複合升力變形飛艇的製作方法
2023-09-16 23:48:15 1
專利名稱：複合升力變形飛艇的製作方法
技術領域：
本發明涉及飛艇領域，由其涉及可以變換飛行模式的高速飛行的飛艇技術領域。
背景技術：
飛艇擁有成本低廉，安全性高，速度可行，有利環保的特點，現代飛艇使用的是安全性極高的不可燃的氦氣，其隋性氣體特徵決定了其就算在高空嚴重受損也可以安全降落；飛艇載重量遠大於飛機，效費比相較於普通地面運輸工具也合算，有人做過統計，從速度上看，現有開發的飛艇已經擁有一百五十公裡以上的速度，足以部分代替我們日漸擁擠耗費大量能源的傳統客運方式，並且極大緩解我們的能源與交通緊張的狀況。從地形來看，中國是一個山地多的國家，全國大多面積為山地所覆蓋，如果單純從傳統的地面交通規劃上來說，傳統的公路與鐵路地面建設，所以一種廉價的浮空飛行器，是這一切問題的根本解決方案，我們也可以不用再花費巨資與破壞環保的代價為午多傳統方式難以到達的偏遠角落進行不合算的公路建設了，我們要做的只是每天有幾個航班經過。據了解，現在有一種新型航空器名叫Dynalifter，兼具飛艇、飛機的特徵，有飛艇的重量輕、載荷大的優點，又具有飛機穩定的操控性能。傳統的飛艇可以一直漂浮在空中，而Dynalifter則通過氦氣和跑道加速來獲得升力。視情況不同，氦氣能夠提供30%到80%的升力，而發動機推進裝置升力艇體和艇翼通過地面滑行提供剩餘的升力，即滑行起飛垂直降落。
發明內容
有鑑於飛艇固有的體型大導致的，抗風雨能力差，姿態控制能力差，艇庫巨大建築代價高等缺陷，本發明提供一種可以改變艇體大小具有姿態控制能力和相對比現有飛艇飛行速度更快的新型飛艇設計技術方案，該新型飛艇技術方案為由內裝低密度輕重量氣體的艇體與可以充入熱空氣變形膨脹變大或釋放排出熱空氣收入艇中縮小艇體體積的熱氣囊配合，在起飛懸停降落時提供升力，在轉換為巡航飛行時逐漸釋放排出熱空氣變形減小體積降低飛行阻力，由艇翼提供轉換巡航飛行時的升力。廉價和易於製造的熱空氣可以和低密度輕重量的氣體如氦氣，以及推進動力系統提供的升力等提供起飛懸停降落時的升力。通過釋放排出熱空氣減小體積降低飛行阻力轉換為飛機巡航飛行模式，巡航前飛階段由機翼形狀的氣動升力艇體和艇翼提供升力。該飛艇由可以向上打開的上部艇體和下部艇體兩部分艇體或多個艇體構成，上下部分艇體前端部分連接，通過可以向上打開的上部艇體和下部艇體的前端部相連，和控制上下部艇體從尾部向上向前打開張開與合攏復位的牽引繩索系統裝置。通過上下艇體的分離張開打開或合攏復位，可以釋放張開或回收縮入艇體內的用於裝填熱空氣的熱氣囊囊壁囊皮。通過類似於蛘殼構型的上下艇體在牽弓I繩索裝置的幫助下逐漸張開，由高溫熱空氣製造裝置同時向熱氣囊中噴射充入的高溫膨脹的輕於外界空氣重量的低密度氣體產生的升力和相對不變的產生恆定升力的艇體和機翼形狀的艇體提供起飛降落時的升力需要。具有類似機翼形狀的氣動升力艇體及內部充入氦氣的艇翼，艇翼是否充入氦氣由艇翼的構造決定。在起飛降落時提供一小部分浮升力，主要提供在巡航前進時的升力。根據具體設計需要可以在下部吊艙或和艇體兩側安裝艇翼。艇翼可以採用摺疊或伸縮設計。在艇體的兩側上下左右設置用於控制艇體姿態的具有可調閥門設計的排氣管孔，通過控制合適位置的排氣管孔控制飛艇的艇體姿態。艇體合適時推進動力系統裝置採用類似於美國研製過的AH-56夏延高速直升機的旋翼與推進螺旋槳切換工作的推進動力系統裝置。即具有用於提供較大升力的大直徑旋翼，在起飛和降落時切換為直升機旋翼升力模式提高起飛重量和速度。在飛機巡航飛行模式，則逐漸切換到螺旋槳推進模式，可以採用具有方向舵的涵道螺旋槳，提供更好的姿態控制力，與飛艇起飛懸停降落時進行配合提高起飛懸停降落時的重量和速度。其大直徑旋翼在巡航飛行模式可以採用固定不轉提供升力的固定翼或旋翼機模式提高升力。該新型飛艇在起飛達到一定高度後，推進動力系統裝置加大前飛的力，打開艇體尾端的推進排氣管孔，逐漸釋放熱氣囊中的熱空氣，與上下部艇體連接的熱氣囊在囊皮上的彈性繩索的收縮力下自動收縮由牽引繩索裝置與上下艇體在前進氣動壓力下由繩索裝置纏繞收縮同步逐漸合攏復位配合收入艇中，在艇體尾端的推進排氣管孔噴氣推力與推進動力系統裝置的前進推力作用下逐漸由輕於大氣的上浮升力模式轉換為艇翼提供升力的 較小前飛阻力的飛機巡航飛行模式。降落模式與之相反，逐漸減小前飛推力，逐漸張開打開上下艇體同步向熱氣囊中噴射充入的高溫膨脹的輕於外界空氣重量的低密度氣體產生浮升力垂直或迎風大角度低速無滑行降落。當然降落區域有降落牽引繩索裝置將更加安全.。上部艇體會在浮升力作用下向上移動，下部艇體在吊艙的重力作用下向下移動張開熱氣囊。
附圖I為本發明上下艇體合攏飛行狀態示意圖附圖2為本發明上下艇體張開展開熱氣囊的側面示意圖附圖3為本發明俯視頂部示意圖附圖4為本發明採用翼身融合升力艇體設計的頂部示意圖附圖5為本發明採用翼身融合氣動升力體設計的前部正面示意圖附圖6為本發明採用升力旋翼與涵道推進裝置組合的腹部示意圖附圖7為本發明採用全機翼形狀艇體的頂部示意圖附圖8為本發明採用全機翼形狀艇體的側面示意圖附圖9為本發明採用大比例熱氣副氣囊艇體截面示意圖由於本人小學畢業，初中沒讀完繪圖能力極差，電腦以及使用的軟體的固有缺陷導致附圖的圖形線條不連貫鋸齒化，請理解為正常圖形線條。下面結合附圖對本發明的具體實施方法進行說明在具體的實施設計中不局限於附圖的設計，附圖僅供用於理解設計的實施方法。在圖I中標示為，上部艇體1，下部艇體2，艇翼3，吊艙4.。在具體的實施中下部艇體採用內凹設計，上部艇體的下部嵌套在下部艇體的凹槽中在圖2中標示為，張開的上部艇體5，下部艇體6，艇翼7，吊艙8吊艙後部為涵道螺旋槳推進裝置，牽引控制繩索裝置9，與艇體連接的同步充入熱空氣隨上下部艇體膨脹成型的熱氣囊囊體10。張開的上下部艇體與展開的囊皮形成半硬型複合升力艇體。在具體設計製造時不局限於附圖所示的長寬比長徑比，上部下部艇體的的相對位置數量大小面積形狀相對大小比例可以根據設計需要調整。在實際的起飛懸停降落控制中可以通過艇體內部的牽引繩索控制熱氣囊張開的比例調節浮升力。在圖3中，艇體11，艇翼12，艇翼的位置可以調整安裝在下部吊艙周圍，垂尾及尾舵13，平尾及尾舵14，用於姿態控制的排氣管孔位置15，連接上下艇體的軟連接區域16。用於姿態控制的排氣管孔根據設計需要設置數量位置長度大小，通過排出熱空氣進行艇體姿態控制。在具體的設計方案中可以在尾部排氣管孔中設置氣動力轉換裝置提供一部分或全部的用於收縮回收熱氣囊和合攏復位上下艇體的繩索纏繞裝置的動力，設計布設較複雜，採用電動的繩索纏繞裝置更加合適。在具體的設計製造中，可以採用在艇體上部設計熱氣囊的釋放孔或一定長度寬度的可以打開和關閉的艙門用於釋放和回收熱氣囊的艇體設計，通過與逐漸釋放展開和回收熱氣囊配合的充入或放出熱空氣來變換飛行模式。在艇體前部設計可變調的保形艇體，艇體也可以設計為橢圓環形，中部用于于釋放和回收熱氣囊。至少具有部分或整體類似機翼形狀的氣動升力艇體和艇翼，和用於提供浮升力的可以充入熱空氣變大與放出熱空氣變小收入艇體設計的熱氣囊，艇體最佳構造為半硬或全硬式結構，也可以採用軟式艇體硬式艇翼，影響飛行速度。飛艇的熱氣囊體積需要很大，飛艇背部可以設 計為可擴張蒙皮，這種蒙皮具有很好的韌性和氣密性，不用時摺疊在艇身內。不局限於以上的艇型設計，也可以根據實際需要採用其它艇體形狀構造。艇翼部分或全部可以採用機翼的設計。充入熱空氣的管孔為單向孔口，也可以設計為其他的關閉方式，在其關閉後，由飛艇內部的熱空氣製造裝置用壓氣機輸入的壓縮空氣接替工作。圖4為採用了類似於飛翼的翼身融合升力艇體設計頂部示意圖，增大了低密度氣體的容量和翼面積，可以以極低的速度飛行。上部用於向上張開熱氣囊的圓碟型艇體41，可以根據需要調整上部用於打開熱氣囊的艇體的形狀和面積以及位置。垂直尾翼尾舵42，機翼形狀的氣動升力艇體43。在圖5中採用了翼身融合體設計的本發明技術方案的正面圖，上部用於向上張開熱氣囊的圓碟型艇體51，可以根據需要調整上部用於打開熱氣囊的艇體的形狀和面積以及位置。垂直尾翼尾舵52，機翼形狀的氣動升力艇體53。矢量推進裝置54。圖6為本發明在實施中使用類似於美國研製過的AH-56夏延高速直升機的旋翼與推進螺旋槳切換工作的推進動力系統裝置的，採用升力旋翼與涵道螺旋槳推進裝置組合的可以進行飛行模式切換的動力系統的腹部布置示意圖。即具有用於提供較大升力的大直徑旋翼，在起飛和降落時切換為直升機旋翼升力模式提高起飛重量和速度。在飛機巡航飛行模式，則逐漸切換到螺旋槳推進模式，可以採用具有方向舵的涵道螺旋槳，提供更好的姿態控制力，與飛艇起飛懸停降落時進行配合提高起飛懸停降落時的重量和速度。其大直徑旋翼在巡航飛行模式可以採用固定不轉提供升力的固定翼或旋翼機模式提高升力。翼身融合艇體61，前部吊艙及起落架的位置62，涵道推進裝置63，旋翼64，發動機變速箱65。圖7為本發明採用機翼形狀氣動升力艇體實施設計的頂部示意圖，用於向上打開即張開熱氣囊囊壁囊皮的位於機翼形狀升力艇體頂部矩形艇體71，位於機翼形狀升力艇體上的垂直尾翼尾舵72，機翼形狀的升力艇體73，涵道式矢量推進裝置以及控制舵74。平尾翼及尾舵75，連接可以打開的上部艇體與機翼形狀氣動升力艇體的連接區域76。在不同的實施設計目的下，根據不同的設計實施目標需要，可以調整艇體和用於向上打開熱氣囊囊壁囊皮的艇體的形狀和所佔整個艇體的大小，比例，形狀和面積以及位置和數量，形成不同的艇體布局構型。例如只設計位於艇體頂部的一部分區域或全部區域用於向上打開熱氣囊囊皮的實現不同的設計目的。也可以設計為多個用於向上打開，和主艇體相連的熱氣囊囊皮的艇體頂部，形成不同數量和布局的實施設計方案。圖8為為本發明採用機翼形狀氣動升力艇體實施設計的側面圖，機翼形狀的氣動升力艇體81，垂直尾翼尾舵82，向下偏轉的涵道式矢量推進裝置83，平尾翼尾舵84。在不同的設計目標需要時可以在艇體兩側加裝艇翼，使用類似於V22魚鷹的傾轉旋翼設計。圖9所示的實施設計示意圖中使用了佔內裝低密度氣體氣囊相對比例的4%到90%的在起飛時充入熱空氣的副氣囊設計，即可以在起飛時充入熱空氣將冷空氣排出保持足夠的升力係數，隨著向巡航高度的爬升增壓力逐漸下降氦氣逐漸膨脹，熱空氣逐漸冷卻縮小體積由閥門管道系統排出艇外，保持艇形，防止艇體脹裂。用於張開熱氣囊囊皮的上部艇體91，上部艇體的下部囊皮91A，，用於支撐艇體的骨架92，佔上部氣囊容積的較大比例的熱氣副氣囊93，翼身融合的艇體94，下部艇體側面的熱氣副氣囊95，用於牽引控制熱氣囊囊皮的繩索纏繞裝置96，為副氣囊充入熱空氣或排出熱空氣的管道系統97，在具體的設計中，管道通過艇體前端與上部艇體的副氣囊連接，發動機所在的吊艙98，與用於張開熱氣囊的上部艇體和下部艇體相連的可以向上張開展開的分段摺疊的熱氣囊囊皮99，用於將熱空氣製造裝置或發動機排出的熱空氣過濾混合降溫，通過閥門管道系統為副氣囊充氣排氣的熱空氣控制裝置90，通過閥門管道控制充入排出熱空氣或冷空氣調節副氣囊的體積大小和升力係數。控制熱空氣在具體的設計中熱氣副氣囊與氣囊的相對大小由設計的最大最大飛行高度決定。副氣囊的大小和數量根據具體設計的艇體的大小寬度決定，。用於充入熱空氣的空間90A。在具體的實施和設計中飛艇艇體中低密度輕重量的氣體也可以採用熱空氣替代一部分或全部，降低飛艇的製造成本，在上部艇體中設置空氣加熱裝置或由下部的熱空氣製造裝置提供，用於將較重的位於上部艇體內被熱空氣壓到下部的冷空氣排出到下部的氣囊和艇體內，再由下部艇體完成同樣的過程。由尾部排氣管孔或其它位置的排氣管孔排出艇體外，也可以通過將上部艇體或下部艇體的內部隔離囊皮取消，或全部取消上部下部艇體的隔離囊皮降低成本和重量。通過用部少部分的熱空氣替代相對恆定不變的氣體如氦氣 可以省去一部分或全部氣囊中的調節副氣囊，由下部的熱空氣製造裝置或發動機排出的熱 空氣通過閥門管道系統提供調節，在低空飛行需要時將熱空氣充入上部氣囊保持艇型和提高升力係數。上部艇體內的下部囊皮設置合適數量合適位置如靠前的位置的可控打開關閉的和不可控的單向氣孔，下部艇體蒙皮也可以根據需要調整上部艇體的兩類氣體的比例，設置相應獨立的氣囊，用於充入裝填熱空氣的熱氣囊在需要時可以充入相對恆定不變的低密度輕重量氣體例如氦氣和氫氣，根據需要可以為該類氣體提供獨立的氣囊調控該類氣體的比例和防止損失。影響飛機巡航模式時的速度，但儲備浮力大減小了起飛懸停降落時燃料的消耗。在具體的飛行中，可以根據情況選擇像飛機一樣滑行起飛降落，也可以滑行起飛垂直降落或過程相反。在降落區域的風速大於可以允許垂直起降的風速時轉降附近機場滑行降落。垂直離地後以一定角度迎風爬升到相對安全的高度後，打開尾部排氣管孔，上下艇體在前進造成的氣動壓力下排出熱氣囊中的熱空氣逐漸合攏鎖定，並產生推進力，與推進動力系統配合將飛艇加速到艇翼產生足夠氣動升力的速度。降落過程為降低推進動力系統的前進推力減速，將推進動力系統的動力轉換到升力旋翼系統，解鎖上下艇體，通過上部艇體中控制升力的小氣囊提高升力，同步降低下部艇體的升力，打開上下艇體張開氣囊，並同步由熱空氣製造裝置向氣囊中充入熱空氣產生浮升力，實現降落或懸停。在具體的艇型設計時可以在上部艇體安裝全動平尾翼或採用X形尾翼實現上下反向運動控制上部下部艇體的打開與合攏。在起飛和降落區域的不同天氣狀況下，熱氣囊提供0%到50的升力。在具體的實施設計中，用於提供飛行模式轉換的艇翼的構造如果採用類似於艇體的構造如半硬式或硬式設計，可以充入輕重量低密度的氣體例如氦氣提供一小部分的升力。 在具體的實施設計中，上部艇體與下部的打開方式可以採用在起飛時鎖定前部，由尾部打開的設計，在減速降落時鎖定尾部由前部打開的艇型設計，減小減速降落時上下部艇體因為氣動壓阻力較難打開和展開熱氣囊的問題，該設計並不理想，設計製造複雜熱氣囊不易收入艇內。在具體的實施設計中並不局限於附圖所示的單艇體設計，根據設計需要艇體過於寬大時可以採用上下橫向多艇體與上下部多艇體組合式設計，上部艇體和下部艇體之間加入一個或多個艇體的艇體設計。在具體的設計實施中根據選擇推進動力系統的不同，根據需要將推進動力系統的排出的燃燒後的廢氣或噴出的高溫氣流通過閥門和管道導入熱氣囊中，用於提供部分或全部浮升力.例如使用渦扇發動機時通過閥門和管道將部分高溫噴射氣流導入熱氣囊中。在使用渦軸發動機/活塞發動機及其它發動機時通過閥門管道將發動機排出的高溫廢氣過濾後在起飛懸停降落時充入熱氣囊中提供浮升力省去部分或全部熱空氣製造裝置。
權利要求
1.一種新型複合升力變形飛艇，其主要技術特徵為，由內裝低密度輕重量氣體的艇體與可以控制充入熱空氣張開變大膨脹或排出熱空氣縮小艇體的熱氣囊體配合在起飛懸停降落時提供升力，在轉換為巡航飛行時逐漸釋放排出熱空氣變形減小艇體體積體降低飛行阻力，由氣動升力艇體及艇翼提供巡航飛行時的升力。該類型飛艇艇體的主要技術特徵為主要採用具有艇體前端部分連接的可以打開的上部艇體與下部艇體兩部分或分為多個部分的艇體設計，上部和下部的艇體可以張開打開或合攏復位的設計，可以釋放張開和收縮回收熱氣囊囊皮，通過與艇體上部和下部的張開打開或合攏復位相配合向熱氣囊中噴射充入的高溫低密度熱空氣提供的浮升力和在上下部艇體中的低密度的輕重量氣體例如氦氣提供的相對恆定的浮升力及推進動力系統的模式轉換及推進力矢量產生的力複合提供起飛降落懸停時的升力。或逐漸排出熱空氣轉換為飛機巡航飛行模式。具有全部或部分的類似於機翼形狀的氣動升力艇體及艇翼，提供巡航前進時的升力。
2.如權利要求I所述的新型複合升力變形飛艇的技術特徵為至少具有部分或整體機翼形狀的內裝低密度氣體的艇體和艇翼，艇體最佳構造為半硬或全硬式結構，也可以採用軟式艇體硬式艇翼。
3.如權利要求一所述的新型複合升力變形飛艇的主要技術特徵為艇體採用最佳的貝殼蛘殼構型的前端部分連接，可以由後部尾部張開合攏的上部艇體下部艇體。不局限於該艇體構型，用於打開即張開熱氣囊囊皮的艇體即熱氣囊張開的艇體可以為佔據頂部艇體一部分區域到全部區域的設計，也可以根據需要採用其他艇體構型，在具體實施設計方案時不局限於附圖所示構型，可以根據需要調整艇體和用於向上打開熱氣囊的艇體和熱氣囊的面積和形狀以及位置和數量，形成不同的設計布局和艇體形狀構型。
4.如權利要求I所述的可以釋放張開和回收縮入的熱氣囊囊體囊壁上有用於控制氣囊的釋放張開和復位的橫向布置的上下連接的彈性繩索裝置和用於將氣囊回收入艇體的繩索纏繞裝置。
5.如權利要求一所述的飛艇的上下部艇體的兩側設計分布有若干個可以用於控制艇體姿態的放氣管孔裝置。
6.如權利要求I所述的複合升力飛艇的動力系統其技術特徵為具有旋翼與推進螺旋槳切換工作的推進動力系統裝置。在起飛和降落時切換為旋翼升力模式提高起飛重量和速度。
7.飛艇艇體中提供浮升力的低密度輕重量的氣體也可以採用熱空氣替代一部分或全部由熱空氣提供浮升力，在上部艇體中設置空氣加熱裝置或由下部的熱空氣製造裝置提供，上部艇體的下部設置合適數量合適位置的可控的和不可控的氣孔，用於將較重的位於上部艇體內被熱空氣壓到下部的冷空氣排出到下部的氣囊和艇體內，再由下部艇體完成同樣的過程，在設計需要時可以取消上部艇體或下部的隔離囊皮，或取消全部隔離囊皮。
8.如權利要求I所述的充入熱空氣的熱氣囊在需要時可以充入相對恆定不變的低密度輕重量氣體例如氦氣和氫氣，根據需要可以為該類氣體提供獨立的氣囊調控該類氣體的比例和防止損失。
9.如權利要求I所述的複合升力變形飛艇根據具體設計使用的推進動力系統的發動機的不同，通過管道和閥門將一部分發動機噴出或排出的高溫廢氣熱空氣導入熱氣囊用於省去部分或全部熱空氣製造生產裝置。
10.如權利要求I所述的複合升力變形飛艇根據不同設計飛行高度可以設計使用與佔氣囊相對比例的4%到90%的熱空氣副氣囊，提高巡航飛行高度。
全文摘要
飛艇擁有成本低廉，安全性高，速度可行，有利環保的特點，現代飛艇使用的是安全性極高的不可燃的氦氣，其隋性氣體特徵決定了其就算在高空嚴重受損也可以安全降落；本發明提供一種可以改變艇體大小具有姿態控制能力和相對比現有飛艇飛行速度更快的新型飛艇設計技術方案，該新型飛艇為由廉價和易於製造的熱空氣和低密度輕重量的氣體如氦氣提供起飛降落時的升力。通過釋放排出熱空氣減小艇體體積降低飛行阻力轉換為飛機巡航飛行模式，巡航前飛階段由類似於機翼形狀氣動升力艇體和艇翼提供升力。
文檔編號B64B1/06GK102730179SQ20111009074
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者樊天明 申請人:樊天明