專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可垂直起降固定翼單人飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單人飛行器，尤其是一種可太陽(yáng)能充電的具有垂直起降和水平飛行功能的固定翼單人飛行器。
背景技術(shù)：
單人像鳥(niǎo)一樣自由飛行是人類(lèi)幾千年來(lái)的夢(mèng)想?，F(xiàn)有的可以垂直起降的輕型單人飛行器有頭頂共軸式雙旋翼方案、頭頂單旋翼方案(如墨西哥的Libelula背包式直升機(jī)系統(tǒng))、噴氣背包、火箭背帶(如新西蘭的“馬丁噴氣背包”)等，這些方案的共有優(yōu)點(diǎn)是垂直起降，但共有的主要缺陷是沒(méi)有固定機(jī)翼，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離平飛，航時(shí)和航程都很短，而且飛行成本高、操縱復(fù)雜、安全性差?，F(xiàn)有的可以水平飛行的輕型單人飛行器如動(dòng)力滑翔傘和動(dòng)力三角翼飛機(jī)等，速度慢，航程短，無(wú)法垂直起降，且需要由經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員或操縱熟練的飛行愛(ài)好者才能使用。因此以上兩類(lèi)輕型單人飛行器都難以大規(guī)模普及?！ぴ谥袊?guó)專(zhuān)利號(hào)為CN1203167A，申請(qǐng)?zhí)枮?7112823. 5，名稱(chēng)為《載人垂直起降飛行器》的專(zhuān)利中公開(kāi)了一種載人垂直起降飛行器，它是根據(jù)美軍的V-22垂直起降飛機(jī)垂直起降時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)提升力必須作用在橫向重心上，提出利用滑軌主動(dòng)改變駕駛員重心和飛行器重心二者的相對(duì)位置，使得整個(gè)系統(tǒng)(駕駛員和飛行器)的豎向重心與橫向重心實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)渡，從而使飛行器的空中姿態(tài)可在垂直起降和水平飛行之間轉(zhuǎn)換過(guò)渡。但這種方法最大的缺陷在于駕駛員重心和飛行器重心的相對(duì)位置不固定，當(dāng)在飛行中利用滑軌來(lái)回滑動(dòng)調(diào)整二者相對(duì)重心位置時(shí)，引發(fā)的重心不穩(wěn)容易使整個(gè)系統(tǒng)頭重腳輕，有可能導(dǎo)致頭朝下飛行并撞向地面。也就是說(shuō)，滑軌滑動(dòng)調(diào)整重心位置不是一個(gè)易收斂于穩(wěn)定的控制過(guò)程，具有較大的危險(xiǎn)性，而且滑軌結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，重量大。在申請(qǐng)?zhí)枮?00810070233. 3，公開(kāi)號(hào)為CN101353084A，名稱(chēng)為《垂直起落輕型飛行器》的發(fā)明中，以及申請(qǐng)?zhí)枮?00910168948. 7，公開(kāi)號(hào)為CN 101927825，名稱(chēng)為《單人飛行器》的發(fā)明中公布了兩種同類(lèi)的單人飛行器，也可垂直起降和水平飛行，但是二者的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)涵道風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，吹在機(jī)翼和尾翼上產(chǎn)生力矩，以此控制垂直起降和水平飛行的轉(zhuǎn)換，這是一種被動(dòng)式狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換不靈活。另外，以上公開(kāi)號(hào)為CN 101927825和CN101353084A的專(zhuān)利中，飛行器的機(jī)翼面積過(guò)小，水平飛行時(shí)無(wú)法產(chǎn)生足夠的升力來(lái)承載整個(gè)系統(tǒng)重量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種固定翼單人飛行器，可安全方便的實(shí)現(xiàn)垂直起降和水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)解決使用太陽(yáng)能作為動(dòng)力能源的問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是利用一部尾部發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)渡。一種可垂直起降固定翼單人飛行器，包括機(jī)翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、背帶、飛行控制器，其特征在于，機(jī)翼和機(jī)身的一端相連接，機(jī)身的另一端安裝有一部尾部發(fā)動(dòng)機(jī)，用于垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)渡，當(dāng)飛行器從垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)尾部螺旋槳旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個(gè)與機(jī)身垂直的側(cè)力，推動(dòng)飛行器由垂直狀態(tài)向水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換；當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，執(zhí)行逆過(guò)程。當(dāng)飛行器在水平飛行時(shí)，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)還可旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)并提供向后的推力。當(dāng)采用左、右動(dòng)力布局時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)為兩部，分別以飛行器縱軸對(duì)稱(chēng)安裝在左、右機(jī)翼上，一部發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，一部發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，以相互抵消扭矩；當(dāng)采用共軸式螺旋槳布局時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在飛行器縱軸中心線上。主發(fā)動(dòng)機(jī)和尾部發(fā)動(dòng)機(jī)可以是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是其他形式的發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是噴氣儲(chǔ)氣罐。主螺旋槳和尾部螺旋槳為可變螺距螺旋槳，主螺旋槳可以通過(guò)變螺距來(lái)改變拉力大?。晃膊柯菪龢梢酝ㄟ^(guò)變螺距來(lái)改變推力大小或方向，也可以通過(guò)正反轉(zhuǎn)改變推力方向。飛行器上還裝有一對(duì)扶臂，飛行控制器安裝在扶臂上，類(lèi)似于摩托車(chē)車(chē)把上的控制器，這樣駕駛員手扶扶臂時(shí)，自然手握飛行控制器。機(jī)身是可伸縮或可折疊機(jī)身，在飛行狀態(tài)時(shí)，機(jī)身伸長(zhǎng)或打開(kāi)，以增大尾部發(fā)動(dòng)機(jī)、垂直尾翼、水平尾翼對(duì)飛行器重心的作用力臂，提高飛行時(shí)的可操縱性和安定性。
·
機(jī)翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳槳葉、尾部發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，都可以折疊，方便存放、運(yùn)輸和修理等。主螺旋槳和尾部螺旋槳可用網(wǎng)罩罩住，或采用涵道結(jié)構(gòu)，以提高安全性。主發(fā)動(dòng)機(jī)和尾部發(fā)動(dòng)機(jī)可以是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是其他形式的發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是噴氣儲(chǔ)氣罐。當(dāng)本飛行器采用電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，動(dòng)力能源是電池，電池可以是鋰電池、鉛蓄電池、鎳氫電池等蓄電池，也可以是燃料電池或其他電池，還可以是包含多種電池的混合電池。本飛行器包括機(jī)翼、水平尾翼的上、下表面和垂直尾翼兩側(cè)表面在內(nèi)飛行器的多個(gè)部位表面都安裝有大面積的太陽(yáng)能電池板，可得到大約至少5 10平方米以上的面積，機(jī)翼上表面等部位接受來(lái)自陽(yáng)光的直接輻射，下表面和其他部位接受陽(yáng)光的間接輻射，提高了對(duì)太陽(yáng)能的利用率，這樣機(jī)翼展開(kāi)后整個(gè)飛行器成為一個(gè)大型太陽(yáng)能充電器，解決了隨時(shí)隨地充電問(wèn)題。根據(jù)目前人類(lèi)的技術(shù)，太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換效率接近20%，直射時(shí)每平方米太陽(yáng)能電池板輸出功率約120 150W，考慮到光直射和非直射等照度問(wèn)題，初步計(jì)算，本飛行器在晴天可得到約600 1200瓦的電功率，或者說(shuō)，太陽(yáng)能電池板一個(gè)白天可以得到至少5度電能，足以飛行數(shù)十公里。這樣，即使在沒(méi)有充電設(shè)施的偏遠(yuǎn)地區(qū)，只要有陽(yáng)光的地方，本飛行器就有無(wú)限的續(xù)航能力。當(dāng)太陽(yáng)能電池板電力不足且無(wú)光線攝入時(shí)，可切換至電池供電模式，或者電池供電的同時(shí)也利用太陽(yáng)能充電，可以大大延長(zhǎng)飛行器的航程或航時(shí)。隨著技術(shù)進(jìn)步，太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率還會(huì)繼續(xù)提高(例如目前最先進(jìn)的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)40%)，飛行器的動(dòng)力性能和續(xù)航力還會(huì)提高。如果太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到一定程度，本飛行器再適當(dāng)加大機(jī)翼面積，就有希望實(shí)現(xiàn)完全利用太陽(yáng)能飛行。因此本飛行器一旦普及，將有望成為不消耗汽油、零排放、完全環(huán)保且能環(huán)球旅行的家用交通工具。對(duì)于飛行器來(lái)說(shuō)，救生是個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題。因此本飛行器上還安裝有救生傘和救生氣囊，當(dāng)飛行中發(fā)生緊急情況時(shí)，駕駛員、救生傘和救生氣囊可以和飛行器的其他部分分離，以便于打開(kāi)救生傘逃生，如果降落在水上，則救生氣囊可立即充滿氣彈出，實(shí)現(xiàn)水上救生。
有益效果
本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下有益效果
1.本發(fā)明利用一部尾部發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)渡，操作安全、狀態(tài)轉(zhuǎn)換自如而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)一步，在飛行器水平飛行時(shí)尾部發(fā)動(dòng)機(jī)還可起尾推作
用，一舉兩得；
2.本飛行器的機(jī)翼、垂直尾翼、水平尾翼等各個(gè)部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽(yáng)能電池板，最大限度利用了陽(yáng)光的直接輻射和間接輻射，機(jī)翼展開(kāi)后整個(gè)飛行器·成為一個(gè)巨大的太陽(yáng)能充電器，提高了飛行器的續(xù)航力，可在缺乏充電設(shè)備的陸地或水上遠(yuǎn)距離旅行，且能源綠色無(wú)污染；
3.本飛行器針對(duì)人體生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)成可穿戴式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，不需起降跑道、利用大展弦比的機(jī)翼實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離快速飛行；
4.飛行器上安裝有完備的救生系統(tǒng)，解決了家用飛行器的安全問(wèn)題，可大規(guī)模家用普及，也可以用于軍事等其他領(lǐng)域。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的立體 圖2是本發(fā)明的俯視 圖3是本發(fā)明水平飛行狀態(tài)的示意 圖4是本發(fā)明折疊后的示意 圖5是本發(fā)明采用共軸雙旋翼起降的立體 圖6是本發(fā)明采用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為主發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖中I.機(jī)翼，2.主發(fā)動(dòng)機(jī)，3.螺旋槳，4.機(jī)身，5.尾部發(fā)動(dòng)機(jī)，6.尾部螺旋槳，7.水平尾翼，8.垂直尾翼，9.電池，10.背帶，11.飛行控制器，12.扶臂，13太陽(yáng)能電池板。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
以飛行器采用左、右動(dòng)力布局為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。在附

圖1、2、3中，機(jī)翼I以飛行器的縱軸線為對(duì)稱(chēng)分為左、右兩翼，機(jī)翼I的中部下端與機(jī)身4 一端連接，機(jī)身4另一端安裝有尾部發(fā)動(dòng)機(jī)5、水平尾翼7和垂直尾翼8。主發(fā)動(dòng)機(jī)2為兩部，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在左、右機(jī)翼I上，用于垂直起降和水平飛行時(shí)的拉進(jìn)，而且安裝的兩部螺旋槳3 —部正轉(zhuǎn)，一部反轉(zhuǎn)，以相互抵消扭矩。飛行器上有救生傘和救生氣囊用于救生。飛行控制器11安裝在扶臂12上。機(jī)翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8等各個(gè)部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽(yáng)能電池板13，最大限度利用了陽(yáng)光的直接輻射和間接輻射，機(jī)翼I展開(kāi)后整個(gè)飛行器成為一個(gè)巨大的太陽(yáng)能充電器。當(dāng)需要飛行時(shí)，飛行員打開(kāi)折疊的飛行器，將機(jī)翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8置于常規(guī)飛機(jī)的狀態(tài)，背上飛行器，扣緊背帶10，站立在地面上，類(lèi)似穿上一架超輕型固定翼飛機(jī)，這時(shí)手握扶臂12，操縱飛行控制器11，啟動(dòng)兩部主發(fā)動(dòng)機(jī)2，驅(qū)動(dòng)螺旋槳3開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直起飛，然后駕駛員控制飛行器伸開(kāi)機(jī)身4，啟動(dòng)尾部發(fā)動(dòng)機(jī)5，這時(shí)尾部螺旋槳6旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個(gè)與機(jī)身4垂直的側(cè)力，推動(dòng)飛行器由垂直狀態(tài)向水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，尾部螺旋槳6產(chǎn)生與之前方向相反的側(cè)力，執(zhí)行逆過(guò)程。如附圖4所示，機(jī)翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8、主發(fā)動(dòng)機(jī)2的螺旋槳3槳葉、尾部發(fā)動(dòng)機(jī)5的槳葉，都可以折疊，利于存放、運(yùn)輸、檢查、修理。
實(shí)施例二
以動(dòng)力布局采用共軸式為例進(jìn)一步說(shuō)明。
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如附圖5所示，當(dāng)采用共軸式螺旋槳3布局時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)2安裝在機(jī)翼I左、右對(duì)稱(chēng)的中心線上。飛行時(shí)，兩部上下安裝的螺旋槳3 —部正轉(zhuǎn)，一部反轉(zhuǎn)，以相互抵消扭矩。當(dāng)飛行器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為水平狀態(tài)后，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)5還可旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，提供一個(gè)水平向后的推力，起尾部推進(jìn)作用。其他部分同實(shí)施例一。
實(shí)施例三
以主發(fā)動(dòng)機(jī)2采用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為例進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖6所示，主發(fā)動(dòng)機(jī)2為兩部，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在左、右機(jī)翼I上，用于垂直起降和水平飛行時(shí)推進(jìn)。此實(shí)施例中，扶臂12由彎曲狀改為直桿狀。其他部分同實(shí)施例一。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的描述，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達(dá)的有限性，而在客觀上存在其他的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種可垂直起降固定翼單人飛行器，包括機(jī)翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳、電池、背帯、飛行控制器，其特征在于，垂直尾翼上安裝有一部尾部發(fā)動(dòng)機(jī)，用于垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)渡，當(dāng)飛行器從垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)尾部螺旋槳旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個(gè)與機(jī)身垂直的側(cè)力，推動(dòng)飛行器由垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)過(guò)渡；當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，執(zhí)行逆過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，包括機(jī)翼、水平尾翼和垂直尾翼在內(nèi)飛行器的多個(gè)部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽(yáng)能電池板，并且太陽(yáng)能電池板和電池組成聯(lián)合供電系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，飛行器上還裝有一對(duì)扶臂，扶臂上安裝有飛行控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，當(dāng)飛行器在水平飛行時(shí)，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)可旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)并提供向后的推力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在干，當(dāng)采用左、右雙動(dòng)カ布局吋，主發(fā)動(dòng)機(jī)為兩部，分別以機(jī)翼中心線為對(duì)稱(chēng)安裝在左、右機(jī)翼上，一部發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，一部發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)采用共軸式螺旋槳布局時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在飛行器縱向中心軸線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，主發(fā)動(dòng)機(jī)和尾部發(fā)動(dòng)機(jī)可以是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是其他形式的發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以是噴氣儲(chǔ)氣罐。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，主螺旋槳和尾部螺旋槳為可變距螺旋槳。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，機(jī)身可伸縮或可折疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，電池可以是蓄電池，也可以是燃料電池或其他電池，還可以是包含多種電池的混合電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，主螺旋槳和尾部螺旋槳位于網(wǎng)罩或涵道內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有垂直起降和水平飛行功能的穿戴式固定翼單人飛行器，由機(jī)翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳、背帶、飛行控制器、機(jī)身、尾部發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、扶臂、太陽(yáng)能電池板、救生傘、救生氣囊組成。利用一部尾部發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的主動(dòng)過(guò)渡，利用固定機(jī)翼實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行。機(jī)翼、水平尾翼和垂直尾翼等可折疊存放，且包括機(jī)翼在內(nèi)飛行器多個(gè)部位的表面都安裝有大面積的太陽(yáng)能電池板，機(jī)翼展開(kāi)后整個(gè)飛行器成為一個(gè)巨大的太陽(yáng)能充電器，解決了隨時(shí)隨地充電問(wèn)題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源綠色，救生系統(tǒng)完備，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。
文檔編號(hào)B64C31/028GK102785776SQ20121026122
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者張藝婷, 趙輝 申請(qǐng)人:張藝婷, 趙輝