[发明专利]一种可垂直起降的变结构飞行器

说明书

本发明公开了一种可垂直起降的变结构飞行器。包括飞行器本体，所述飞行器本体包括推进装置和变结构机构；主要通过变结构机构实现在垂直起降和平飞模式切换中改变发动机推力作用点和方向的一种矢量推进技术。变结构机构一端和飞机连接，另一端和发动机连接。垂直起降时，变结构机构展开，发动机推力垂直向上；平飞时，变结构机构收起，发动机推力水平向前。变结构过程中发动机推力始终保持平行。本发明具有灵活的垂直起降和大航程飞行能力，给出了本发明的飞行控制原理。具有结构简单，稳定性好，气动效率高，能源效率高，气动噪声低，隐身性能好，变结构过程中不改变飞机姿态，舒适性好。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，特别是涉及一种可垂直起降的变结构飞行器。

背景技术

随着科学技术的进步，人们对飞机的性能和飞行体验提出了新的要求。固定翼飞机虽然具有长距离飞行的能力，且飞行速度快，但是在起降时需要较长的专用跑道，无法在空中悬停；直升飞机具有垂直起降能力，但飞行速度较低，重力主要依靠燃油驱动的旋翼提供的升力来克服，消耗相同的燃料，航程较同级别固定翼飞机小很多。因此，设计一种既能像直升机那样可以在狭小的空间内实现垂直起降、空中悬停，又能像固定翼飞机那样具备大航程飞行能力的一种：可垂直起降、机动性能好、具有大航程能力、能够在空中定点悬停实现侦查等任务、稳定性高、效率高、考虑载人和无人的飞机都具备良好体验的飞行器，一直是人们美好的愿景。

历代人们为实现这个愿望做出了很多的努力。上世纪40年代，由美国贝尔公司率先进行研制，第一架XV-3型倾转翼机于1955年试飞，完成垂直起降阶段试验，后发现该样机存在气弹稳定性问题，直到1989年研制的V22军用倾转旋翼机，成功试飞。随后1993年倾转旋翼无人机的计划被提出来，第一架倾转旋翼无人机于1998年完成试飞，并在随后完成陆海基飞行试验，被命名为鱼鹰。这种飞机是在固定翼飞机的基础上在机翼两端各设置一台可旋转旋翼发动机。垂直起降时，旋翼平面水平，推力向上，平飞阶段，倾转旋翼，获得向前的推力。鱼鹰的成功加速了倾转旋翼机的发展，但后来V22接连发生事故，倾转旋翼机在欧洲的研制进度一度放缓。这主要是因为双旋翼飞机在纵向稳定性差的缘故，本发明可以有效的避免以鱼鹰为代表的倾转旋翼机纵向不稳定的缺陷。面临飞行事故和技术困难，贝尔公司并没有停止倾转旋翼机的研制。

倾转旋翼机研制的成功是飞行器历史上的一次飞跃，但是它的安全性自面世以来就饱受质疑。为了提高倾转旋翼机的纵向稳定性，同时增加载重量，倾转四旋翼飞行器的计划被提出。倾转四旋翼飞行器的设想最早由贝尔公司研究人员于1979年提出。它采用两对机翼，每对机翼两侧各装有一只螺旋桨，这不仅增加了垂直起降时的载重能力，同时也使水平飞行时的推力大大增加。为了解决气弹稳定性问题，千叶大学提出机翼和旋翼一起旋转的方案，但是倾转四旋翼方案依然存在致命的缺陷。

由于倾转四旋翼方案采用在平飞时同侧螺旋桨一前一后分布，这样前螺旋桨推动空气产生的滑流，会对后螺旋桨以及机翼造成干扰，使得气动力学模型变得复杂，诱导系统不稳定。后排螺旋桨的效率会大大降低。以及螺旋桨位于机翼的末端，这种布局使得这种方案无法使用较大翼展的飞机上。本发明可以很好的克服倾转四旋翼方案的诸多不足。

美国F35B和英国“鹞”式垂直起降战斗机使用矢量推进技术实现垂直起降，这种方案对发动机要求极高，机械结构也非常复杂，机身前排升力风扇在平飞时不提供推力，增加机身的自重。受机身宽度的限制飞机横向的平衡力矩较小，稳定性差。本发明布局简单，机械结构不复杂，具有很多好的横向纵向稳定性。