本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計(jì)，特別涉及基于組合式飛行器的半自主可持續(xù)空運(yùn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國(guó)際運(yùn)輸是經(jīng)貿(mào)合作的重要組成部分。航空運(yùn)輸相對(duì)于傳統(tǒng)陸地、海洋運(yùn)輸模式，具有運(yùn)輸速度快、不受地面條件限制、高安全性、高空間跨度等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于貴重商品、鮮活貨物、急需物資、精密儀器等貨物幾乎必須使用航空運(yùn)輸。在新絲路上架起一條「空中絲綢之路」的重要性不言而喻。

然而，當(dāng)前主流的空中運(yùn)輸方式還是傳統(tǒng)運(yùn)輸機(jī)。其作為空中絲路的載體呈現(xiàn)出了明顯的問(wèn)題：1.依賴機(jī)場(chǎng)，缺乏時(shí)間和空間上的機(jī)動(dòng)性；2.使用燃油，運(yùn)輸成本高，不利于環(huán)保；3.運(yùn)輸流量相對(duì)較小。

因此，開(kāi)發(fā)一種使用清潔能源、高續(xù)航、大運(yùn)輸流量的運(yùn)輸飛行器在空中絲路的應(yīng)用上有著重要的意義。通過(guò)建立分布式基站可實(shí)現(xiàn)飛行器在航線上的永久續(xù)航，同時(shí)地面基站還能實(shí)時(shí)監(jiān)視和保護(hù)飛行器進(jìn)行運(yùn)輸任務(wù)。激光無(wú)線輸能技術(shù)作為一項(xiàng)新能源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大功率、快速、無(wú)線的輸能，對(duì)飛行器快速完成緊急物資輸送的任務(wù)，在工程搶險(xiǎn)，自然災(zāi)害防治，國(guó)內(nèi)外進(jìn)出口商品運(yùn)輸?shù)确矫嬗兄^好的保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有貨運(yùn)飛行器運(yùn)輸效率低；為解決所述問(wèn)題，本發(fā)明提供基于組合式飛行器的半自主可持續(xù)空運(yùn)系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的基于組合式飛行器的半自主可持續(xù)空運(yùn)系統(tǒng)包括：獨(dú)立貨艙、組合式飛行器、激光器陣列供能系統(tǒng)、升降機(jī)構(gòu)、液壓鎖緊機(jī)構(gòu)；所述獨(dú)立貨艙可固定于升降機(jī)構(gòu)，并通過(guò)液壓縮緊機(jī)構(gòu)與組合式飛行器組合，激光器陣列供能系統(tǒng)對(duì)組合式飛行器進(jìn)行無(wú)線激光輸能。

進(jìn)一步，所述組合式飛行器包括：旋翼系統(tǒng)、機(jī)身、可傾轉(zhuǎn)短艙、能量接收轉(zhuǎn)換器；所述可傾轉(zhuǎn)短艙安裝于機(jī)身，可繞機(jī)身軸線旋轉(zhuǎn)，所述旋翼系統(tǒng)安裝于可傾轉(zhuǎn)短艙；所述能量接收轉(zhuǎn)換器與激光器陣列供能系統(tǒng)配合將光能轉(zhuǎn)化為電能。

進(jìn)一步，所述機(jī)身為工字形結(jié)構(gòu)，四個(gè)端面各連接一個(gè)可傾轉(zhuǎn)短艙，所述可傾轉(zhuǎn)短艙可繞機(jī)身軸線轉(zhuǎn)90°。

進(jìn)一步，每個(gè)所述可傾轉(zhuǎn)短艙上安裝一套旋翼系統(tǒng)，起飛階段旋翼系統(tǒng)平行地面旋轉(zhuǎn)；起飛后，可傾轉(zhuǎn)短艙可繞機(jī)身軸線轉(zhuǎn)90°，旋翼系統(tǒng)垂直地面旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述機(jī)身沿軸線的截面為凹字形結(jié)構(gòu)，所述獨(dú)立貨艙形狀與所述凹字形結(jié)構(gòu)的缺口匹配，獨(dú)立貨艙與機(jī)身之間還安裝有油箱。

進(jìn)一步，獨(dú)立貨艙采用階梯型設(shè)計(jì)，油箱安裝于臺(tái)階處，外部采用折線結(jié)構(gòu)，外部材料為高強(qiáng)度鋁合金，內(nèi)飾板用玻璃纖維制成。

進(jìn)一步，獨(dú)立貨艙門(mén)采用單邊懸擺式，左邊為旋轉(zhuǎn)軸，可通過(guò)外表面的鋼筋把手配合將獨(dú)立貨艙門(mén)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的方式打開(kāi)。

進(jìn)一步，激光器陣列供能系統(tǒng)3包含多個(gè)大功率激光器，發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器集成，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞捷斎胫溜w行器的能量接收轉(zhuǎn)換器，所述能量接收轉(zhuǎn)換器為砷化鎵激光接收板。

進(jìn)一步，所述升降機(jī)構(gòu)采用單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)，置于基站的跑道下方，對(duì)獨(dú)立貨艙進(jìn)行接收和升降，所述升降機(jī)波包括支撐板、導(dǎo)軌、滑動(dòng)塊、連接軸、叉桿、活塞桿、套桿、旋轉(zhuǎn)軸、底板；套桿一端與活塞桿共軸連接，另一端鉸接在底板上，一組叉桿首尾用一組連接軸連接，連接軸鉸接在滑動(dòng)塊上，另一組叉桿首尾分別于支撐板和底板鉸接，兩組叉桿的中部通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸連接，實(shí)現(xiàn)叉桿的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；滑動(dòng)塊與導(dǎo)軌連接，導(dǎo)軌與支撐板固連；通過(guò)驅(qū)動(dòng)活塞桿與套桿的相對(duì)滑行，聯(lián)動(dòng)叉桿繞旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，控制支撐板4a)的上下運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

采用激光供電，能源清潔環(huán)保，且可以降低飛行器的負(fù)重。

機(jī)身與貨艙采用組合式結(jié)構(gòu)，載卸貨方便且減輕空載時(shí)機(jī)重。貨艙材料采用鋁合金和玻璃纖維的復(fù)合設(shè)計(jì)，起到防電、耐熱、抗腐蝕的作用。機(jī)翼外端部連接可傾轉(zhuǎn)的短艙，在不同飛況下，通過(guò)改變短艙傾角可大大提升飛行器的起落能力和飛行的效率。采用燃油和電能的混合動(dòng)力能源，通過(guò)遠(yuǎn)距離的激光寬束進(jìn)行能量的輸入，能量接收轉(zhuǎn)換器處于飛行器尾部，能實(shí)現(xiàn)光電的轉(zhuǎn)換。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的組合式飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的獨(dú)立貨艙三維視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的激光陣列功能系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)三維爆炸視圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的液壓鎖緊機(jī)構(gòu)三維爆炸視圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的液壓鎖緊機(jī)構(gòu)處于非鎖緊狀態(tài)時(shí)的三維視圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的液壓鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)時(shí)的三維視圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的空運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)輸系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體描述。

該空運(yùn)系統(tǒng)由地面基站群和組合式飛行器兩部分構(gòu)成。其中基站由地面控制站、通信系統(tǒng)、跑道、貨物站等組成，主要起到三個(gè)作用：1.作為飛行器的能量補(bǔ)給站?；颈旧碜鳛殡娏?jié)點(diǎn)，其搭載的激光無(wú)線能量發(fā)射系統(tǒng)，對(duì)飛行器進(jìn)行無(wú)線輸能，實(shí)現(xiàn)由地面到空中的電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)天駝飛行器的永久續(xù)航能力；2.作為飛行器的貨物站點(diǎn)；3.作為飛行器的地面管理系統(tǒng)，飛行器與基站通過(guò)無(wú)線電通信，飛行器的姿態(tài)信息，工作狀態(tài)，位置等信息實(shí)時(shí)反饋給地面基站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的全方位監(jiān)控和保護(hù)

參考圖1，本實(shí)施例提供的基于組合式飛行器的半自主可持續(xù)空運(yùn)系統(tǒng)包括：獨(dú)立貨艙6、組合式飛行器、激光器陣列供能系統(tǒng)、單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)；液壓鎖緊機(jī)構(gòu)7和基站，所述組合式飛行器包括旋翼系統(tǒng)1、機(jī)身2、油箱3、可傾轉(zhuǎn)短艙4、起落系統(tǒng)5、能量接收轉(zhuǎn)換器8。

繼續(xù)參考圖1，機(jī)身2采用機(jī)體貨艙組合式結(jié)構(gòu)，卸貨狀態(tài)時(shí)為“凹”字體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能大大減輕飛行器空載時(shí)的重量，載貨狀態(tài)時(shí)為類長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，機(jī)身的50％由復(fù)合材料制成，由框架、桁條、蒙皮和金屬鉚釘組成。機(jī)身頭部做球形整流設(shè)計(jì)，減少飛行阻力，機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼裝有四個(gè)可傾轉(zhuǎn)短艙4。所述工字形結(jié)構(gòu)四個(gè)端面各連接一個(gè)可傾轉(zhuǎn)短艙，所述可傾轉(zhuǎn)短艙可繞機(jī)身軸線轉(zhuǎn)90°?？蓛A轉(zhuǎn)短艙內(nèi)部有螺槳減速器和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于飛行器起落過(guò)程中驅(qū)動(dòng)和控制可傾轉(zhuǎn)短艙。每個(gè)所述可傾轉(zhuǎn)短艙4上安裝有一個(gè)旋翼系統(tǒng)1，對(duì)于不同的飛行環(huán)境和飛行參數(shù)，通過(guò)傾轉(zhuǎn)可傾轉(zhuǎn)短艙4調(diào)節(jié)旋翼的傾轉(zhuǎn)角度，以匹配當(dāng)前的飛行狀態(tài)。起飛階段旋翼系統(tǒng)平行地面旋轉(zhuǎn)；起飛后，可傾轉(zhuǎn)短艙可繞機(jī)身軸線轉(zhuǎn)90°，旋翼系統(tǒng)垂直地面旋轉(zhuǎn)。由四個(gè)可傾轉(zhuǎn)式旋翼系統(tǒng)組成的旋翼結(jié)構(gòu)可以大大減小飛行震動(dòng)，減小槳尖損失。

地面基站與組合式飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊跟蹤，同時(shí)在基站中對(duì)第一優(yōu)先級(jí)的貨物進(jìn)行裝艙，打開(kāi)獨(dú)立貨艙門(mén)，裝入額定質(zhì)量以下的貨物量，封艙，將獨(dú)立貨艙運(yùn)送至單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)的支撐板上。組合式飛行器飛至基站，激光陣列供能系統(tǒng)發(fā)射多束激光，進(jìn)入擴(kuò)束器進(jìn)行擴(kuò)束，出射打在飛行器的能量接收轉(zhuǎn)換器上，飛行器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換充能，同時(shí)，飛行器腹部下放液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，地面基站通過(guò)人為機(jī)電一體化控制將獨(dú)立貨艙上的對(duì)接孔與鎖緊液壓爪對(duì)準(zhǔn)，操作單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)緩慢提升獨(dú)立貨艙，進(jìn)行貨艙與飛行器的對(duì)接，在貨艙與飛行器對(duì)接完畢后，液壓鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖緊，升降機(jī)構(gòu)回歸初始位置。槳盤(pán)面與跑道面齊平，旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，飛行器垂直起飛，進(jìn)行運(yùn)輸任務(wù)。

參考圖2，獨(dú)立貨艙采用階梯型設(shè)計(jì)，該階梯型設(shè)計(jì)利于與飛行器的裝配，外部采用折線結(jié)構(gòu)，提高獨(dú)立貨艙的強(qiáng)度，外部材料為高強(qiáng)度鋁合金，內(nèi)飾板用玻璃纖維制成，如圖2所示。獨(dú)立貨艙門(mén)1b采用單邊懸擺式，左邊為旋轉(zhuǎn)軸，可通過(guò)外表面的四條鋼筋把手1c配合將獨(dú)立貨艙門(mén)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的方式打開(kāi)；獨(dú)立貨艙與組合式飛行器的對(duì)接面1a上開(kāi)有對(duì)接孔。

如圖3所示，激光器陣列供能系統(tǒng)包括多個(gè)大功率激光器3c，大功率激光器3c發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器3b集成，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞捷斎胫两M合式飛行器的能量接收轉(zhuǎn)換器的光電轉(zhuǎn)換板3a上，如圖3所示。光電轉(zhuǎn)換板3a將光能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存，作為飛行器的動(dòng)力源，光電轉(zhuǎn)換板為砷化鎵激光接收板，轉(zhuǎn)換效率高。

如圖4所示，單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)作為獨(dú)立貨艙的升降機(jī)構(gòu)，置于基站的跑道下方，能對(duì)獨(dú)立貨艙進(jìn)行接收和升降。所述單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)包括：支撐板4a、導(dǎo)軌4b、滑動(dòng)塊4c、連接軸4d、叉桿4e、活塞桿4f、套桿4g、旋轉(zhuǎn)軸4h、底板4i，如圖4所示。套桿4g一端與活塞桿共軸連接，另一端鉸接在底板上，一組叉桿4e首尾用一組連接軸4d連接，連接軸4d鉸接在滑動(dòng)塊上，另一組叉桿4e首尾分別于支撐板4a和底板4i鉸接，兩組叉桿4e的中部通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸連接，實(shí)現(xiàn)叉桿的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。滑動(dòng)塊4c與導(dǎo)軌4b連接，導(dǎo)軌4b與支撐板固連。通過(guò)驅(qū)動(dòng)活塞桿4f與套桿4g的相對(duì)滑行，聯(lián)動(dòng)叉桿4e繞旋轉(zhuǎn)軸4h運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用搖桿滑塊的原理，控制支撐板4a的上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立貨艙半自主控制。

如圖5所示，液壓鎖緊機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)齒輪齒條鎖緊的方式。液壓鎖緊機(jī)構(gòu)采用三爪式結(jié)構(gòu)，液壓缸5d驅(qū)動(dòng)齒條桿5c，齒條桿5c與齒輪5a嚙合，從而帶動(dòng)齒輪5a轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)進(jìn)行獨(dú)立貨艙的裝卸。預(yù)估最大載貨量為24000kg，平均一個(gè)液壓缸需提供60000n的推拉力，目前許多國(guó)內(nèi)液壓缸滿足該設(shè)計(jì)需求，該鎖緊形式可行性高。圖6和圖7分別為液壓鎖緊機(jī)構(gòu)非鎖緊模式和鎖緊模式下的狀態(tài)。

基站為空運(yùn)系統(tǒng)裝卸貨及充能的場(chǎng)所，本身作為能源節(jié)點(diǎn)，其搭載的激光無(wú)線能量發(fā)射系統(tǒng)，對(duì)飛行器進(jìn)行無(wú)線輸能，實(shí)現(xiàn)由地面到空中的電—光—電的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)飛行器的永久續(xù)航能力；同時(shí)作為貨倉(cāng)節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)貨物的半自主運(yùn)輸；基站還可通過(guò)無(wú)線電通信，將飛行器的姿態(tài)，工作狀態(tài)，位置等信息實(shí)時(shí)反饋給地面基站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的全方位監(jiān)控和保護(hù)。

作為一種實(shí)施方式，獨(dú)立貨艙可在基站內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行貨物的裝艙，不受飛行器的影響，滿載的貨艙在基站內(nèi)流水線作業(yè)，等待飛行器飛至指定位置。

作為一種實(shí)施方式，貨艙可預(yù)先加載在單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)上，在飛行器飛至?xí)r半自主控制貨艙與飛行器通過(guò)液壓鎖緊機(jī)構(gòu)對(duì)接。

作為一種實(shí)施方式，飛行器飛至基站，激光陣列供能系統(tǒng)發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束，輸入飛行器尾部的能量接收板，進(jìn)行飛行器的輸能。

作為一種實(shí)施方式，單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)輔助貨艙與機(jī)身的對(duì)接。最小行程處，升降機(jī)構(gòu)支撐貨艙，使貨艙處于水平面以下，防止干擾飛行器著陸；最大行程處，能完全行進(jìn)至貨艙的對(duì)接工位。該單叉式叉型升降機(jī)構(gòu)平穩(wěn)可靠，容錯(cuò)率較高。

作為一種實(shí)施方式，能量供給的理念采取了基站群供電，通過(guò)建立足夠密集的基站群網(wǎng)絡(luò)，在理論上可以使天駝達(dá)到無(wú)限續(xù)航。

作為一種實(shí)施方式，能量供給的方式采取了無(wú)線激光輸電，無(wú)需輸電線，且理論上給天駝供能不需要其降落，大大提升了補(bǔ)充能源的便捷性。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。