專利名稱：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)：
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)點是垂直起降，但共有的主要缺陷是沒有固定機翼，無法實現(xiàn)遠距離平飛，航時和航程都很短，而且飛行成本高、操縱復(fù)雜、安全性差。現(xiàn)有的可以水平飛行的輕型單人飛行器如動力滑翔傘和動力三角翼飛機等，都無法垂直起降，且需要由經(jīng)過專門訓(xùn)練的運動員或操縱熟練的飛行愛好者才能使用。因此以上兩類輕型單人飛行器都難以大規(guī)模普及。在中國專利號為CN1203167A，申請?zhí)枮?7112823. 5，名稱為《載人垂直起降飛行器》的專利中公開了一種載人垂直起降飛行器，它是根據(jù)美軍的V-22垂直起降飛機垂直起降時發(fā)動機提升力必須作用在橫向重心上，提出利用滑軌主動改變駕駛員重心和飛行器重心二者的相對位置，使得整個系統(tǒng)(駕駛員和飛行器)的豎向重心與橫向重心實現(xiàn)轉(zhuǎn)換過渡，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位置不固定，當(dāng)在飛行中利用滑軌來回滑動調(diào)整二者相對重心位置時，引發(fā)的重心不穩(wěn)容易使整個系統(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，滑軌滑動調(diào)整重心位置不是一個易收斂于穩(wěn)定的控制過程，具有較大的危險性，而且滑軌結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，重量大。在申請?zhí)枮?00810070233. 3，公開號為CN101353084A，名稱為《垂直起落輕型飛行器》的發(fā)明中，以及申請?zhí)枮?00910168948. 7，公開號為CN 101927825，名稱為《單人飛行器》的發(fā)明中公布了兩種同類的單人飛行器，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)動機驅(qū)動涵道風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力，吹在機翼和尾翼上產(chǎn)生力矩，以此控制垂直起降和水平飛行的轉(zhuǎn)換，這是一種被動式狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換不靈活。另外，以上公開號為CN 101927825和CN101353084A的專利中，飛行器的機翼面積過小，水平飛行時無法產(chǎn)生足夠的升力來承載整個系統(tǒng)重量。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種固定翼單人飛行器，可安全方便的實現(xiàn)垂直起降和水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時解決使用太陽能作為動力能源的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是利用一部尾部發(fā)動機來實現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過渡。一種可垂直起降固定翼單人飛行器，包括機翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動機、電池、安全背帶、飛行控制器，其特征在于，機翼和機身的一端相連接，機身的另一端安裝有一部尾部發(fā)動機，用于垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過渡，當(dāng)飛行器從垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，尾部發(fā)動機驅(qū)動尾部螺旋槳旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個與機身垂直的側(cè)力，推動飛行器由垂直狀態(tài)向水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)飛行器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為水平狀態(tài)后，尾部發(fā)動機旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，這時尾部螺旋槳提供一個水平向后的推力，起尾部推進作用；當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，執(zhí)行逆過程。當(dāng)采用左、右動力布局時，主發(fā)動機為兩部，分別以飛行器縱軸對稱安裝在左、右機翼上，一部發(fā)動機正轉(zhuǎn)，一部發(fā)動機反轉(zhuǎn)，以相互抵消扭矩；當(dāng)采用共軸式螺旋槳布局時，主發(fā)動機安裝在飛行器縱軸中心線上。主發(fā)動機和尾部發(fā)動機可以是電動機、內(nèi)燃機、渦輪發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機，還可以是其他形式的發(fā)動機，還可以是噴氣儲氣罐。主螺旋槳和尾部螺旋槳為可變距螺旋槳，主螺旋槳可以通過變距來改變拉力大?。晃膊柯菪龢梢酝ㄟ^變距來改變推力大小或方向，也可以通過正反轉(zhuǎn)改變推力方向。飛行器上還裝有一對扶臂，飛行控制器安裝在扶臂上，類似于摩托車車把上的控制器，這樣駕駛員手扶扶臂時，自然手握飛行控制器。機身是可伸縮機身，在飛行狀態(tài)時，機身伸長，以增大尾部發(fā)動機、垂直尾翼、水平尾翼對飛行器重心的作用力臂，提高飛行時的可操縱性和安定性。機翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動機的螺旋槳槳葉、尾部發(fā)動機的槳葉，都可以折疊，方便存放、運輸和修理等。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)動機和尾部發(fā)動機可以是電動機、內(nèi)燃機、渦輪發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機，還可以是其他形式的發(fā)動機，還可以是噴氣儲氣罐。當(dāng)本飛行器采用電動機作為發(fā)動機時，動力能源是電池，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。本飛行器包括機翼、水平尾翼的上、下表面和垂直尾翼兩側(cè)表面在內(nèi)飛行器的多個部位表面都安裝有大面積的太陽能電池板，可得到大約至少10平方米以上的面積，機翼上表面等部位接受來自陽光的直接輻射，下表面和其他部位接受陽光的間接輻射，提高了對太陽能的利用率，這樣機翼展開后整個飛行器成為一個大型太陽能充電器，解決了隨時隨地充電問題。根據(jù)目前人類的技術(shù)，太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率接近20%，直射時每平方米太陽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題，初步計算，本飛行器在晴天可得到約700 1200瓦的電功率，或者說，太陽能電池板一個白天可以得到至少5度電能，足以飛行數(shù)十公里。這樣，即使在沒有充電設(shè)施的偏遠地區(qū)，只要有陽光的地方，本飛行器就有無限的續(xù)航能力。當(dāng)太陽能電池板電力不足且無光線攝入時，可切換至電池供電模式，或者電 池供電的同時也利用太陽能充電，可以大大延長飛行器的航程或航時。隨著技術(shù)進步，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率還會繼續(xù)提高(例如目前砷化鎵化合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已達30%)，飛行器的動力性能和續(xù)航力還會提高。如果太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率超過50%，本飛行器再適當(dāng)加大機翼面積，就有希望實現(xiàn)完全利用太陽能飛行。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。對于飛行器來說，救生是個無法回避的問題。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，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，實現(xiàn)水上救生。有益效果
本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下有益效果
1.本發(fā)明利用一部尾部發(fā)動機實現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過渡，操作安全、狀態(tài)轉(zhuǎn)換自如而且結(jié)構(gòu)簡單，且在飛行器水平飛行時尾部發(fā)動機起尾推作用，一舉兩得;
2.本飛行器的機翼、垂直尾翼、水平尾翼等各個部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽能電池板，最大限度利用了陽光的直接輻射和間接輻射，機翼展開后整個飛行器成為一個巨大的太陽能充電器，提高了飛行器的續(xù)航力，可在缺乏充電設(shè)備的陸地或水上遠距離旅行，且能源綠色無污染；
3.本飛行器針對人體生理結(jié)構(gòu)特點設(shè)計成可穿戴式，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，不需起降跑道、利用大展弦比的機翼實現(xiàn)遠距離快速飛行；
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)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步詳細的說明。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。圖5是本發(fā)明采用直桿扶臂的立體 圖6是本發(fā)明采用共軸雙旋翼起降的立體 圖7是本發(fā)明采用噴氣發(fā)動機作為主發(fā)動機的示意圖。圖中I.機翼，2.主發(fā)動機，3.螺旋槳，4.機身，5.尾部發(fā)動機，6.尾部螺旋槳，7.水平尾翼，8.垂直尾翼，9.電池，10.安全背帶，11.飛行控制器，12.扶臂，13太陽能電池板。
具體實施例方式 實施例一
以飛行器采用左、右動力布局為實施例進一步說明。在附
圖1、2、3中，機翼I以飛行器的縱軸線為對稱分為左、右兩翼，機翼I的中部下端與機身4 一端連接，機身4另一端安裝有尾部發(fā)動機5、水平尾翼7和垂直尾翼8。主發(fā)動機2為兩部，對稱設(shè)置在左、右機翼I上，用于垂直起降和水平飛行時的拉進，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。機翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8等各個部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽能電池板13，最大限度利用了陽光的直接輻射和間接輻射，機翼I展開后整個飛行器成為一個巨大的太陽能充電器。當(dāng)需要飛行時，飛行員打開折疊的飛行器，將機翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8置于常規(guī)飛機的狀態(tài)，背上飛行器，扣緊安全背帶10，站立在地面上，類似穿上一架超輕型固定翼飛機，這時手握扶臂12，操縱飛行控制器11，啟動兩部主發(fā)動機2，驅(qū)動螺旋槳3開始旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)垂直起飛，然后駕駛員控制飛行器伸開機身4，啟動尾部發(fā)動機5，這時尾部螺旋槳6旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個與機身4垂直的側(cè)力，推動飛行器由垂直狀態(tài)向水平飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)飛行器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為水平狀態(tài)后，尾部發(fā)動機5旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，提供一個水平向后的推力，起尾部推進作用。當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，執(zhí)行逆過程。如附圖4所示，機翼I、水平尾翼7、垂直尾翼8、主發(fā)動機2的螺旋槳3槳葉、尾部發(fā)動機5的槳葉，都可以折疊，利于存放、運輸、檢查、修理。本飛行器還可以將扶臂12由彎曲狀改為直桿狀，如圖5所示。實施例二
以螺旋槳采用共軸式為例進一步說明。如附圖6所示，當(dāng)采用共軸式螺旋槳3布局時，主發(fā)動機2安裝在機翼I左、右對稱的中心線上。飛行時，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。其他部分同實施例一。實施例三
以主發(fā)動機2采用噴氣發(fā)動機為例進一步說明。如附圖7所示，主發(fā)動機2為兩部，對稱設(shè)置在左、右機翼I上，用于垂直起降和水平飛行時推進。
其他部分同實施例一。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的描述，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達的有限性，而在客觀上存在其他的具體結(jié)構(gòu)，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種可垂直起降固定翼單人飛行器，包括機翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動機、螺旋槳、電池、安全背帶、飛行控制器，其特征在于，機翼和機身的一端相連接，機身的另一端安裝有一部尾部發(fā)動機，用于垂直起降與水平飛行之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過渡，當(dāng)飛行器從垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，尾部發(fā)動機驅(qū)動尾部螺旋槳旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生一個與機身垂直的側(cè)力，推動飛行器由垂直狀態(tài)向水平狀態(tài)過渡，當(dāng)飛行器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為水平飛行狀態(tài)后，尾部發(fā)動機旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)并提供向后的推力，當(dāng)從水平狀態(tài)向垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，執(zhí)行逆過程。
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，當(dāng)采用左、右雙動力布局時，主發(fā)動機為兩部，分別以機翼中心線為對稱安裝在左、右機翼上，一部發(fā)動機正轉(zhuǎn)，一部發(fā)動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)采用共軸式螺旋槳布局時，主發(fā)動機安裝在飛行器縱向中心軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，包括機翼、水平尾翼和垂直尾翼在內(nèi)飛行器的多個部位的上、下表面和側(cè)面都安裝有大面積的太陽能電池板，并且太陽能電池板和電池組成混合動力系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，主發(fā)動機和尾部發(fā)動機可以是電動機、內(nèi)燃機、渦輪發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機，還可以是其他形式的發(fā)動機，還可以是噴氣儲氣罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項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。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項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扶臂，扶臂上安裝有飛行控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于，機身是可伸縮機身。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的可垂直起降固定翼單人飛行器，其特征在于；機翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動機的螺旋槳槳葉、尾部發(fā)動機的槳葉，都可以折疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項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至3任一項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，由機翼、水平尾翼、垂直尾翼、主發(fā)動機、螺旋槳、安全背帶、飛行控制器、機身、尾部發(fā)動機、電池、扶臂、太陽能電池板、救生傘、救生氣囊組成。利用一部尾部發(fā)動機實現(xiàn)垂直起降與水平飛行之間的主動過渡，利用大展弦比的機翼實現(xiàn)遠距離飛行。機翼、水平尾翼和垂直尾翼等可折疊存放，且包括機翼在內(nèi)飛行器多個部位的表面都安裝有大面積的太陽能電池板，機翼展開后整個飛行器成為一個巨大的太陽能充電器，解決了隨時隨地充電問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，能源綠色，救生系統(tǒng)完備，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。
文檔編號B64C31/028GK102627147SQ20121012091
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者張藝婷, 趙輝 申請人:張藝婷, 趙輝