[發明專利]固定翼與電動多旋翼組成的復合飛行器

有效

• 申請號: 201110316929.1
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN103043212A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 田瑜;江文彥
• 申請（專利權）人: 田瑜;江文彥
• 主分類號: B64C27/26
• 分類號: B64C27/26
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 薛琦;楊東明

技術領域

本發明涉及一種飛行器，特別是涉及一種固定翼與電動多旋翼組成的復合飛行器。

背景技術

在航空領域常見的固定翼飛機，由于主要靠機翼產生升力平衡飛機重量，動力系統主要用來克服飛機飛行阻力，因此遠小于飛機重量的動力(推拉力)就可以讓固定翼飛機離地升空。其飛行速度快，航程和巡航時間長，但起降距離長，要求高質量的跑道，嚴重影響和妨礙了固定翼飛機在偏遠無專用機場地區的應用。

在航空領域常見的旋翼直升機，可以解決在狹小場地垂直起降的問題。在已知的旋翼飛行器中，除了常見的單槳直升機以外，還有多槳直升機，多槳直升機一般是通過變化槳的轉速來改變飛行姿態的。如4槳旋翼直升機，4個槳相對于中心對稱放置，其中有2個槳是順時針旋轉，還有2個槳是逆時針方向旋轉。當飛機需要往一個方向轉向時，只要改變增加其中2個順時針/逆時針槳的轉速，減少另外2個逆時針/順時針槳的轉速就可以改變航向。需要傾斜飛行時，只要減小飛行方向上的槳的轉速，增加對稱位置的槳的轉速就能通過升力差向指定的方向飛行。

但直接和動力系統相連的旋翼效率遠不如固定翼飛機的機翼，因此功耗大。又因其前進速度主要靠旋翼槳盤通過傾斜盤的傾斜產生的分力提供，同時直升機前進飛行的阻力也較固定翼飛機大的多。因此其飛行速度，距離和續航時間都不如固定翼飛機。為此航空領域的技術人員一直在找尋能兼有固定翼飛機和直升機優點的飛行器。

單獨的升力發動機在設計上簡單，升力發動機在巡航時不工作，又占用機內體積，這是死重。減少或消除死重是垂直起落飛機一個急需解決的問題。將升力和巡航發動機合二為一，當然就消除了專用升力發動機的死重。巡航和升力發動機合二為一的最直接的方法，莫過于傾轉噴氣發動機，把發動機直接對著地面吹，當然就產生直接的升力。這么簡單的道理，為什么不是垂直起落飛機的首選呢？首先，傾轉發動機對發動機在飛機上的位置帶來很大的限制，不光機翼、發動機的位置必須和飛機的重心一致，也基本上只有翼下或翼尖位置，這樣，一旦部分升力發動機故障或瞬時出力不足，非對稱升力容易引起災難性的事故。傾轉旋翼用同步軸解決這個問題，傾轉噴氣發動機就基本不可能在一側發動機失效時，由另一側發動機補償。再說，發動機本身十分沉重，傾轉機構談何容易。還有，發動機對進氣的要求很高，否則發動機效率直線下降，但發動機在傾轉過程中，進氣的條件很難保證。另外，垂直起落要求在短時間內產生大量的推力，巡航要求工作時間長但推力遠遠要不了那么多，兩者之間在設計上很難協調。由發動機直接產生升力，沒法取巧。從極端情況來說，滑跑起飛、用機翼產生升力，只需要很少的推力；但用噴氣動力垂直起飛，至少需要1∶1的推重比，動力要求高得多。

在已知的具有可垂直起降功能且有固定翼飛機功能的飛行器中，大致分為以下幾類。一、如圖1，將涵道風扇和前行槳葉11結合起來的方案。如西科斯基的無人機Mariner，通用公司的XV-5等。這種飛行器的缺點是涵道增加了較重的重量，增加較多的迎風阻力，同時妨礙了機內載荷和設備的布置，或者減小了機翼的有效升力面積。

二、傾轉動力實現垂直起降的固定翼飛機。如圖2中的V22等，其中螺旋槳為12。這類飛機在起飛時動力裝置的推(拉)力垂直地面使飛機垂直離地，然后在空中逐漸使動力裝置的推(拉)力，轉向飛機前進方向，使飛機像常規固定翼飛機一樣向前飛行。但其轉向機構復雜，造價貴，可靠性差，特別動力系統轉向時的(飛機無前進速度時)安定性和操縱性，一直是困擾航空技術人員的難題。

三、旋翼機翼共用飛機。如圖3a-3c中波音公司的“蜻蜓”飛機。這類飛機機翼13可以變為旋翼使用，可以實現垂直起降。和傾轉動力飛行器一樣，也存在結構復雜，造價貴，可靠性差等問題。

四、如圖4a-4c中底部安裝升力發動機14的方案。這類飛機都是為了解決固定翼飛機垂直起降的問題，升力發動機只是為了實現垂直起降時的升力或者兼作一部分方向控制，不具備完全的直升機飛行模式，如多尼爾DO.231等飛機。

五、前蘇聯的雅克-38戰機只有兩臺升力發動機和一臺升力-巡航發動機，機體內的升力發動機也降低了單發失效對安全的威脅。但升力發動機安裝在機體內，也是有其問題的。首先，熾熱的噴氣里發動機進氣口很近，容易造成噴氣回吸問題。第二，高速噴氣在機體下延地面向兩側流動，而機體上方除升力發動機進氣口附近外，空氣相對靜止，造成使機體向地面吸附的效果，即所謂suck?down。另外，因為其要在甲板上垂直起落，其向下噴出的高溫氣體對甲板的燒蝕也相當嚴重，所以這種戰機很不實用。