一种新的旋翼风扇升力控制方法及可直升飞行汽车 |
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申请号 | CN200610082287.2 | 申请日 | 2006-05-18 | 公开(公告)号 | CN1948084A | 公开(公告)日 | 2007-04-18 |
申请人 | 刘宏茂; | 发明人 | 刘宏茂; | ||||
摘要 | 提出一种新的旋翼 风 扇升 力 控制方法及采用此法的可直升飞行 汽车 ,属新型交通工具技术领域:采用旋转启闭双层开孔半球(半椭球)壳状气流 阀 直接控制涵道风扇空气流量以控制升力;在此法 基础 上设计一种简单实用的可直升飞行汽车(轿车),反转双旋翼涵道风扇竖直置于车中部, 底板 有喷口组及气流调节栅片组;两侧有可折叠及伸缩的辅助机翼;车尾有双垂直翼(及方向 舵 )、平翼(及升降舵)、尾部喷口;引擎后置;驾驶、乘员仓前置,系列操纵机构。旋翼 叶片 迎 角 固定,与桨毂牢固结合,整体坚固,可高速旋转,直径较小,使得飞车结构简单紧凑,机翼缩合折叠后宽度可2米左右,适宜道路行驶,又可机动升空飞行(若底板附充气橡皮袋后还可降落 水 面)。 | ||||||
权利要求 | 1.一种新的旋翼风扇升力控制方法,原理上不同于变迎角变桨距,也不同于变转速,而是 采用固定桨距和额定转速,通过调整气流阀门开度直接控制通过涵道风扇的空气流量(同时联 动调节发动机油门维持恒定转速)来改变、调整和控制升力大小。 |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及一种新的旋翼风扇升力控制方法及应用此法的涵道旋翼升力风扇和实用型可 直升飞行汽车(轿车),属于新型(家用、公用)陆、空(及水面)交通(游览)工具技术领 域。 背景技术现有直升机采用变距机构改变旋翼叶片迎角进而改变旋翼桨距的方法来控制升力,使得 旋翼桨毂结构复杂,旋翼总结构强度、可靠度不高,不宜高速旋转(一般200转/分钟左右), 而为了获得大的升力只有采用大直径旋翼(现有载人直升机旋翼直径最小也要5米以上),这 决定了一般直升机(及把直升机式旋翼与汽车拼装组合的“直升飞行汽车”类)不能在地面 道路行驶。一般飞机(甚至轻型载人飞机)由于宽展的机翼也不能在地面道路行驶。把飞机 和汽车拼装组合的“飞行汽车”由于不能直升且需频繁麻烦地拆装也不实用。近些年一些外 国专家研制的“飞行汽车”,如美国穆勒国际公司的M400等,结构复杂,造价昂贵,与汽车 结构相去甚远,难以适应道路长途行驶,非一般可用,且可靠性安全性可疑。另外,采用 改变油门来改变发动机转速进而改变升力风扇转速和升力的方法由于风扇响应滞后也不安 全。 发明内容本发明提供一种新的旋翼风扇升力控制方法,即通过直接控制涵道风扇进气流量(工质 流量)控制升力[如采用旋转启闭双层开孔半球(半椭球)壳状气流阀1(图8)],及应用 此法的真正实用型可直升飞行汽车(图1),既能机动垂直升降飞行,也能像一般飞机起降 飞行,还能在地面道路(包括城市街道)行驶(且进而若在车底板下附加橡皮气囊,充气后 也可在水面漂浮、行驶)。遇空中紧急危情时可用压缩空气(或燃药爆炸)快速撑伞整体降落。 结构简单,安全可靠,成本造价低廉。 具体实施方式本发明的目的可以通过以下技术方案达到: 在互反转双旋翼涵道升力风扇筒5进风口上,(经可弯补偿接头12连接)安装可相对旋 转双层(均开有等间隔气窗的以轻质金属、合金或复合材料制)半球壳(或半椭球壳)构成 的进风量(气流)控制阀门1(图8),通过作动机构23相对旋转半球壳(半椭球壳)启闭 和调节气窗通风面积大小直接调节进风量(联动调节引擎油门)来控制风扇旋翼6(图13) 产生的升力。壳顶中心有紧急降落伞仓2,降落伞折叠存放,紧急时可以压缩空气(或燃药爆 炸法)快速向上撑伞。风扇叶片(轻金属合金或复合材料制)与旋翼毂刚性连接,且约在直径 2/3处环带连接加强,迎角从叶梢到叶根逐渐变大,上下两旋翼叶片产生迎角的扭转方向相 反。各风扇旋翼6(图13)总桨距固定不变,结构紧凑坚固,可高速旋转(可选速度范围1000 -4000转/分钟)。风扇涵道筒5下部夹壁内设螺旋环绕的细径薄壁不锈钢管(或铝等轻金 属合金管)22,连接引擎汽缸水套,串接微型水泵以水循环给引擎散热。将此涵道旋翼风扇 上下旋翼之间水平伸出管状力桥10的两头经轴瓦套在飞车中部两侧吊耳上,以吊篮方式竖 直安装在车身中腹部。涵道风扇轴线与飞车纵轴线夹角可在一定范围(约75°-105°)变化。 水平管状力桥内有传动轴11,中部动力机匣7内有互相啮合的4个伞状齿轮(图12)。管状 力桥两端伸出传动轴头安有单向离合器8-三角皮带轮(链轮)9组合(图10),与车后部 复合变速器箱14输出端以三角皮带(链条)传动连接,机匣两侧两半轴反向旋转,带动上下 两旋翼风扇反向旋转。半球壳(或半椭球壳)构成的进风量控制阀门1、上下可弯补偿接头 12、13、反转双旋翼6、涵道风扇筒5及下述底板喷口组31、气流调节栅片组4可构成升力 套件总成(图7)。下部可弯补偿接头13处设出气口分别与引擎进气口、尾喷管相连接。 动力引擎15置车后部。车尾部两侧有带阀门的三通喷气管,两个向后主喷口20,左右侧向 喷口21各一)。两垂尾16上有方向舵17,顶部平尾18上有升降舵19。驾驶、乘员室在车前 部,前中为驾驶员座位,其两侧为(可前后小幅调整的)乘员座位。驾驶员座位前有仪表盘 (地平仪、转弯侧滑仪、高度表、空速表、升降速度表、转速表、油量表、地面速度表、滑 油压力表、引擎温度表等),方向(机)盘24(控制地面和空中转弯);下部及左右有离合 器-刹车踏板、变速器操纵杆、方向舵机踏板(一对)、(俯仰、增升)操纵杆(控制两侧襟翼, 尾部升降舵)、油门踏板、涵道风扇进气阀门(油门联动)操控手柄,辅助机翼展缩操控手 柄等。车身中部两侧铰接有可折叠可伸缩(带锁定装置的)辅助机翼3,辅助机翼分内外两 段(图3),外侧段25可缩入内侧段26(图3),内、外翼段外端头各有向下垂直伸出30-20cm 的防翼尖涡流的气流挡板29、30。内侧段比外侧段宽出的部分有襟翼(兼副翼)27。为 使外侧翼段伸展出后内侧翼段仍能承受上下气压力,将内侧翼段外壳结构适度加强,设带锁 定装置的活动翼肋28可(随外翼段伸出)沿内翼梁滑动分散定位支撑。车中部底板有并列 两组可调节喷气流中心位置的喷气口组31、可偏转叶栅组4,上罩有半圆弧面穹顶组32,各 穹顶弧面均等间隔开有5-7长条形通气孔,气流调节栅片可联动旋转栅片上端似刮板贴穹顶 下表面移动偏转,调节气流量和方向。喷口组前后各有2-4个滑动挡板33可在穹顶上表面 前后滑动,阻挡前部或后部气流以调节喷流中心位置,调节前后俯仰平衡。车身前后悬架 安装4个车轮,前面2个导向,后2个为驱动轮,后轴桥上有差速器,输入轮与复合变速箱 经三角皮带(或链条、齿轮)连接。燃油箱可做成4个分布在涵道外围,也可做成一个环套 状夹层套在涵道下部外围。车身纵截面为厚机翼型(中部车顶似飞碟形)(图1)。 地面停车状态时,复合变速器处于空档(0档),两侧辅助机翼呈收缩并向下折叠状(锁 定),紧贴车身(如图6)。 在地面行驶时,两侧辅助机翼呈收缩并向下折叠状(锁定),紧贴车身,此时车身总宽度 可近于2米;变速杆位于地面挡范围某一档位,引擎驱动车后轮;中部底板上的喷气口气流 调节栅片均向上关闭;中部车顶的半球(半椭球)壳状进气阀关闭,仅在前面留一进气口, 以便向引擎供气;此时方向机(盘)仅控制2个前车轮;平尾的升降舵处于水平并稍向下弯 一定角度,以在地面高速行驶时抵消车底板升力,保证前轮抓地,保证方向操纵性。 在停车状态下垂直升空时,在空档(0挡)发动引擎后,向下垂直打开底版上的喷气口气 流调节栅片组,关闭两个尾喷口(及其边上的侧喷口),脚踩离合器踏板将变速杆向前推到尽 头,即挂上空中飞行挡(此时由于联动机构使得方向机与前轮脱离,转而控制尾部侧向喷口 及两侧副翼),待(涵道反向双旋翼)升力风扇转速达到额定值(及滑油压力达到正常值)后, 拉动(联动)控制扳手,逐渐打开半球(半椭球)状气流阀,加大进气流量及引擎油门,随 着进气量及从车底板喷气口组喷出气流加大,升力即逐渐加大。待半球(半椭球)壳状气流 阀开度达全开度的约2/3时,升力即稍大于车重量,飞车开始慢速垂直升空,待离地2-3米 时,稍推动扳手减小升力维持悬停一会儿,检查车身平衡状况(观察地平仪或水平仪)。若前 或后偏重,则通过平衡调整扳手调整底版喷口组喷气流中心位置(关闭部分前部或部分后部 喷口),待平衡后再加大气流继续上升。升到某一高度时,可操纵机构平展(及伸展)开左右 辅助机翼(图2),增加侧向平衡能力。周围开阔时,也可以先展开机翼(或半展机翼,譬 如只展内侧翼段不伸外侧翼段)再垂直升空 升到某一高度悬停时,控制气流阀扳手使得进气量(及油门开度)大小所产生升力大小 与车重一致。若要较长时间悬停,除维持前后平衡外,在周围无障碍物时,可展开辅助机翼 增加侧向平衡度。 升到预定高度准备平飞时,展开辅助机翼,操纵扳手一边加大进气量,一边使得底部喷 口组气流调节栅片缓缓向后下方倾斜,即能改变喷出气流方向(向后下方喷出),则对车身施 加一个向前上方向的力,其垂直分量维持升力,水平分量为推动车向前加速运动的力。在一 定允许范围内,向前水平分力(推力)随进气量增大及气流调节栅片向后倾斜度增大而增大 (反之适度减小),可控制车加速或维持匀速平飞。水平加力也可采用另一方法:维持底板 喷口组气流叶栅下垂向下喷气,一边加大车顶气流阀进气量,一边(缓缓)打开尾部喷口向 后喷气,即可产生向前推力。低速平飞时,也可只展开辅助机翼内侧翼段。 空中左、右转弯时,有几种情况:1、悬停时调转车头方向,可用尾部三通喷口的侧向喷 口喷气,向左转可用尾部左边侧向喷口喷气,反之,向右转可用尾部右边侧向喷口喷气[操 纵时只要向相应方向转动方向(机)盘即可]。2、低速平飞时转向,可用尾部三通喷口的侧 向喷口喷气,辅以操纵尾部方向舵及机翼上的两侧副翼(兼襟翼)27。3、高速平飞时转向, 可主要用操纵(脚蹬)尾部方向舵和两侧副翼(使转向侧的副翼向上偏转、另侧副翼向下偏 转)的方法。 空中减速时(或倒飞时),可关闭尾喷口,并一边适当加大进气流量增大升力(原高速时 也可配合使两侧襟翼全放下),一边操纵底板喷口组气流调节栅片向前下方偏转,产生反向喷 气分量,使车空中减速。速度减至零(悬停)时改为向下喷气;继续向前下方(小流量)喷 气一段时间可使车以低速倒飞一段距离。 空中边减速边下降降落时,可关闭尾喷口,操纵底板喷口组气流调节栅片向前下方偏转, 产生反向喷气分量,使车空中减速,同时减小向下喷气分量,减小升力至稍小于车重。 空中悬停状态下下降、降落时,可减小顶部半球(半椭球)状进气阀开度,减小升力至 稍小于车重,可垂直下降。接近(非开阔)地面时先收缩折叠辅助机翼,再着陆。 地面停车状态下(像一般飞机)常规起飞时,空档(0档)时发动引擎,关闭底板的喷 气口组气流栅片,打开尾部喷口,完全展开两侧辅助机翼,脚踩离合器踏板将变速杆推到尽 前头,挂上空中飞行档,准备起飞时可完全打开顶部进气阀(联动加大油门),使车加速滑行, 速度升至一定时,可操纵尾顶部升降舵及辅助机翼的襟翼升空。 升至某一高度,可操纵尾顶部升降舵及辅助机翼的襟翼改为常规平飞。常规平飞时平衡 车重的升力为:1、辅助机翼升力;2、车底板产生的升力;3、平尾升力。 常规飞行降落时,可减小尾部喷口喷气量,使车减速,升力减小,逐步降低高度。降到 一定高度时将两侧襟翼27向下偏转最大角度(一定程度增加升力)。接近地面时,操纵尾部 升降舵稍微抬升车头使车尾部车轮先着地,继而前轮着地。完全着地后可使用刹车使车停下。 降落着地后欲即改为地面行驶时,可收缩折叠辅助机翼,在完全着地后将复合变速器档 位调到地面行驶档。 在地面行驶状态下飞升时,譬如在一段笔直而开阔的高速公路上行驶时,左右及前后一 定距离内均无其它车辆物体时,欲改为升空飞行,可打开尾部喷口,脚踏离合器将复合变速 器档位调到空中飞行档,并缓缓展开机翼,待完全展开后,松开离合器,拉动扳手打开顶部 进气阀并(联动)加大油门,继续加速至一定速度时,操纵尾平翼的升降舵(及两侧襟翼) 可使飞车飞升。 若在车底板(除了两组喷口及4个车轮位置留孔)附加(一定容量)可充气橡皮袋,连 接附加的小型打气/抽气泵,在陆地行驶及空中飞行时维持一定负压使得橡皮袋紧贴车底板; 当飞到水面上空需要降落水上时,可用打气泵使橡皮袋充分充气(变成橡皮筏),体积膨胀到 其能排开水量足以支撑车重时,缓缓降落水面(充气橡皮袋接着水面时完全关闭底板喷口组 栅片)。在水面可用尾喷口推进,尾两侧喷口控制转向。 附图说明 图1:应用控制涵道旋翼风扇进气流量方法以控制升力的可直升飞行汽车整体结构侧视 (主视)简图(示意图)[1为双层半(椭)球壳涵道进气流量控制阀门,2为 应急降落伞仓,3为可折叠可伸缩辅助机翼,4为底部喷口的可偏转叶栅组,5为 涵道升力风扇筒,6为升力风扇旋翼,7为风扇动力机匣,12、13分别为上下可弯 补偿接头,14为复合变速器箱,15为动力引擎,16为垂直尾翼,17为方向舵, 18为平尾翼,19为升降舵,20为后主喷气口,21为侧向喷口,23为操控半(椭) 球壳进气阀门的作动机构,24为方向(机)盘,25为辅助机翼外侧翼段(端头), 26为内侧翼段(端头),27为襟翼兼副翼,28为内侧翼段中的可活动翼肋]。 图2:该可直升飞行汽车空中展翼飞行状态简图(俯视图)[25为伸出状态的可伸缩外侧 翼段,26为内侧翼段,27为襟翼兼副翼,28为内侧翼段中的可活动翼肋,29为 内侧翼段外端垂直朝下的气流挡板,30为外侧翼段外端垂直朝下的气流挡板] 图3:一侧辅助机翼伸展状态俯视简图。 图4:一侧辅助机翼缩合状态的简图,外侧翼段已缩入内侧翼段,内侧翼段的活动翼肋呈 密集叠合状态。 图5:辅助机翼截面示意图[25为内侧翼段,26为缩入的外侧翼段,27为襟翼兼副翼, 29为内侧翼段外端垂直朝下的气流挡板,30为外侧翼段外端垂直朝下的气流挡 板]。 图6:为从迎面看的该可直升飞行汽车外观示意简图[3为呈向下折叠状态的缩合辅助机 翼,18为尾部平翼]。 图7:可用于该可直升飞行汽车的可控升力套件总成(示意图)。 图8:双层半(椭)球壳涵道进气流量控制阀门(示意图)。 图9:可弯(环带状)补偿接头示意简图。 图10:涵道风扇筒及(沿直径方向穿过的)管状力桥[8为单向离合器,9为三角皮带 轮(链轮),10为力桥钢管,11为传动轴]。 图11:涵道筒及其夹壁内的密绕螺旋状散热(细径轻金属)管22。 图12:旋翼风扇动力机匣结构示意图。 图13:旋翼风扇结构示意图。 图14:底部喷口组上的喷气方向、流量调节装置示意图[4为可偏转调节叶栅片(组), 31为底部喷口组,32为开有条状通气孔半圆弧面穹顶组,33为半圆弧面滑动挡 板]。 |