一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，由碟盤式機身和可用于承載貨物的靜子機體兩大部分組成，主要包括：旋盤機體，升力風扇，噴氣發動機，噴氣發動機進氣口，噴氣發動機出氣口，升力風扇輪轂，回轉體式貨艙，靜子葉片排，靜子葉片排輪轂，靜子葉片排外機匣，矢量噴口，導流片等組成。本實用新型專利技術設計一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，該飛行器采用翼身融合的氣動布局，不僅具有良好的氣動性能，而且其起降過程不用考慮場地空間限制因素，能夠自由起降、懸停、爬升，在高速自旋飛行狀態下，具有良好的穩定性。

Air jet self rotating disc disc type vehicle capable of vertical take-off and landing

The utility model discloses a jet rotary disc vertical take-off and landing aircraft, the fuselage and disc can be used for carrying goods of two parts, including: the body of stator rotating plate body, lift fan, jet engine, the air inlet of the jet engine, the jet engine outlet, lift fan hub, rotary type cargo and the stator blade row, stator blade row of stator blade wheels, exclusive casing, vector nozzle, guide plate etc.. The utility model relates to a jet rotary disc vertical take-off and landing aircraft, the aircraft adopts a blended wing body aerodynamic layout, not only has good aerodynamic performance, but its landing process does not need to consider the space space constraints, can free landing, hover, climb, in high speed spin flight condition is good stability.

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于飛行器
，具體涉及一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器。
技術介紹
無人機已成為近年來業界最火的名詞之一，在航拍、快遞、災后搜救、數據采集等領域，無人機已獲得廣泛應用，而在警力、城市管理、農業、地質、氣象、電力、快遞、測繪、植保、噴灑農藥、測繪、巡線等行業領域，無人機正在發揮越來越大的作用。預計未來無人機市場的消費總額將會成倍增加，商用無人機消費市場的增長潛力更大，適用于本技術垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器的應用。隨著航空事業的飛速發展，人們對于飛行器的研究和探索越來越多元化、廣泛化和科學化。在傳統的固定翼飛機和直升機領域，固定翼飛機速度快，航程遠，航時長，但是大部分固定翼飛機起降受場地限制比較多，不能垂直起降和空中懸停；直升機起飛雖不受場地限制，能夠懸停，但是我們知道，隨著海拔升高，大氣層空氣密度會越來越小，低空高密度空氣能夠為旋翼飛行器飛行提供滿意的條件(單位空間的空氣質量高，同樣的旋翼轉速會對空氣做更大的功，旋翼受到的反作用力也越大，即升力更大)，但在高空情況下，空氣密度降低，即便旋翼轉速高(由于材料強度限制，氣動中所謂的激波影響，旋翼的轉速也有限制)，也難獲得更大的升力，飛行器就難以上升了，而且由于存在兩個旋翼系統，直升機的氣動外形不能像固定翼飛機一樣設計得比較流暢，直升機的飛行阻力比固定翼飛機要大，因此氣動性能不佳導致飛行速度較低。相比于傳統飛行器，碟形飛行器的發展越來越受到人們的重視。冷戰期間，美軍研制的一款垂直起降碟形飛行器(VZ-9Avrocar)，該飛行器直徑約5.5米，高度約1米，機身大部分由鋁材料制成，空重1.36噸。該飛行器中心為一大尺寸風扇，為飛行器提供升力和推力。飛行員通過操縱桿調整機身外部出氣圓環孔位置改變出口氣流方向從而達到對飛行器飛行姿態的控制。在氣動布局上，由于該飛行器整個機體所受的壓力中心與重心難以達到平衡，在整機懸空時具有內在的不穩定性，設計人員不得不增添一個獨立于控制系統之外的穩定系統，從而增加了整體結構的復雜性。另據英國《飛行國際》網站2008年8月27日報道，Fenstar50無人機中心頂部位置有一升力風扇，且風扇下游曲面機身四周安裝有一定數量的凸起翼梢，它是首個利用科恩達效應飛起來的飛行器，柯恩達效應指的是在物體表面曲率不是太大的情況下，利用摩擦讓周邊流體減速，從而造成流體依附表面進行流動。該飛行器碳纖維結構由lolagroup公司提供，其使用的兩沖程內燃發動機所消耗的燃料為石油和汽油的混合物，最大起飛重量18.5kg，有效載荷5kg，能攜帶4L的燃油，依據其有效載荷的情況，其續航時間僅達到1小時。再如飛行器M200Neuera利用8個電控風扇讓其與地面之間保持3米左右的距離，并且無論是草地還是海面，M200Neuera飛行器都能夠成功懸浮。而在貼地行駛速度與普通汽車無異，最快時速能達到160km/h，在海面上速度能夠達到321km/h，而在7000米高空，最快速度能夠達到643km/h，是目前最有希望量產的垂直起落飛行器。針對這些天馬行空、外形迥異的飛行器進行分析后發現，升力風扇是這些飛行器的升力和飛行動力的源頭，然而它們都存在著飛行不穩定的先天缺陷。因此，對于飛行姿態控制，使飛行器保持穩定飛行是亟待解決的問題。飛盤，20世紀50年代在美國率先流行，隨后80年代也在國內流行開來。飛盤飛得遠是由于飛盤的截面大致和飛機機翼的截面相同，所以在飛行時受一個相當可觀的向上的空氣動力，這個力方向向上拖著飛盤抵消了大部分重力，使它能飛行較長的時間。在正確的穩定姿態飛行時，飛盤的尾部有較小的湍流區，如果翻倒過來飛行，湍流區會增大，飛行的阻力也就隨之增大，飛盤就飛不遠了。為了使飛盤飛行時始終保持正確的穩定飛行姿態，就要注意投擲時要讓它旋轉起來。高速旋轉的飛盤具有像陀螺一樣的效應，在遇到外力時，它的軸向是不會隨著外力的方向發生改變的，而是軸圍繞著一個定點運動，由于高速旋轉的物體有保持旋轉軸不變的特性，旋轉起來的飛盤飛行時始終有一個向上的空氣動力拖著，這樣就能夠保證飛盤在高速旋轉時具有很好的穩定飛行姿態。而沒有旋轉的飛盤，在飛行時會翻跟頭，達不到穩定飛行的目的，就不能保證阻力最小和升力最大的飛行姿態。本技術提出的噴氣自旋轉碟盤式飛行器參照游戲中飛盤旋轉維持穩定平飛的特性，利用升力風扇提供碟盤飛行器升力和前進驅動力，實現平穩飛行。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本技術提供一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，針對大部分固定翼飛機不能垂直起降和空中懸停、直升機飛行速度受限以及部分碟形飛行器飛行不穩定的問題，設計一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，該飛行器采用翼身融合的氣動布局，不僅具有良好的氣動性能，而且其起降過程不用考慮場地空間限制因素，能夠自由起降、懸停、爬升，在高速自旋飛行狀態下，具有良好的穩定性。技術方案：為實現上述目的，本技術采用的技術方案為：一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，包括碟盤式機身和靜子機體；所述碟盤式機身為由旋盤機體及其內部中心設置的升力風扇組成的一體式結構，其中，所述旋盤機體呈中空且頂部和底部中心均開口的碟盤式球頂蓋形結構；所述旋盤機體內部沿周向均勻分布若干臺噴氣發動機，對應的在頂蓋上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機進氣口，及在底部上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機出氣口；所述靜子機體為由位于中心位置的回轉體式貨艙及環繞其外側的上部的靜子葉片排和下部的姿態控制環組成的一體式結構，其中，所述靜子葉片排沿周向均勻排布；所述升力風扇由沿其中心內環的升力風扇輪轂周向均勻設置的若干風扇葉片組成；所述回轉體式貨艙的頂部位于所述升力風扇輪轂形成的回轉中心位置。進一步的，所述姿態控制環為一圓盤結構，其上沿周向均勻對稱開設若干矢量噴口，所述矢量噴口中均勻排布有導流片。進一步的，所述噴口分為推進噴口和控制噴口，其中，所述推進噴口中的導流片左右擺動，所述控制噴口中的導流片沿順時針方向偏轉角度。進一步的，所述噴口的數量為4～16個，輪廓形狀為矩形或扇形。噴口分布盡可能使得靜子葉片排整流后的氣流沿著周向均勻地排出姿態控制環。進一步的，所述旋盤機體內部沿周向均勻分布安裝有3～20臺噴氣式發動機，沿順時針方向傾斜40～70°角度，噴氣式發動機排氣流斜向下高速噴出，既提供飛行器的部分升力，又提供飛行器高速旋轉的驅動力。進一步的，位于所述靜子葉片排的內環的靜子葉片排輪轂為所述回轉體式貨艙的外殼，所述回轉體式貨艙與靜子葉片排固接成一體；位于所述靜子葉片排的外環的靜子葉片排外機匣為連接所述碟盤式機體和靜子機體的環形軸承機構，該環形軸承機構為接觸式軸承或非接觸式軸承。上述的一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器的工作方法，包括以下步驟：1)外部空氣由開設在旋盤機體上的進氣口進入噴氣式發動機，再由排氣口高速排出，從而產生托舉飛行器的升力以及使其自身高速旋轉的旋轉力矩；2)升力風扇隨旋盤機體沿著飛行器中心軸線高速旋轉，吸入機身上方空氣并對其做功加壓，加壓后的氣流經下游的靜子葉片排整流后通過由矢量噴口和導流片組成的姿態控制環排出；3)飛行器受到加壓氣流運動產生的驅動力作用水平飛行，靜子機體相對于地面保持不轉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，其特征在于：包括碟盤式機身(1)和靜子機體(2)；所述碟盤式機身(1)為由旋盤機體(3)及其內部中心設置的升力風扇(4)組成的一體式結構，其中，所述旋盤機體(3)呈中空且頂部和底部中心均開口的碟盤式球頂蓋形結構；所述旋盤機體(3)內部沿周向均勻分布若干臺噴氣發動機(5)，對應的在頂蓋上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機進氣口(6)，及在底部上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機出氣口(7)；所述靜子機體(2)為由位于中心位置的回轉體式貨艙(9)及環繞其外側的上部的靜子葉片排(10)和下部的姿態控制環(15)組成的一體式結構，其中，所述靜子葉片排(10)沿周向均勻排布；所述升力風扇(4)由沿其中心內環的升力風扇輪轂(8)周向均勻設置的若干風扇葉片組成；所述回轉體式貨艙(9)的頂部位于所述升力風扇輪轂(8)形成的回轉中心位置。

【技術特征摘要】
1.一種可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，其特征在于：包括碟盤式機身(1)和靜子機體(2)；所述碟盤式機身(1)為由旋盤機體(3)及其內部中心設置的升力風扇(4)組成的一體式結構，其中，所述旋盤機體(3)呈中空且頂部和底部中心均開口的碟盤式球頂蓋形結構；所述旋盤機體(3)內部沿周向均勻分布若干臺噴氣發動機(5)，對應的在頂蓋上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機進氣口(6)，及在底部上沿周向均勻分布設置若干噴氣發動機出氣口(7)；所述靜子機體(2)為由位于中心位置的回轉體式貨艙(9)及環繞其外側的上部的靜子葉片排(10)和下部的姿態控制環(15)組成的一體式結構，其中，所述靜子葉片排(10)沿周向均勻排布；所述升力風扇(4)由沿其中心內環的升力風扇輪轂(8)周向均勻設置的若干風扇葉片組成；所述回轉體式貨艙(9)的頂部位于所述升力風扇輪轂(8)形成的回轉中心位置。2.根據權利要求1所述的可垂直起降的噴氣自旋轉碟盤式飛行器，其特征在于：所述姿態控制環(15)為一圓盤結構，其上沿周向均勻對稱開設若干矢量噴口(13)，所述矢量噴口(13)中均...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈偉，李傳鵬，劉然，陳明，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32