為手動駕駛。
[0019]可以採用本人發明的「一種旋轉式發動機」專利申請號:201410207789作為動力
源，具有更大的功率和更小的重量。
[0020]工作原理:所述一種垂直起降安全飛機，綜合了固定翼飛機、直升機、飛艇優勢，可以垂直起降和懸停，駕駛艙周圍有氣囊，起減小墜落速度和緩衝保護作用，氣囊可填充小於空氣密度的氣體，提供部分靜升力，氣囊成空氣動力學外形，巡航時提供動力學升力，通過調節螺旋槳方向，可以提供升力或推力。
[0021]本發明的優點:與現有的產品比較，本發明結合了固定翼飛機、直升機和飛艇優勢，可垂直起降，不需要機場，用途廣泛，具有較好的安全性、操控性和經濟性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是結構示意圖，圖2是控制系統框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖，對發明的優選實施例進行詳細介紹。
[0024]圖1是結構示意圖，駕駛艙I位於整機中央位置，主氣囊2位於駕駛艙上部，副氣囊3位於機身下部，有左右兩隻，主氣囊成空氣動力學外形，內充比空氣輕的氣體，提供部分升力，巡航時提供動力學升力，主副氣囊均採用有一定的彈性阻燃材料製造，當飛機發生意外墜落時，任意方向均有氣囊保護。
[0025]主螺旋槳4有左右兩隻，副螺旋槳5由電機驅動，三隻螺旋槳的方向是可調整的，採用液壓或電動調整，兩隻主螺旋槳在起飛時提供主要升力，在巡航時提供主要推力，副螺旋槳承擔較小的升力或推力，採用電機驅動，以減小重量和體積，利於快速調節功率和角度，甚至可以反轉，兩隻主螺旋槳向中間傾斜，產生的氣流沿主氣囊上表面流動，形成低壓區，提供部分升力。
[0026]油箱和發動機6有左右兩組，發動機驅動主螺旋槳，同時，發動機連接有發電機，對蓄電池進行充電，調節發電機輸出功率，可以調節發電機阻力，從而調節主螺旋槳功率，需要時，可將發電機轉換為電動機(常規技術)，這時，發動機和電動機同時驅動主螺旋槳，利用電機調速較快的優點補償油門調節滯後性，並且增大了主螺旋槳的極限功率。
[0027]飛機上方有降落傘7，油箱、發動機設有拋射機構，駕駛面板有控制手柄，手柄上標有降落傘、油箱、發動機圖樣，採用機械方式連接所述機構，緊急情況下，可以選擇採用這些應急措施，可以設置一些規則，例如:先拋射油箱後拋射發動機；應避免降落傘被螺旋槳纏繞情況；在水面迫降可以不拋射飛機部件；選擇在低空時拋射油箱較為合適；發動機依靠管路內燃油可供其工作一段時間。
[0028]8是方向舵，9是尾翼，滑行輪10用於滑行起降方式，採樣輕質複合材料製造，副氣囊底面採用適當硬度的阻燃材料，和滑行輪支架設計成一體，也可以分為不同型號，例如，固定航線且沿途多平地的可採用滑行起降，垂直起降和懸停對目標不明的救援特別重要，在水面可滑行起降無需滑行輪。
[0029]圖2是控制系統框圖，採用微型計算機做為處理器，9軸傳感器包括:三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸磁傳感器以及氣壓傳感器，(常見的成熟產品，體積小，精度高)，通過合適算法，可以得到飛機的實時姿態信息，通過衛星定位數據、氣壓數據以及雷達數據，可以得到飛機高度信息，微型計算機對這些數據進行分析，結合輸入命令，發出控制指令，控制螺旋槳功率、螺旋槳角度、尾翼和方向舵等。
[0030]攝像機安置於運動方向(前方和下方)，具有對直線進行描邊功能，結合雷達(採用超聲波雷達，因為速度不高)，對電線等細長障礙物進行提示，無線聯絡模塊具有報警求救功能，主控系統同時對電池電量進行管理。
[0031]上述主控系統設有兩套，並且處於運行狀態，通過手動開關可以選擇其中的一套進行控制，也可選擇手動駕駛方式。
[0032]以圖1舉例，主氣囊長14米、寬9米、高3米，設計軟體給出的體積為250立方米，如果填充氦氣大約可提供279Kg升力，如果起飛重量為500Kg，三隻螺旋槳僅需提供221Kg的升力(起降或懸停時，實際應考慮餘量)，從節約成本考慮，主氣囊也可以直接填充空氣。
[0033]為加快產品化周期，可以建設合適的威亞輔助設施，在起降實驗中限制下降速度，保護試驗人員安全，可做為學習駕駛設施。
[0034]可以建設試驗風洞，由於本飛機設計速度不高，用3D列印模型可立即進行風洞試驗，風洞設施建設成本不高。
【權利要求】
1.一種垂直起降安全飛機，主要組成有:駕駛艙、主氣囊、副氣囊、發動機、螺旋槳、方向舵、尾翼和輔助駕駛系統，其特徵在於:駕駛艙位於中心位置，駕駛艙上部有主氣囊，下部有副氣囊，氣囊成空氣動力學形狀，巡航時提供動力學升力，氣囊可填充比空氣輕的氣體，提供部分靜升力。
2.一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:當飛機發生故障，可以選擇手動控制滑行，如果滑行也無法實現，將發生墜落，主氣囊面積較大，較大的空氣阻力限制下墜速度，飛機重心低，不易發生翻轉，即使翻轉，駕駛艙周圍均有氣囊減緩地面衝擊力度。
3.—種垂直起降安全飛機，其特徵在於:螺旋槳方向是可變的，在起降或懸停時主要提供升力，在巡航時主要提供推力，也可傾斜一定角度提供升力和推力，飛機可以垂直起降，也可以短距離滑行起降。
4.根據權利要求1、2、3所述的一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:起降或懸停時，主氣囊兩側的主螺旋槳向中間傾斜，產生沿主氣囊表面流動氣流，形成低壓區，提供部分升力，同時有利於維持平衡。
5.根據權利要求1、2、3所述的一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:飛機頂部設有應急降落傘，油箱、發動機是可以拋射的，採用機械方式連接降落傘打開機構、油箱拋射機構、發動機拋射機構，緊急情況下，可採取這些措施的一種或幾種。
6.根據權利要求1、2、3所述的一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:發動機連接有發電機，對蓄電池進行充電，調節發電機輸出功率可以調節對發動機阻力，從而調節螺旋槳功率，需要時，發電機可以轉換為電動機(下稱電機)，由蓄電池提供電源，此時，螺旋槳受到發動機和電機雙重驅動，利用電機調節功率比油門快的優點，可以快速調節螺旋槳功率，並且可以提高螺旋槳的極限功率，當發動機意外停車時，可以通過離合器切換，短時間由電機提供螺旋槳功率。
7.根據權利要求1、2、3所述的一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:採用微型計算機輔助駕駛，該輔助駕駛設備有兩套可供選擇，也可選擇手動駕駛。
8.根據權利要求1、2、3所述的一種垂直起降安全飛機，其特徵在於:可以採用本人發明的「一種旋轉式發動機」(專利申請號:201410207789)作為動力，具有更大的功率和較小的重量。
【文檔編號】B64C29/00GK103991534SQ201410244086
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】佔舒婷 申請人:佔舒婷