[发明专利]双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法

说明书

本发明公开了一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法，双射流装置将动力装置产生的气流分为直匀流和环量流两组射流从机翼前方喷向机翼，直匀流和环量流流经机翼上凸翼面时与机翼及流体惯性、流体粘性的共同作用阻隔大气压而在机翼上凸翼面生成低压区，使本飞行器固定翼在静止时就可产生设定的气动升力来平衡重力，再通过调整后缘襟翼或飞机俯仰角来实现水平方向力平衡，依靠固定翼就可实现高效垂直起降、悬停、平飞、爬升、转向等机动。本飞行器功率载荷极大、效率高、航程远、安全性高，既能实现从低空到高空的全域飞行，又能实现从高速到低速甚至悬停的全速飞行。此外，双射流封闭循环流道多凸翼飞行器还能轻松飞向外太空并进行机动。

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法。

背景技术

常见的飞行器有固定翼和旋翼两大类。固定翼飞机载重大、速度快、航程远、升限高，但不能垂直起降，需专用大型机场滑跑到一定速度才能起飞，甚至速度稍低就会导致升力不够而发生失速事故，更不能在空中悬停，使用范围受限，目前仅活跃在较远城市间的运输。

旋翼飞机能垂直起降，无需专用大型机场，能在空中悬停，但载重较小、速度较慢、航程较短、升限较低、操作复杂、噪声大，安全性差，使用范围也严重受限，目前仅活跃在军用、应急、抢险、特殊、边缘等领域的运输。

目前，有部分复合翼飞机以在固定翼飞机基础上叠加旋翼或升力风扇的方式，努力将固定翼飞机和旋翼飞机融合，该类融合固定翼飞机的代表为F35B飞机、直升无人机、飞行汽车以及曾经出现过的直升客机，它们的垂直起降模式载重少，噪音大。该技术仅能在超轻型的固定翼飞机、飞行汽车、无人机上应用，但增加冗余、结构复杂、载荷低、安全性也差。

还有部分倾转翼飞机以在固定翼飞机基础上通过倾转旋翼的方式，努力将固定翼飞机和旋翼飞机融合。它们的垂直起降模式载重也较少，航速较慢、航程较短、噪音大，起降—平飞转换时气动变化大，结构、飞控复杂，不安全，导致该技术也仅能在轻型的固定翼飞机、电动直升固定翼飞机、无人机上有所应用，一直没能在民用领域广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双射流固定翼垂直起降飞行器及控制方法，其功率载荷极大，具有载重大、航程远、升限高、噪声小、操作方便等优点，特别是能靠固定翼气动升力实现高效垂直起降和悬停。

第一方面，本发明提供一种双射流固定翼垂直起降飞行器，由机翼、机身、起落装置、操纵系统和动力装置组成，其特征在于，还包括双射流装置，所述双射流装置安装在所述机翼的前方，所述双射流装置将所述动力装置产生的气流分为两组射流从所述机翼前方喷向机翼；所述两组射流中的一组射流从机翼前上方喷向机翼的上凸翼面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较小，称为直匀流，另一组射流从机翼前下方喷向机翼的前凸面，该组射流与所述机翼翼弦之间的初始夹角较大，称为环量流，所述环量流在直匀流、机翼、流体惯性及流体粘性的共同作用下环绕机翼凸面流动；所述直匀流和环量流两组射流中的每一组射流可由一个或多个射流构成，每个射流的初始流向与机翼翼弦之间的夹角可不同，流速也可不同。

根据库塔-儒科夫斯基定理F_升＝ρν_直ν_环S，所述双射流装置将直匀流和环量流高速喷向机翼上凸翼面时与机翼及流体惯性、流体粘性的共同作用阻隔大气压而在机翼的上凸翼面生成低压区，从而在机翼上产生设定的气动升力F_升。

本发明还提供一种双射流固定翼垂直起降翼身融合飞行器，其特征在于将机翼与机身融合一体；设置在机身顶部的机翼提供升力，设置在机身两侧的机翼提供滚转、偏航、转向及平移机动的动力，可将多凸翼设置在机身尾端，以提供减速和倒退机动的动力。

其中，所述机翼为传统单凸翼、多凸翼、飞翼布局机翼中的任意一种或组合；所述传统单凸翼是机翼上表面只有一个凸起曲面的常规翼型，上表面沿气流方向有多个凸曲面的机翼称为多凸翼。