專利名稱：一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能在陸地行駛、空中飛翔和水中游弋的三棲飛行汽車，屬于航空和汽車領(lǐng)域的多功能運輸器。
背景技術(shù)：
自從人類發(fā)明了動力飛機100年以來，科技工作者一直致力于開發(fā)出一種同時具有飛機和汽車功能的多功能運輸工具，國內(nèi)外已有為數(shù)眾多的與飛行汽車相關(guān)的發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠Ｖ两瘢灿性S多國家先后開發(fā)出了不少飛行汽車樣機。例如，美國莫勒公司開發(fā)的M400飛行汽車、美國NASA的概念車(上班族的私人交通工具)Gridlock Commuter、波音飛機公司的車身帶旋翼的飛行汽車、以色列的城市之鷹、荷蘭的新世紀飛行號(PALV)和瑞士的RinspeedSenso等.國內(nèi)一些單位和個人也有不少志士能人向飛行汽車挑戰(zhàn)，但至今國內(nèi)任尚未見到過概念車或模型車公諸與眾。幾十年來，雖然已有不少個人、機構(gòu)或公司付出了大量的人力物力，企圖攻克這個看起來不復雜的兩用汽車，但至今收效有限。2004年9月，美國國防部研究院NASA和波音公司宣布他們已掌握了飛行汽車原理，但至少要到25年后才有可能投入實用。可見，目前世界上還是沒有突破飛行汽車研制中的難關(guān)。到底根源在哪里呢？回顧世界上研發(fā)飛行汽車近一個世紀的歷史經(jīng)驗和現(xiàn)狀，似乎在研發(fā)思路上存在問題。最早期的飛行汽車表現(xiàn)為簡單、機械、沒有創(chuàng)意。發(fā)明者或制造公司簡單地理解成將汽車車身安裝上飛機的機翼，就成了能跑會飛的飛行汽車了。實際上，用這種簡單的算術(shù)求和，兩兩相加的思路設(shè)計出來的所謂飛行汽車，是不倫不類的拼湊機械。在地面上跑，不如普通汽車快捷方便，在空中運動又不如飛機那么靈活、機動和安全。因此，很難推廣。近年來，這種簡單湊和的設(shè)計思想雖有改進，但不徹底，沒有從根本上擺脫用飛機機翼加汽車車身拼湊出飛行汽車的老框框。只不過加上了現(xiàn)代控制技術(shù)而已。實際上，飛機和汽車是兩種截然不同的、在兩種根本不同的環(huán)境中運動的機械。本質(zhì)的差別太大。要設(shè)計出兼有汽車和飛機功能的新東西，必須對兩種運輸器的原理和功能全部深刻理解，進行融匯貫通，互相滲透，才有可能性設(shè)計出兩者性能兼?zhèn)涞?、真正的飛行汽車。汽車的特點是公路上跑得快、安全、又便于駕駛。車身尺度要適合公路的尺度，特別是左右方向的寬度要控制在一條車道寬的范圍內(nèi)(1.6～1.8米左右)。另一方面，飛機在空中可自由飛翔。比地面上的汽車的速度要快，還可飛得高，飛得遠、飛得穩(wěn)，可在三維空間上6個自由度活動。汽車只能貼在地面的二維空間運動。主要是克服輪胎與地面之間的摩擦力。而飛機在空中飛行時，主要是克服空氣阻力運動，但必須產(chǎn)生足夠的升力，以支持整個飛機在空中不墮落。此外，兩種運動機械的操縱方法也不同，汽車靠方向盤改變輪子的前進方向，飛機靠空氣動力舵(升降舵、方向舵和副翼)來改變運動姿態(tài)。因此，必須致力于將兩種運輸器有機結(jié)合、互相滲透，你中有我，我中有你。之所以出現(xiàn)目前這種不能兼顧或顧此失彼的現(xiàn)象，是因為許多發(fā)明人對汽車車身研究甚少。他們孤立地處理無升力的汽車車身。把它當成地面的良性物體，空中的累贅和包袱。另外，一提到“飛”，就只想到普通的固定機翼(展弦比大于6以上)或直升機的旋翼，似乎非這兩種具有大翼展的設(shè)備莫屬！于是，為了縮小模向尺寸，就來一個折疊方法地面行馳時，將大翼展機翼或旋翼收起來(轉(zhuǎn)90°后)，縱向放置。升空時，再張開來，“橫行霸道”。更有甚者，干脆放棄使用空氣動力學的原理使飛行汽車獲得升力，改用單純的推力轉(zhuǎn)向，獲得法向力，類似于早期的垂直起降飛機，例如英國的“獵免狗”。美國的莫勒先生，正是基于這種輕視空氣動力的設(shè)計思想，開發(fā)出M400飛行汽車，M400利用4～8臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機，靠推力將汽車推上空中。從本實際上是一種火箭汽車，在設(shè)計上實在缺乏新意。結(jié)果是問題不少，成本太高?；谏鲜龇治?，本發(fā)明著重發(fā)揮先進空氣動力設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢，在汽車車身上做好文章，將車身和機翼融為一體。要設(shè)法使車身能產(chǎn)生足夠大的升力，避免采用橫向尺寸過大的固定機翼或旋翼。當車身變成具有足夠大的升力后，就為設(shè)計出性能優(yōu)良的飛行汽車奠定了堅實的基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要內(nèi)容在于應(yīng)用本人的另一發(fā)明-“使小展弦比機翼增加升力的方法與裝置”中的思路，將原先不產(chǎn)生升力的汽車車身，設(shè)計成能提供足夠升力的“升力車身”。在不另外安裝固定機翼或旋翼或只安裝具有橫向增穩(wěn)作用的輔助小翼的情況下，設(shè)計出飛行汽車。這種飛行汽車具有良好的升阻特性，很高的升阻比。對動力裝置的功率大小，沒有特殊的要求。所要求的功率基本上和普通汽車一樣，而飛行性能卻能和輕型飛機篦美，地面行駛性能和普通的轎車無異。這是一種真正意義上的“飛行汽車”。
首先，將飛行汽車車體的縱向剖面設(shè)計成適當?shù)囊硇推拭?，例如LeibeckL1300翼型剖面或經(jīng)過改進的類似翼型剖面。其特點是相對厚度特大，但升阻比卻特大(大于200)。可是，由于汽車車身的寬度不能大于一個車道的寬度的80％，通常在1.6～1.8米之間，而汽車車身長度約為5米，于是，汽車車身的展弦比大致為0.32～0.36，屬于超短展弦比，根據(jù)空氣動力學理論和實踐的結(jié)果表明，在這么小的展弦比的情況下，由翼剖面形狀構(gòu)成的車身的升力系數(shù)(例如在10°迎角時)只有無限翼展情況下的15％左右。在10°迎角時，無限翼展(二維翼型)升力系數(shù)為1.1。而具有同樣剖面形狀的車身的升力系數(shù)卻只有0.16左右。為了解決車身升力系數(shù)過小的問題，采用本人另一專利(02133862，PCT/CN/0301035)的原理，提出利用多元篷翼來進一步增加升力的方法，即，在翼型車體上面(上翼面)平行放置2～3片與上翼面曲率相同的篷翼片，左右兩端密封，創(chuàng)造二維翼型的條件。結(jié)果可使升力極小的車身改變成具有高達2.8左右升力系數(shù)(對應(yīng)10度迎角)的高升力體。滿足了具有通常的車身寬度的飛行汽車，在不另外安裝固定翼或旋翼的情況下，也可達到升空飛行的要求。
有了升力車體后，就可進行全機氣動布局，選用發(fā)動機的功率，設(shè)計和安排穩(wěn)定安定面和縱、側(cè)向操縱系統(tǒng)。按適航條例規(guī)范的要求，在滿足靜穩(wěn)定裕度的條件下，確定水平層翼和垂直尾翼的布局和結(jié)構(gòu)，最后，設(shè)計出符合操縱性和穩(wěn)定性規(guī)范要求的飛行汽車。
不安裝固定翼，只靠車身來產(chǎn)生升力，也會帶來橫滾方向的固有靜不穩(wěn)定問題。飛行汽車的抵抗橫滾干擾的能力很差，必須解決這個問題。有多種方法可采取。例如，對靜不穩(wěn)定系統(tǒng)加入人工阻尼，通常加裝由垂直陀螺組成的負返饋控制回路來實現(xiàn)自動增穩(wěn)。另一方法是采用滑流舵的局布，產(chǎn)生反應(yīng)常數(shù)小，操縱力矩大的操縱效應(yīng)，由飛行員感受橫滾趨勢，迅速用手動操縱機構(gòu)進行糾編，提供有效的人工阻尼，使橫向運動穩(wěn)定。第三種方法是加裝環(huán)形輔助機翼，上面帶有橫滾穩(wěn)定翻板，在空中飛行時，橫滾穩(wěn)定翻板伸展開，可增加橫向穩(wěn)定性。尾部操縱機構(gòu)形式也有多種選擇，例如倒“V”雙立尾叉動舵的布局和環(huán)翼、涵道螺旋槳和滑流舵布局等。
下面要通過附圖進行詳細的、具體的說明。
圖1，用做飛行汽車車體的“升力車身”圖2，本發(fā)明的第一實施例-I型飛行汽車全機示意3，I型飛行汽車前視4，環(huán)形尾翼縱向剖面5，抽吸與推進螺旋槳換向裝置圖6，用于水中航行的水翼圖7，橫向增穩(wěn)自動器負反饋回路方框8，控制涵道進氣量的可滑動擋板及滑槽。
圖9，本發(fā)明的第二實施例-II型飛行汽車全機示意10，II型飛行汽車后視圖具體實施方式
結(jié)合圖1至圖10，詳細說明本發(fā)明的兩個實施例。
圖1是本發(fā)明的飛行汽車車身，縱截面1是一種具有相對厚度、升阻比特大的翼剖面形狀。車身上方安裝有3片用于增升的篷翼2、3、和4。篷翼片平行于基準翼型的上翼面，結(jié)構(gòu)上和基礎(chǔ)翼型的本體(即車身)機械連結(jié)在一起。三片篷翼形成了三個左右密封的涵道。由于二維效應(yīng)和篷翼的作用，這種車身具有很高的升力系數(shù)和大的升阻比。圖2是本發(fā)明的第一實施例-第1型飛行汽車的原理示意圖。其特征是升力車身1加上作為縱側(cè)向穩(wěn)定裝置的尾部環(huán)翼2，再加上四個車輪14連接到車體下方。圖3是I型飛行汽車的前視圖?？梢钥吹饺褚硇纬傻娜齻€左右封閉的涵道。圖中的7是用于引導氣流量控制板張合的導槽。圖2中的環(huán)形翼2的縱向剖面繪于圖4。由圖4可見，飛行汽車的推進螺施槳3安置在環(huán)翼內(nèi)最前沿，形成效率很高的涵道螺槳。環(huán)翼的后部安裝了兩對雙雙可以同步同向偏轉(zhuǎn)和叉動偏轉(zhuǎn)的滑流舵4(管縱向和橫滾控制)和5(管升降和橫滾控制)。由圖1的后部，可見到三個小螺槳8、9、10置于篷翼形成的槽的后端出氣口?？罩酗w行時，三個小螺槳工作，可吸除涵道四周的附面層，同時，可加快氣流流動速度，以產(chǎn)生更大的負壓區(qū)，起到主動增升的效果。圖5表現(xiàn)出小螺槳的兩種工作狀態(tài)。當飛行汽車下到水中航行時，通過連桿16繞絞鏈軸17旋轉(zhuǎn)180度后使小螺槳8翻轉(zhuǎn)到車體的下方。為了使小螺槳在“水航”狀態(tài)下可當作推動車體前進的推進器用，應(yīng)通過控制電機經(jīng)過皮帶15，帶動螺槳8反轉(zhuǎn)，推動水流往后運動，使車體獲得向前的推進力。圖6表示出水翼11的結(jié)構(gòu)型式。水翼安裝于車身底部，不需要使用時，緊貼在車身下方。當飛行汽車進入水中航行時，水翼通過兩組機械連桿12和13平行地向下推出。連桿12與液壓作筒桶相連，可以控制其上下停留的位置，從而改變了水翼的迎角。圖7是用于提供橫滾穩(wěn)定性的負返饋控制回路。圖8表示了在飛行汽車前緣位置安裝的一片涵道氣流控制板6及導槽7。控制板可沿槽7上下滑動，使涵道口完全敞開、完全封閉或處于中間位置，從而達到控制升力的大小。
圖9是本發(fā)明實施的第二個方案一II型使小螺槳的全機示意圖。這個方案的車體同樣是采用‘升力車體’1，但在兩方面與I型飛行汽車完全不同。第一方面，增加了輔助環(huán)翼2。這種環(huán)翼會產(chǎn)生一定的升力。環(huán)翼的下半部份是可以張合的提供橫滾阻尼的兩塊弧形板3。第二方面的區(qū)別是尾翼部份采用了倒“V”型的水平和縱向安定面4。安定面后部安裝一對可以同向偏轉(zhuǎn)也可做叉動的舵面5。圖10表示了II型飛行汽車的后視圖。由圖可見，作為動力裝置一部分的螺旋槳8安裝在飛行汽車后部，置于倒‘V’之內(nèi)。II型飛行汽車的橫向穩(wěn)定性是通過安裝翼展較長的輔助翼板3的空氣動力阻尼力短來保證，無須引入橫滾穩(wěn)定自動器。其缺點是增加了環(huán)形機翼后，全機重量會有所增加。方向舵和升降舵的效率不如滑流舵高。
本發(fā)明的實施例子，不限于這兩個。應(yīng)用本發(fā)明所提供的原理，還可以設(shè)計出許多種其他布局的飛行汽車。
權(quán)利要求
1.一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，由升力車身、環(huán)狀尾翼、涵道螺旋漿、滑流舵、水翼和橫滾穩(wěn)定自動器加上四個車輪所組成。
2.一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，無固定機翼或旋翼，由升力車身、倒“V”尾翼、后置螺旋槳、輔助環(huán)翼及其橫向穩(wěn)定阻尼板、水翼加上四個車輪所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于所述升力車身，由一種具有大厚度，高升阻比氣動特性的翼型的上表面安裝幾片互相平行的、兩端密閉的篷翼所組成，篷翼與具有翼剖面形狀的車身連結(jié)成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于尾部安定裝置是由一個縱向剖面具有機翼剖面形狀的環(huán)形翼組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于推進螺旋槳置于尾部環(huán)翼內(nèi)，形成涵道螺槳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于方向舵和升降舵都安裝在尾部環(huán)翼內(nèi)的后部，各個舵面由安裝在環(huán)翼內(nèi)壁的兩片可獨立偏轉(zhuǎn)的、能同向偏轉(zhuǎn)和叉動的簿翼型結(jié)構(gòu)所組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于橫滾穩(wěn)定自動器是由垂直陀螺作為靈感元件，以橫滾速率為控制變量組成的負返饋控制回路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于底部安裝有可以向下垂直推出，可改變迎角的具有良好氣動性能的矩形輔助小翼做為水上運動的水翼。用于吸氣控制附面層的小螺旋漿可以向下翻轉(zhuǎn)180度，成為飛行汽車水上航行的推進螺旋槳。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于一個環(huán)形翼環(huán)包車體，安裝在升力車身兩側(cè)和上方，環(huán)翼的下半部由兩屋結(jié)構(gòu)組成，外面一層可繞一平行地面的水平軸旋轉(zhuǎn)向上張開到水平位置。在地面行駛時，這一層將收起，緊貼環(huán)翼。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機翼增升技術(shù)的三棲飛行汽車，其特征在于尾部安定面由倒“V”型的兩個翼面組成，每片安定面的后緣部份，安裝有一個舵面，可以同方向偏轉(zhuǎn)，也可做叉動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機翼增升技術(shù)的三棲汽車的原理、裝置以及兩個實施例飛行汽車。汽車車身的縱向剖面選為具有大厚度、氣動特性良好，極高升阻比的剖面形狀。通過安裝多元篷翼形成封閉涵道后，使展小比極小的汽車車身變成了能產(chǎn)生很大升力的“升力車身”。以“升力車身”為基礎(chǔ)，進行全機設(shè)計，選用環(huán)形翼、涵道螺槳、滑流舵以及附面層吸除增升技術(shù)之后，設(shè)計出了第I種類型的飛行汽車。類似地，將“升力車身”和倒“V”尾翼組合成了第II種類型的飛行汽車。這兩類飛行汽車都可借助輔助水翼和翻轉(zhuǎn)引流小螺槳，在水中航行。本發(fā)明所設(shè)計的飛行汽車具有獨特的無機翼特點，其公路行駛性能和空中飛行特性都能接近公路上跑的普通轎車和空中飛行的輕型飛機。
文檔編號B60F5/00GK1693102SQ20051002105
公開日2005年11月9日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者朱上翔 申請人:朱上翔