一种机翼、定翼机及定翼机起升方法 |
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| 申请号 | CN201610799312.2 | 申请日 | 2016-08-31 | 公开(公告)号 | CN106314789A | 公开(公告)日 | 2017-01-11 |
| 申请人 | 张峣; | 发明人 | 张峣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种机翼、定翼机及定翼机起升方法，属于航空航天领域，机翼包括机翼本体与辅助升降器，机翼本体设置有安装通孔，安装通孔沿机翼本体的厚度方向贯穿机翼本体，辅助升降器为升 力 风 扇或螺旋桨或旋翼且安装于安装通孔内，安装通孔的两端均设置有保型盖板，保型盖板可活动地设置于机翼以封闭或打开安装通孔。将机翼安装在 机身 上后形成定翼机，将 固定翼飞机 与辅助升降器复合形成一种新型的定翼机，可以实现定翼机的垂直起降或短距离起降，对起降场所等要求降低，可以使定翼机适应更多的使用场合，定翼机的功能更加多样化。当定翼机达到设定的巡航速度后，通过保型盖板将安装通孔封闭，辅助升降器不会影响定翼机的正常巡航。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机翼，其特征在于，包括机翼本体与辅助升降器，所述机翼本体设置有安装通孔，所述安装通孔沿所述机翼本体的厚度方向贯穿所述机翼本体，所述辅助升降器为升力风扇或螺旋桨或旋翼且安装于所述安装通孔内，所述安装通孔的两端均设置有保型盖板，所述保型盖板可活动地设置于所述机翼以封闭或打开所述安装通孔。 |
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| 说明书全文 | 一种机翼、定翼机及定翼机起升方法技术领域[0001] 本发明涉及航空航天领域，具体而言，涉及一种机翼、定翼机及定翼机起升方法。 背景技术[0002] 定翼机，又称固定翼飞机，是一种常见的飞行器。定翼机是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层中飞行的重于空气的航空器，定翼机的机翼位置、后掠角等参数在飞行过程中固定不变。目前世界上的飞机大部分是定翼机，例如民航用飞机、无人机等。 [0003] 定翼机的起降长度存在较大的限制，大部分定翼机都需要在机场内进起降，通常需要较长的跑道供起降，对起降的条件要求比较苛刻。 [0004] 现有技术中，有一部分定翼机增加了垂直升降器等进行辅助，但垂直升降器会严重影响定翼机的正常飞行，给定翼机的飞行带来不便。 发明内容[0005] 本发明的第一个目的在于提供一种机翼，通过在固定翼上设置辅助升降器，机翼本体与辅助升降器可以同时或单独提供升力，在不需要使用辅助升降器时，可以通过保型盖板将安装通孔及辅助升降器封闭，辅助升降器不会影响定翼机的正常飞行。 [0006] 本发明的第二个目的在于提供一种定翼机，定翼机应用具有辅助升降器的机翼，可以实现垂直起降或短距离起降等，定翼机的功能更加完善。 [0007] 本发明的第三个目的在于提供一种定翼机起升方法，通过该方法使定翼机进行起降，可以有效缩短定翼机起降所需的跑道长度。 [0008] 本发明的实施例是这样实现的： [0009] 本发明的实施例提供了一种机翼，包括机翼本体与辅助升降器，所述机翼本体设置有安装通孔，所述安装通孔沿所述机翼本体的厚度方向贯穿所述机翼本体，所述辅助升降器为升力风扇或螺旋桨或旋翼且安装于所述安装通孔内，所述安装通孔的两端均设置有保型盖板，所述保型盖板可活动地设置于所述机翼以封闭或打开所述安装通孔。 [0010] 可选地，所述机翼本体上设置有至少两个辅助升降器，部分或全部所述辅助升降器沿所述机翼本体的宽度方向分布。 [0011] 可选地，所述机翼还包括控制系统，所述辅助升降器的转速分别通过所述控制系统单独控制。 [0012] 可选地，所述机翼本体设置有转轴，所述保型盖板绕所述转轴可转动地设置于所述机翼，所述转轴的轴线沿所述机翼本体的宽度方向设置。 [0013] 可选地，所述机翼本体的一端为用于连接机身的连接端，所述转轴设置于所述安装通孔的远离所述连接端的一侧。 [0014] 可选地，所述机翼本体的两侧设置有容纳槽，所述保型盖板嵌设于所述容纳槽内，所述机翼本体两侧的所述容纳槽通过所述安装通孔连通，所述保型盖板的外表面与所述机翼本体的翼面齐平。 [0015] 可选地，位于所述机翼本体上表面的所述保型盖板的最大开启角度为45°-75°。 [0016] 可选地，所述保型盖板的外壁曲率与所述机翼本体的翼面曲率对应。 [0017] 本发明的实施例还提供了一种定翼机，包括机身和如上述所述的机翼，所述机身的相对的两侧分别固定设置有所述机翼，所述定翼机还设置有用于对所述飞行器提供动力且使所述机翼本体的翼面产生升力的内置动力机构以及用于对所述辅助升降器提供动力的辅助动力机构。 [0018] 可选地，所述机身的相对两侧的所述辅助升降器关于所述机身对称且所述辅助升降器的升力中心与所述定翼机的重心所在竖直线重合。 [0019] 本发明的实施例还提供了一种定翼机起升方法，包括准备步骤、过渡步骤和巡航步骤；准备步骤为定翼机机翼本体上的保型盖板及沿竖向贯穿机翼本体的安装通孔处于打开状态，内置于安装通孔内的辅助升降器露出；过渡步骤为定翼机的内置动力机构及辅助动力机构工作，内置动力机构对定翼机提供动力且使机翼本体的翼面产生第一升力，并且辅助动力机构带动辅助升降器转动且对定翼机施加第二升力，定翼机逐渐加速过程中，第一升力逐渐增大且第二升力逐渐减小，保型盖板逐渐关闭直至安装通孔及辅助升降器处于封闭状态；巡航步骤为保型盖板将安装通孔的两端封闭，辅助升降器处于封闭的环境且停止转动，定翼机的升力由机翼本体的翼面提供。 [0020] 可选地，在所述过渡步骤中，还包括姿态调节步骤：每个机翼上设置有至少两个辅助升降器，部分或全部辅助升降器沿机身的长度方向分布，通过姿态传感器检测定翼机的姿态并通过调节机翼上的辅助升降器的转速差对定翼机的姿态进行调整。 [0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在机翼上设置安装通孔，安装通孔内安装辅助升降器并且通过保型盖板将安装通孔打开或封闭，将固定翼飞机与辅助升降器复合形成一种新型的定翼机，可以实现定翼机的垂直起降或短距离起降，对起降场所等要求降低，可以使定翼机适应更多的使用场合，定翼机的功能更加多样化。当定翼机达到设定的巡航速度后，通过保型盖板将安装通孔封闭，辅助升降器不会影响定翼机的正常巡航。附图说明 [0022] 图1为本发明实施例提供的保型盖板打开状态下的定翼机结构示意图； [0023] 图2为图1的机翼机构示意图； [0024] 图3为本发明实施例提供的保型盖板关闭状态下的定翼机结构示意图。 [0025] 图标： [0026] 100-定翼机； [0027] 11-机身； [0028] 12-机翼； [0029] 121-机翼本体；1211-安装通孔；1213-容纳槽； [0030] 123-辅助升降器； [0031] 125-保型盖板；1251-转轴。 具体实施方式[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0033] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0034] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0035] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0036] 实施例： [0037] 如图1所示，本发明实施例提供了一种定翼机100，该定翼机100包括机身11和机翼12。 [0038] 需要说明的是，机翼12是可以单独进行生产、制造、使用的，在本实施例中，为了描述方便以及便于说明机翼12的结构特征及工作原理，以定翼机100来进行描述。 [0039] 机身11的结构可以采用现有技术，例如无人机机身11、民用飞机机身11等，对应地，定翼机100也可以为无人机、载人飞机等，在本实施例中，机身11内部设置有内置动力机构，当然，内置动力机构设置于机翼12内也是可以的，内置动力机构作为定翼机100的主要动力源，对定翼机100施加推力或拉力，确保定翼机100的正常飞行。另外，机身11内部具有用于控制的计算机控制系统。 [0040] 机翼12采用固定翼形式，机翼12的数量为至少两个且对称分布于机身11的两侧，在本实施例中，机翼12的数量为两个，每个机翼12的一端与机身11的侧部固定连接，机翼12的后掠角可以介于10°-43°。 [0041] 如图2所示，机翼12主要由机翼本体121和辅助升降器123组成，下面针对各部分进行详细介绍。 [0042] 机翼本体121的结构可以参照现有技术，机翼本体121包括上翼面和下翼面，机翼本体121分为厚度方向、长度方向和宽度方向，机翼本体121的厚度方向是指机翼本体121的上翼面到下翼面的方向，机翼本体121的长度方向是指从机翼12的靠近机身11的一端到另外一端的方向，机翼本体121的宽度方向是指机翼本体121的前端边沿到后端一侧边沿的方向。 [0043] 机翼本体121设置有安装通孔1211，安装通孔1211沿机翼本体121的厚度方向贯穿机翼本体121，即安装通孔1211分别贯穿上翼面和下翼面，安装通孔1211可以为圆孔、方孔、不规则孔等各种形式，在本实施例中，安装通孔1211可以选择为圆孔，安装通孔1211是为了提供一个通道(涵道)，空气可以沿该通道流动。 [0044] 安装通孔1211的制作方式多种多样，例如与机翼12一体制造，或者在将机翼12制作完毕后进行冲孔等。 [0045] 安装通孔1211的数量及位置需要根据辅助升降器123的数量及位置进行确定。 [0046] 辅助升降器123通过转动轴可转动设置于机翼本体121的安装通孔1211内，转动轴与安装通孔1211的内表面固定连接，辅助升降器123的转动轴沿机翼本体121的厚度方向设置，辅助升降器123的转动轴的轴线可以与安装通孔1211的轴线重合，辅助升降器123工作时，空气从安装通孔1211的上端流入并从安装通孔1211的下端流出，从而对定翼机100提供升力。 [0047] 辅助升降器123可以为升力风扇(涵道风扇)、螺旋桨(涵道螺旋桨)和旋翼中的一种，当然，不同机翼12上的辅助升降器123可以采用不同的形式，从方便制作、结构稳定等方面出发，定翼机100上的所有辅助升降器123都可以采用同一种类型。 [0048] 螺旋桨是指靠桨叶在空气中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可由两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的推进器。升力风扇是由多个展弦比例变小(相对于螺旋桨)的叶片与毂相连，通过旋转驱动空气向下流动以产生升力的装置。旋翼是一种叶片展弦比增大了的螺旋桨，多用于航空器，亦可提供升力。 [0050] 每个机翼12上的辅助升降器123的数量为至少一个，在本实施例中，每个机翼12上的辅助升降器123的数量为两个。两个辅助升降器123沿机翼本体121的宽度方向分布，也就是说，一个辅助升降器123靠前、一个辅助升降器123靠后，位于机身11两侧的机翼12对称设置，辅助升降器123也可以对称设置，从而使得多个辅助升降器123的升力中心与定翼机100的重心所在竖直线重合或基本重合，定翼机100更加稳定。 [0051] 当然，每个机翼12上的辅助升降器123还可以为一个、三个、四个等，为了使辅助升降器123不会影响定翼机100的正常制造和使用，每个机翼12上的辅助升降器123的数量最好不要超过五个。 [0052] 每个辅助升降器123单独对应一个安装通孔1211，并且辅助升降器123的边缘靠近安装通孔1211的内表面，这种设计可以尽可能地增大机翼本体121的强度，当然，每个机翼12上的不同的辅助升降器123也可以共用安装通孔1211。辅助升降器123通过辅助动力机构带动实现转动，辅助动力机构的位置不限，例如可以位于机身11内或机翼12内等。 [0053] 不同的辅助升降器123可以同时控制且转速相同或转速差恒定，也可以单独控制实现转速的单独调节。在本实施例中，每个机翼12上不同的辅助升降器123通过控制系统单独控制，即不同的辅助升降器123的转速不会相互影响，转速可以相同也可以不相同。通过调整同一个机翼12上不同的辅助升降器123的转速或调整不同机翼12上的辅助升降器123的转速可以实现飞机姿态的调整。用于控制辅助升降器123的控制系统可以集成在定翼机100的计算机控制系统内，也可以单独设置。 [0054] 在安装通孔1211的两端分别设置有保型盖板125，在不需要辅助升降器123工作时，通过保型盖板125将安装通孔1211的两端封闭，若安装通孔1211为多个，则多个安装通孔1211可以共用保型盖板125，也可以单独配置保型盖板125。 [0055] 保型盖板125绕转轴1251可活动地设置于机翼本体121，在本实施例中，保型盖板125绕转轴1251可转动地设置于机翼本体121，保型盖板125的转动可以通过计算机控制系统实现。转轴1251的方向根据需要设定，优选为转轴1251沿机翼12的宽度方向即机身11的长度方向设置，保型盖板125绕转轴1251转动时可以打开或关闭安装通孔1211，转轴1251的方向使得保型盖板125的有效阻挡面积(即定翼机100飞行状态下，保型盖板125在与风向垂直的平面内的投影面积)较小，定翼机100所受到的阻力较小。 [0056] 当然，保型盖板125还可以滑动设置于机翼本体121，也可以为其它活动方式，例如在机翼本体121上设置有转动杆，转动杆的一端与机翼本体121铰接，另一端与保型盖板125铰接，通过转动杆的转动实现保型盖板125打开或关闭安装通孔1211。 [0057] 转轴1251可以设置于安装通孔1211的远离机身11的一侧，也可以设置于安装通孔1211的靠近机身11的一侧，另外，若机翼本体121一侧包括两个或两个以上保型盖板125，则安装通孔1211的两侧均可以设置转轴1251与各个保型盖板125一一对应。 [0058] 并且，保型盖板125可以为一体制造的板状，也可以为可折叠的分体结构，若保型盖板125为可折叠的分体结构，则保型盖板125包括了至少两个部分，相邻的两个部分之间铰接，二者相对转动的轴线最好与转轴的轴线平行。 [0059] 保型盖板125转动的角度不限，为了使辅助升降器123更好地工作，可以使保型盖板125的最大开启角度限定为45°-75°(以保型盖板125将安装通孔1211完全封闭为0°位置)，在本实施例中，选择75°作为保型盖板125的最大转动角度，经过长期的实验以及大量的数据确定该范围既可以使辅助升降器123充分发挥作用，又使得保型盖板125对定翼机100的影响降至最低。另外，位于机翼本体121上翼面的保型盖板125的翻转角度可以与位于机翼本体121下翼面的保型盖板125的翻转角度相同或不同。当然，保型盖板125的最大开启角度是根据需要任意限定的，例如30°、90°、180°等，45°-75°是较佳的范围。 [0060] 保型盖板125的远离安装通孔1211的一侧为外表面，外表面的形状可以与机翼本体121的翼面对应，保型盖板125的外表面的曲度与翼面对应，二者之间平滑过渡，当保型盖板125封闭后，外表面可以作为翼面的一部分，共同对定翼机100提供升力。 [0061] 保型盖板125使得辅助升降器123扫过的空间完全浸没在升力面的三维空间里，保型盖板125关闭后，辅助升降器123被封闭内置，不会对定翼机100产生影响，确保定翼机100的正常飞行。 [0062] 保型盖板125与机翼本体121之间可以采用橡胶圈等进行密封，确保保型盖板125与机翼本体121之间不存在间隙，安装通孔1211等对正常飞行的定翼机100产生的影响可以降至最低程度。 [0063] 为了使保型盖板125的外表面与机翼本体121的翼面配合，在机翼本体121的表面可以开设容纳槽1213，容纳槽1213朝向机翼本体121的内部凹陷，保型盖板125可以嵌设在容纳槽1213内，当保型盖板125将安装通孔1211封闭后，保型盖板125的外表面可以与机翼本体121的翼面对应且平滑过渡，保型盖板125可以作为翼面的一部分共同提供升力，同时不会影响流经翼面的空气流向。 [0064] 该定翼机100可以为无人机、载人飞机等各种形式，另外，该定翼机100还可以为飞翼，飞翼又称全翼机，是一种没有尾翼并且机身的主要部分隐藏在厚厚的机翼内的航空器。该专利将辅助升降器123与定翼机100的固定翼整体化复合形成新型的飞行器，能够使定翼机100完成垂直/短距离起降和正常的巡航飞行。 [0065] 采用上述结构的定翼机100的工作原理(以定翼机100的起升方法为例)如下： [0066] 定翼机100的起升方法，依次包括准备步骤、过渡步骤和巡航步骤。 [0067] 为了描述方便，以定翼机100处于静止状态、保型盖板125关闭、内置动力机构及辅助动力机构停止为初始状态进行说明。 [0068] 准备步骤：通过控制系统使定翼机100机翼本体121上的保型盖板125转动，保型盖板125绕转轴1251转动一定角度，角度范围不限，优选在45°-75°之间，安装通孔1211两端的保型盖板125均被打开后，安装通孔1211露出形成进出风通道，安装通孔1211基本处于竖直方向，辅助升降器123暴漏。 [0069] 过渡步骤：通过定翼机100的计算机控制系统控制内置动力机构及辅助动力机构工作，内置动力机构对定翼机100产生拉力或推力，翼面产生向上的第一升力，同时辅助动力机构带动辅助升降器123转动，辅助升降器123向下吹风并对定翼机100施加向上的第二升力。在定翼机100起飞的初始状态时第一升力较小、第二升力较大，随着定翼机100的逐渐加速，第一升力逐渐增大，而此时可以控制第二升力逐渐减小，控制的方式可以为降低辅助升降器123的转速，在辅助升降器123的转速降低过程中或辅助升降器123停止转动后，通过控制系统控制保型盖板125绕转轴1251转动并逐渐关闭，机翼本体121逐渐获得完整的外形。 [0070] 在过渡步骤中，还可以进行姿态调节步骤：通过姿态传感器检测定翼机100的姿态，根据需要选择性地通过定翼机100的计算机控制系统控制每个机翼12上的不同辅助升降器123的转速，使每个机翼12上的不同的辅助升降器123提供不同的升力，由于部分或全部辅助升降器123沿机身11的长度方向分布，也就是说有的辅助升降器123靠前、有的辅助升降器123靠后，根据升力的不同，使得定翼机100的机身11倾斜，从而实现定翼机100姿态的调整。另外，还可以通过控制不同机翼12上的辅助升降器123的转速不同，来控制定翼机100的左右倾斜以实现定翼机100在三维空间里姿态的任意调整。 [0071] 巡航步骤：如图3所示，保型盖板125将安装通孔1211封闭，辅助升降器123停止转动，保型盖板125的外壁作为翼面的一部分，与机翼本体121的翼面共同作用提供升力，定翼机100可以为匀速或变速。需要注意的是，定翼机100的升力主要由机翼本体121的翼面提供升力，保型盖板125的表面也可以为定翼机100提供一定的升力。 [0072] 需要说明的是，上述情况仅仅是其中一种工作方式，使保型盖板125打开及使辅助升降器123转动的时机根据需要选择，例如还可以在定翼机100的飞行过程中打开保型盖板125并使辅助升降器123工作，另外，也可以在定翼机100垂直起降(此时可以仅使辅助动力机构带动辅助升降器123转动，内置动力机构不工作)以及定翼机100的航速低于升力面最低失速速度时使用辅助升降器123等，当然，辅助升降器12也可以在定翼机100的降落过程中使用，定翼机100降落过程与前述的起升过程相反。 [0073] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。 [0074] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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