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革命性垂直起降高速飞行器构型

申请号:
CN201010540341
专利权人:
韦斯豪
发明人:
韦斯豪;
专利类别:
发明专利
所属类目:
交通/运输/包装
权利状态:
有效
是否为受让方邮寄证书原件:
商品价格:
¥6,000,000.00
七弦琴官方服务:
七弦琴专利交割服务 ¥350.00
改变世界的创新 第三方个人
店 主:
韦斯豪
所在地:
广西壮族自治区 贵港市
星 级:
弦 级:
1弦
客 服:
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本发明公开了一种垂直起降旋翼式飞行器结构,包括飞翼式机身、以及与该飞翼式机身相连接的机翼,所述飞翼式机身的后部设有垂直尾翼、水平尾翼和襟翼,所述飞翼式机身的两侧各设有一副机翼,所述机翼为扁长状,在机翼的中部通过倾转机构与飞翼式机身连接,所述机翼的两端各设有旋翼系统,且在所述机翼的两端部于所述旋翼系统的下方设有方向舵。该飞行器结构将飞翼式机身和旋翼系统相结合,通过合理的结构设计,使其不但能够垂直起降,而且能够达到固定翼飞机的飞行速度和航程,并且其结构相对简单。

该垂直起降飞机的技术优势如下:

1.     飞行器采用了飞翼式的机身布局,相比传统的圆桶形机身+悬臂梁式上单翼的布局结构,在结构重量上可以减轻20%的重量,正好可以抵消两侧端板以及倾转机构带来的重量增加,在空机/载荷重量比可以达到固定翼飞机(主要以运输机为对比)的水平,大大高于美国鱼鹰V-22的技术水平。

2.     两侧小(外)翼可按照任务需要进行模块化的设计和快速更换。这个技术可以大大扩展该飞行器的飞行包线。在需要较高飞行速度的任务中,可以拆卸掉小(外)翼以减少飞行阻力,增加飞行速度;在需要长航时或者高升限的任务中,安装长的小(外)翼,达到增加升阻比的作用,如在超高空长航时侦察机、超高空预警机和超长航时反潜机中,对速度不敏感,对升限和留空时间的要求越高越好,这时候就需要比较长的小(外)翼。

3.     飞翼式机身的翼端厚度大,刚性高,强度大,弹性发散小。这对于在飞翼式机身的翼端设计和安装倾转机构的难度要大大降低,远低于鱼鹰的技术难度,同时可靠性也能做的更高。

4.     该飞行器采用共轴刚性双旋翼的设计,结构上相较柔性旋翼和半刚性旋翼要简单得多,可靠得多,重量也轻很多,效率更高;在产生相同升力的情况下,双旋翼的桨盘面积只相当于单旋翼的70%-80%左右,更小的桨盘对于巡航飞行时提高飞行速度有相当大的好处。同时,共轴双旋翼的旋翼扭距相互抵消,使得震动更小;旋翼的下洗气流旋转流动更少,使得端板下的舵面效率更高。

5.     旋翼的下洗气流几乎不被遮挡(参考图2)(端板的剖面呈翼状,对下洗气流的阻力极小),则可利用全部的旋翼升力。相比较V-22鱼鹰飞机,机翼遮挡了部分桨盘面积,导致损失了10%左右的正升力,同时产生10%左右的负升力,升力损失在20%以上。

6.     在垂直起降模式中,在垂直起飞阶段(参考图9、图10),旋翼的下洗气流有一大部分在机身和小翼的正下方堆积,形成高压区,对机身和小(外)翼有一个向上的气垫升力,这将大大减少对发动机输出功率的需求,从而降低动力装置的功率设计,降低重量,降低油耗(垂直起降和巡航飞行两阶段),提高巡航时间,从而增大航程。经粗略估计,旋翼升力达到起飞总重的80%即可以实现垂直起飞,而鱼鹰则需要升力达到1.2倍以上重力才能实现垂直起飞。

7.     在高速垂直降落过程中,旋翼机(直升机)极易陷入涡流环的状态,越是加大油门,越是失去升力,如果此时距离地面较近,极易发生坠机的危险。究其原因,是旋翼的下洗气流绕过翼尖,被旋翼从新吸入。该设计从根本上解决了这个问题:该飞行器在高速下降过程中,每个双旋翼都只有1/2的桨盘面积会进入涡流环状态,另外1/2的桨盘面积产生的下洗气流被机身遮挡,无法绕过翼尖被从新吸入,而是聚集在机身正下方不断堆积并向下蔓延同时向四周散开。堆积的气流对机身有一定的气垫升力,当加大油门,这个气垫升力同时也增大,这样大大降低坠机的风险。

该气动布局的飞行器用在无人机领域,有如下巨大优势:

(1)      作为唯一一款能够垂直起降、定点悬停和高速巡航的无人机,既能够高速的巡视大面积的区域,又能够定点悬停对单个敏感区域做长时间持续监控.

(2)      起飞升力为重力的80%,巡航时拉力可以减少一半,为重力的40%左右,因此对能量的需求更少,相比目前绝大多数的垂直起降无人机,全部电机几乎总是处于满功率运行,因此该飞行器能有更长的留空时间。

(3)      无人机取代有人机的一个很大的因素就是对安全性的容忍度比较高,倾转动力的飞行器由于其技术成熟度问题,安全性要低于固定翼飞机和直升机。但是,其独特的技术优势又使得人们对她无法割舍,因此,在无人机上使用倾转动力的技术,不仅为未来倾转动力的有人机积累技术经验,也为无人机领域注入新的动力,探索新的领域,甚至有可能会颠覆无人机的行业,其中,2015410日,由韩韩国开发的TR-60倾转旋翼无人机在韩国宇宙航天研究院(航宇研)航空中心进行了试飞。



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