專利名稱：光伏浮力雙翼機(jī)、光伏浮力飛碟、光伏浮力無人機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空新能源飛行器系列，尤其是無燃料、垂直起降飛行器系列。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外的飛行器雖有長足發(fā)展，性能越來越先進(jìn)，但在使用過程中對環(huán)境的污染和能源的消耗是顯而易見的。隨著社會進(jìn)步和環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對航空技術(shù)提出了更高的要求，希望飛行器沒有尾氣、沒有噪音。為實現(xiàn)碳排放為零的綠色飛行目標(biāo)，世界許多國家都在研發(fā)太陽能飛機(jī)，著名的有美國的“太陽神號”、瑞士的“太陽驅(qū)動號”。盡管這些飛機(jī)在高度、航時和航程上已取得重大突破，但離實用化仍有很大差距，其根本問題在于翼展過寬、機(jī)身過窄、抗風(fēng)險能力差；由于攝取陽光的表面積不足和攜帶的動力電池數(shù)量少，電源系統(tǒng)無法提供更多能量，限制了巡航速度和有效載荷，造成太陽能飛機(jī)“無商業(yè)化前景”。發(fā)明內(nèi)容為解決太陽能飛機(jī)起降、功率、載荷、速度和安全性方面存在的技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種多機(jī)融合的技術(shù)方案將太陽能飛機(jī)、氦氣飛艇、直升機(jī)、螺旋槳飛機(jī)的 特長融于一體，設(shè)計成光伏浮力飛行器系列，使其具有太陽能飛機(jī)的發(fā)電、儲電、電驅(qū)功能；具有氦氣飛艇的浮力、承載力；具有直升機(jī)的靈活性、適應(yīng)性；具有螺旋槳飛機(jī)的速度、舒適性。在此基礎(chǔ)上，針對陽光照射能量分布密度小、陰晴晝夜差異大的特點，大幅增加光伏發(fā)電面積和動力電池數(shù)量，同時對飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精簡整合，降低自重，最大限度地提高承載能力和安全系數(shù)。本發(fā)明由翼身系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和乘客艙構(gòu)成翼身系統(tǒng)包括云朵形、碟形融合式翼身、雙翼機(jī)連橋、碟翼空洞、圓柱形氦氣氣胎、微型氣門芯、氦氣、導(dǎo)流式雙氣囊底座、氣動導(dǎo)流槽、骨架、蒙皮及固定裝置。飛行器氣動外形結(jié)構(gòu)由剛性骨架保持，底部和四周邊緣用輕金屬材料蒙皮。體內(nèi)由直徑I. 5米或I. 8米，高度不等的圓柱形氦氣氣胎按蜂窩狀填充，微型氣門芯朝上。背部在安裝抗鼓脹的隔熱布后，用高強(qiáng)度復(fù)合材料蒙皮，粘貼轉(zhuǎn)換率20 %以上的薄膜電池。導(dǎo)流式雙氣囊底座用剛性U形骨架與翼身骨架連接，囊內(nèi)用直徑I. 5米，高度不等的圓柱形氦氣氣胎按縱列填充，微型氣門芯朝下。底座離地0. 3米以上用輕金屬材料蒙皮，0. 3米以下及著地部位用高韌性防水纖維材料蒙皮。氣胎充氣調(diào)壓可通過機(jī)背和著地部位每個預(yù)留的氣門芯凹孔，用高壓氦氣裝置充至標(biāo)準(zhǔn)氣壓。整個飛行器外表除薄膜電池、有機(jī)玻璃、雙翼機(jī)連橋外均涂白色，雙翼機(jī)連橋涂天藍(lán)色。電源系統(tǒng)包括薄膜電池、飛輪電池組、高能鎳碳超級電容器組、電源管理系統(tǒng)、逆變器、電源艙、切換式外接電源插座及電纜連接線。薄膜電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能儲存到高能鎳碳超級電容器組，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)需要動力時，電源管理系統(tǒng)通過逆變器向其輸電。航行中的動力供電以飛輪電池組為主，高能鎳碳超級電容器組在向飛輪電池組補(bǔ)充電源的同時，還承擔(dān)其他器件、儀表、燈具的供電。雙翼機(jī)4個、飛碟2個電源艙分別設(shè)在底座外側(cè)或內(nèi)側(cè)中后段，以平衡載荷，距地0. 9米，艙底為氦氣氣胎緩沖墊，艙體用非金屬材料與骨架連接，飛輪電池組、高能鎳碳超級電容器組按各半比例安裝。飛行器垂直起飛要比滑跑起飛消耗更多能量，為此可在起飛處設(shè)置電纜轉(zhuǎn)盤，通過電纜和設(shè)在機(jī)腹2個電源艙正中間的切換式外接電源插座向驅(qū)動系統(tǒng)輸電，當(dāng)垂直升空達(dá)到預(yù)定高度轉(zhuǎn)入前飛狀態(tài)后，氦氣球式電纜插頭自行脫離降落，電源管理系統(tǒng)隨即切換供電。驅(qū)動系統(tǒng)包括傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳、變頻調(diào)速控制器、電動傾轉(zhuǎn)齒輪、電動傾轉(zhuǎn)控制器及固定支架。雙翼前端或碟翼邊緣對稱安裝4臺傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳。螺旋槳朝上的止點為90度，傾轉(zhuǎn)朝前的止點為0度。每臺電動機(jī)用2個輕合金固定支架安裝在翼身骨架上。雙翼機(jī)支架前伸2米，高出翼面0. 6米；飛碟支架前伸2米，高出翼面I. 6米。碟翼空洞下圓上橢、洞口凹陷，以利于螺旋槳傾轉(zhuǎn)。電動機(jī)外殼用輕合金鑄造，其與螺旋槳重力均衡段的左短軸與左固定支架軸承孔對接，右側(cè)為環(huán)式大齒輪，末端短軸與右固定支架里的軸承孔對接，同時大齒輪與右固定支架里的電動傾轉(zhuǎn)小齒輪嚙合。電動傾轉(zhuǎn)控制器可控制每臺螺旋槳的朝向和傾轉(zhuǎn)角度，變頻調(diào)速控制器可控制每臺螺旋槳正旋、反旋和旋速?？刂葡到y(tǒng)包括駕駛艙、擋風(fēng)有機(jī)玻璃、增壓供氧空調(diào)控制器、滑動式有機(jī)玻璃天窗控制器、一體化航電系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、高清觸摸屏、人工操作系統(tǒng)及駕駛椅。一體化航電系統(tǒng)涵蓋目前國內(nèi)外先進(jìn)的導(dǎo)航、通訊、儀器儀表、氣象監(jiān)測、安全監(jiān)控等航空電子裝備。智能控制系統(tǒng)的計算機(jī)軟硬件及操縱系統(tǒng)均按國際航空標(biāo)準(zhǔn)配置，終端為高清觸摸屏。艙內(nèi)的變頻調(diào)速控制器、電動傾轉(zhuǎn)控制器、電源管理系統(tǒng)、增壓供氧空調(diào)控制器、滑動式有機(jī)玻璃天窗控制器、音響視頻控制器及一體化航電系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)鏈接，通過程序控制可實現(xiàn)整個運行過程的自動化和觸摸化操作。駕駛以自動化為主，人工操作為輔。駕駛艙設(shè)在飛行器前端中間，與乘客觀光艙左右相鄰，飛行員從小電梯間隔板滑動式艙門進(jìn)入。駕駛椅為滑動式充氣椅。乘客艙包括擋風(fēng)有機(jī)玻璃窗、滑動式有機(jī)玻璃天窗、升降式有機(jī)玻璃舷窗、小電梯間、空調(diào)窗、滑動式充氣雙人沙發(fā)椅和音響視頻頭。乘客艙根據(jù)不同用途設(shè)計一、乘客觀光艙。為便于乘客無遮擋觀光，將觀光艙設(shè)在前端駕駛艙的兩側(cè)，各長I. 6米、寬6. 6米，最高處2米。駕駛艙后端設(shè)有小電梯間，長0. 9米，寬I. 2米，高2米，其底板為磁吸彈力門，當(dāng)機(jī)場電梯車的梯架對準(zhǔn)梯口往上抬升時，磁吸彈力門在推力作用下開啟，乘客2人一組乘電梯垂直升至小電梯間，然后進(jìn)入左右觀光艙。當(dāng)乘客和飛行員登機(jī)或下機(jī)后，電梯車收縮梯架，退出梯口，磁吸彈力門在彈簧的作用下自動閉合。用于低空觀光和客運項目不安裝增壓供氧空調(diào)器，超高空觀光使用的增壓供氧空調(diào)器設(shè)在駕駛艙前端，用通風(fēng)管與左右乘客觀光艙的空調(diào)窗相連，當(dāng)航行高度達(dá)到3900米時，乘客觀光艙滑動式有機(jī)玻璃天窗關(guān)閉；當(dāng)艙內(nèi)溫度低于10度或氧氣缺乏時，增壓供氧空調(diào)器為乘客觀光艙和駕駛艙增壓供熱或供氧。2個音響視頻頭分別設(shè)在左右觀光艙中段過道頂部。二、底座客艙。雙翼機(jī)乘客艙設(shè)在2個底座內(nèi)側(cè)或外側(cè)前段，離地面高0. 3米，艙長22米，寬I. 3米，高2米，中間設(shè)滑動門，左右兩側(cè)呈一字排列16條滑動式充氣雙人沙發(fā)椅,面向為升降式有機(jī)玻璃舷窗，音響、旋轉(zhuǎn)球體視頻頭設(shè)在門內(nèi)頂端中間，可觀察兩側(cè)情況。無人機(jī)采用飛碟或雙翼機(jī)外形和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去掉載人關(guān)聯(lián)設(shè)計，增設(shè)遙控配套裝置。本發(fā)明的有益效果是解決了諸多制約太陽能飛機(jī)商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)難題，其優(yōu)點是云朵形、碟形的飛翼結(jié)構(gòu)可大面積覆蓋薄膜電池，以增加發(fā)電量；體內(nèi)填充圓柱形氦氣氣胎，以提高承載力；去掉起落架、方向舵、升降舵、副翼、襟翼和尾翼，可降低自重，以攜帶、更多動力電池；4臺傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳對稱安裝在雙翼前端或碟翼邊緣，可實現(xiàn)垂直起降、懸停、前飛、轉(zhuǎn)向和姿態(tài)控制，巡航速度、高度可在0-300公里/小時，30-3. 9萬米之間調(diào)節(jié)；由眾多互不通氣的氦氣氣胎構(gòu)成的機(jī)體，既輕于空氣又重于空氣，可降低氣胎泄漏、動力故障、撞機(jī)墜機(jī)造成人員傷亡事故的概率，大大提高安全系數(shù)。同時，在超高空大氣壓強(qiáng)低的條件下，圓柱形橡膠胎體之間的空隙可抵消氣胎鼓脹對機(jī)體的影響，無需排壓。本發(fā)明應(yīng)用廣泛，涵蓋無人機(jī)、飛艇、直升機(jī)、螺旋槳飛機(jī)的基本功能，涉及眾多行業(yè)的空中需求。與現(xiàn)有太陽能飛機(jī)相比，其技術(shù)效果顯著飛得更高、更快、更遠(yuǎn)、留空更長、載荷更大、航行更安全。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可改裝成不同外形、不同用途、不同尺寸的飛行器。在商業(yè)化應(yīng)用方面，最具前景的是名勝景區(qū)超低空觀光旅游、大城市3. 8萬米超高空觀光旅游和海灣海峽城際間超低空客運項目。這些項目除經(jīng)濟(jì) 、環(huán)保、安全因素外，主要是可以滿足人們夢寐以求的到天空遨翔的愿望。在國防方面用于超高空長航時預(yù)警巡邏、傳感監(jiān)控、通訊中繼、電子對抗；國內(nèi)重大事件高空懸停偵察、指揮，具有無可比擬的優(yōu)勢。在航空科技方面，本發(fā)明具備7項打破或創(chuàng)造世界紀(jì)錄的潛力一是飛碟載人航行，可打破無燃料飛行器飛行高度最高的世界紀(jì)錄；二是飛碟載人航行，可打破無燃料飛行器超高空飛行速度最快的世界紀(jì)錄；三是無人機(jī)超高空巡航，可打破無燃料飛行器留空時間最長的世界紀(jì)錄；四是無人機(jī)超高空懸停，可創(chuàng)造飛行器懸停時間最長的世界紀(jì)錄；五是雙翼機(jī)載人(3名試飛員)航行，可創(chuàng)造無燃料飛行器環(huán)球不落飛行一圈的世界紀(jì)錄；六是雙翼機(jī)載人載貨航行，可打破無燃料飛行器載荷量最大的世界紀(jì)錄；七是雙翼機(jī)載人載貨航運，可打破飛行器運輸成本最低的世界紀(jì)錄。


下面結(jié)合附圖和模擬實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明模擬實施例的光伏浮力飛碟三視中I、駕駛艙2、乘客觀光艙3、滑動式有機(jī)玻璃天窗4、導(dǎo)流式雙氣囊底座5、傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳6、碟形融合式翼身7、氣動導(dǎo)流槽8、切換式外接電源插座9、薄膜電池10、橢圓凹陷11、碟翼空洞圖2是本發(fā)明光伏浮力雙翼機(jī)三視圖。圖中I、客艙2、滑動式客艙門3、升降式有機(jī)玻璃舷窗4、雙翼機(jī)連橋5、電源艙具體實施方式
在圖I中，飛碟錨定在深圳市南山區(qū)某停機(jī)坪。此次是第三次載人綜合試驗飛行。地面輸電電纜與切換式外接電源插座8相連，電源艙內(nèi)的動力電池已完成充電。8點16分，一名試飛員乘電梯進(jìn)入駕駛艙I進(jìn)行各項例行準(zhǔn)備、檢查，開啟乘客觀光艙2滑動式有機(jī)玻璃天窗3。8點18分，20名特約乘客經(jīng)安檢后乘電梯進(jìn)入乘客觀光艙2，電梯車撤離。8點20分，氣象條件良好，地面飛控中心下達(dá)起飛指令，試飛員啟動既定任務(wù)程序，飛碟進(jìn)入自動化駕駛狀態(tài)。機(jī)上起飛指示燈鳴閃，地勤人員迅速撤走4個固定支架下的錨定裝置，30秒鐘后，4臺傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳5朝上旋轉(zhuǎn)，氣流從碟翼空洞11排出，飛碟緩慢垂直升空。當(dāng)達(dá)到220米高度時，螺旋槳轉(zhuǎn)入前飛狀態(tài)，地面輸電電纜插頭脫離降落，電源管理系統(tǒng)隨即切換供電，飛碟微調(diào)上升角度以20度斜坡往西南方向爬升。乘客站在敞開的觀光艙里俯瞰大地，感受飛翔和升高的過程。當(dāng)飛行高度達(dá)到海拔3900米時，試飛員通過音響提示乘客入座，滑動式有機(jī)玻璃天窗3緩慢關(guān)閉，增壓供氧空調(diào)器開始工作。到達(dá)平流層后，大氣壓強(qiáng)和空氣阻力降低，飛碟浮力增大，4臺螺旋槳朝前傾轉(zhuǎn)至0度，槳葉在橢圓凹陷10上方旋轉(zhuǎn)，上升速度加快。9點30分，飛碟到達(dá)海拔3. 9萬米高空，打破了無燃料飛行器載人航行飛行高度最高的世界紀(jì)錄。飛碟減速平飛，讓乘客拍攝窗外下方藍(lán)色的星球，觀賞大氣層邊緣奇異景色。爬升至目標(biāo)高度，飛碟各系統(tǒng)運行正常，薄膜電池9發(fā)電接近峰值，動力電池耗能70%，碟形融合式翼身6抗鼓脹狀況良好。10點整，左側(cè)2臺螺旋槳旋轉(zhuǎn)加快，飛碟大轉(zhuǎn)彎調(diào)頭返航。下降至海拔I. 2萬米高空時，飛碟全速平飛15分鐘，平均時速達(dá)到320公里，打破了無燃料飛行器載人航行飛行速度最快的世界紀(jì)錄。高速試飛檢驗了推力、外表、骨架、氣動導(dǎo)流槽7及智能姿態(tài)控制效果。下降至海拔3900米時，滑動式有機(jī)玻璃天窗3開啟，增壓供氧空調(diào)器關(guān)閉。10點主0分，飛碟距珠海市10公里時減速滑行，高度降至100米時，4臺螺旋槳朝上旋轉(zhuǎn)，飛碟以15公里時速向下滑行，降落在橫琴島附近海面，導(dǎo)流式雙氣囊底座4吃水深度在0. 5米以下。游弋10分鐘后，飛碟加速滑跑起飛，在距地表80米高度以20公里時速沿深圳市上空盤旋一圈，供乘客超低空觀賞地面風(fēng)光。11點50分到達(dá)停機(jī)坪上空，前2臺螺旋槳調(diào)整角度對準(zhǔn)停機(jī)位置后，4臺螺旋槳朝上反旋，使飛碟垂直下降，當(dāng)離地10米時，4臺螺旋槳正旋，飛碟緩慢地降落地面。地勤人員將飛碟錨定后，電梯車駛?cè)腼w碟電梯口位置，供乘客和試飛員下機(jī)。整個試飛歷時3小時36分，各項測試均達(dá)設(shè)計要 求，獲取或驗證了有效載荷、航速、航時、航程、高度與薄膜電池9發(fā)電量、電動機(jī)功率、螺旋槳直徑、動力電池組數(shù)、氣胎標(biāo)準(zhǔn)壓力等16項匹配參數(shù)的最佳值。
權(quán)利要求
1.一種光伏浮力飛行器系列，翼身融合無起落架、方向舵、升降舵、副翼、襟翼和尾翼，外表大面積覆蓋薄膜電池，體內(nèi)填充圓柱形氦氣氣胎，其特征是4臺傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳對稱安裝在雙翼前端或碟翼邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是飛碟螺旋槳固定位置設(shè)有碟翼空洞。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是2個云朵形飛行器縱列，中間為雙翼機(jī)連橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是導(dǎo)流式雙氣囊底座，中間為氣動導(dǎo)流槽，雙氣囊內(nèi)側(cè)或外側(cè)可設(shè)客艙、貨艙和電源艙。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是機(jī)腹2個電源艙正中間設(shè)有切換式外接電源插座。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是駕駛艙、乘客觀光艙設(shè)在飛行器前端，駕駛艙位于正中間，其后端設(shè)有小電梯間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏浮力飛行器系列，其特征是無人機(jī)采用飛碟或雙翼機(jī)外形和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去掉載人設(shè)計，增設(shè)遙控裝置。
全文摘要
一種光伏浮力飛行器系列，采取多機(jī)融合的技術(shù)方案解決諸多制約太陽能飛機(jī)商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)難題，其要點是云朵形、碟形的飛翼結(jié)構(gòu)，可大面積覆蓋薄膜電池，增加發(fā)電量；體內(nèi)填充圓柱形氦氣氣胎，可提高承載力和安全系數(shù)；去掉起落架、尾翼等，可降低自重，以攜帶更多動力電池；4臺傾轉(zhuǎn)式電動螺旋槳對稱安裝在雙翼前端或碟翼邊緣，可實現(xiàn)垂直起降、懸停、前飛、轉(zhuǎn)向和姿態(tài)控制。本發(fā)明由翼身系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和乘客艙構(gòu)成，適用眾多行業(yè)的空中需求，其中最具商業(yè)化前景的是名勝景區(qū)超低空觀光、大城市3.8萬米超高空觀光和海灣海峽城際間超低空客運項目。在航空科技方面具備7項打破或創(chuàng)造世界紀(jì)錄的潛力。
文檔編號B64B1/24GK102673769SQ20121014616
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:劉美麗