專利名稱：高速多功能直升航空“飛碟”的設計方法
技術領域：
在航空飛行器領域中，高速多功能直升航空“飛碟”(以下行文中簡稱“飛碟”)是人類前所沒有的新型直升航空飛行器( 二)
背景技術：
各類飛機的設計制造技術，應該參考的是美制V-22傾轉旋翼飛機技術。
發(fā)明內容
“飛碟”是集各種飛機的功能原理于一體設計而成，外觀設計形狀酷似UF0，即中國人稱“飛碟”。在平飛時側面外觀可見，起落架倉門和出入倉門已關閉， 噴氣式發(fā)動機正在全速推進平飛，三個小圓圈是探視儀、攝像頭、指示燈的位置(圖1)；圖2 表示它處于地面上靜止狀態(tài)，起落架最大限度放開，正面可見兩臺噴氣式發(fā)動機，在左右兩邊固定涵道內各設一臺，8臺旋翼發(fā)動機的前4臺，設在中間的4個固定涵道內；上倉底面最大直徑邊緣鑲嵌三角形橡膠安全帶，在固定涵道外的上方，有七個圓形吸氣孔；圖3仰視可見8個可傾轉旋翼和固定涵道孔口的位置(中間4個旋翼可以是固定式)，起落架還沒有收回，后面出入倉門已關閉，兩塊平衡翼處在前4個旋翼的兩邊，兩個小雙圓圈是探視儀位置，8個小圓圈是探照燈位置，密集細實線表示噴氣式發(fā)動機噴出的熱氣流；圖4俯視可見，兩邊噴氣式發(fā)動機的吸氣口和排氣方向，另外8個半圓形是旋翼的吸氣與排氣口，7個圓形吸氣孔，把阻力空氣沿照虛線規(guī)定范圍內的夾層中間，導向后方的半圓形口內排出，由阻力變成升力，虛線造形是方向翼在夾層中間的位置。在圖1 圖4中外觀規(guī)定了“飛碟” 的形狀，即各種固定涵道的吸氣口與排氣口、噴氣式發(fā)動機，傾轉旋翼與發(fā)動機、平衡翼、 方向翼、起落架、8個通風換氣窗口、一扇出入倉門、探視儀、探照燈、攝像頭、指示燈……的具體位置按排。從圖1 圖4中可以看出“飛碟”的外觀造型是上倉由最大直徑底面圓形平面與上面球面體組成，這種形狀是“飛碟”在平飛時產生升力的主要機構造型。它不但起到在平飛時產生升力的作用，而且還為按裝各種固定涵道、旋翼與發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機和各種功能機構與器材留出了足夠的空間。上倉體內雖然設置了這么多的功能機構，因為它是球面體形狀，體內設置的各種固定涵道都是圓形和半圓拱形。所以它具有強大的拱力與拉力和剛性，在不用特殊加固的情況下，它仍然非常穩(wěn)定。以橡膠安全帶所包函的層面為分界面，把迎面空氣阻力分成上下兩股通過，形成了很好的氣動力升力功能，中倉和底倉都是梯形體形狀中倉設計了 8個通風換氣窗口。后面一扇出入倉門串聯中倉和底倉；底倉容納 4個起落架和收放倉，當起落架收回時，外觀形狀和諧一致，尤其是起落架倉的立壁，不但起到分隔內外倉室的作用，而且還對倉底面、倉頂面、中心倉壁、外形倉壁起到了拉力與支撐作用，使整個底倉形成了一個完整的剛性倉體。為設計能夠在水面上和沼澤地面上垂直起降的“飛碟”打下了基礎?！帮w碟”內部各種功能機構與器材的位置按排圖5(A_A)表示噴氣式發(fā)動機在固定涵道中的位置；圖6(B-B)和圖7表示中倉是由梯形體和嵌入上倉底部里的圓柱體組成，8套旋翼、發(fā)動機橋、發(fā)動機的組合，按裝在中倉圓柱體外圍，上倉球面體底面內部的固定涵道里。旋翼在作業(yè)時所產生的風力，因為周圍有固定涵道壁圍著，必須按照固定涵道規(guī)定的方向吸入和排出，所以大大的提高了旋翼產生升力的效率，使發(fā)動機輸出功率得到更加充分的利用；出入倉門放下后可以當橋板使用，靠卷揚機收放，底倉內踏步板下，用液壓機控制開與關踏步板；圖7中表示1_發(fā)動機橋(為了更清楚的表示發(fā)動機橋，橋上發(fā)動機沒畫)和旋翼在固定涵道內的位置；2-橋的正面和旋翼在橋下的位置；3-橋的底面形狀； A指示蝸輪軸臺位置，電動蝸桿利用蝸輪傳動，帶動橋前與后傾轉，為了減輕橋體的重量，和增加橋體的剛性和穩(wěn)定性，把它設計成吊桿式拱橋，橋面設計成圓形和三角形結構。兩端軸臺和與之相連的球面形瓦式體為一體結構，用鋼質材料鑄造成活。其余用空心薄皮鋼質型材焊接成活。其中靠近橋體中心圓圈形的4根最長的吊桿用螺絲、螺栓加強式固定，能拆能裝，這是為了給按裝和維修發(fā)動機提供方便。旋翼用的發(fā)動機可采用活塞式和渦軸式航空發(fā)動機；4-方向翼；5-大屏幕液晶顯示屏，一路旋游風光盡收眼底；6-各種機構功能儀表顯示；7-總控制臺；8-夾層空間；9-小三角形表示橡膠安全帶；圖9表示4個起落架倉十字式相交于中心圓倉，分隔出四個扇形倉，出入倉門占據一倉，其余三倉是油箱倉，中心圓倉是液壓機和油泵倉；出入倉門踏步板下是發(fā)電機組、工具箱……倉；圖S(C-C)表示起落架在倉內外放開和收回時的形狀，為了擴散“飛碟”降落后對地面的壓力，底腳設計成圓盤形，為了使圓盤的底面與地面有更大的接觸面，采用了球形萬向聯接法，起落架具有彈簧減振功能，倉門跟隨著起落架收放同步開關。圖10表示設計中低速直升航空“飛碟”，在原兩邊噴氣式發(fā)動機固定涵道內適當位置設置旋翼的固定涵道，這樣“飛碟”就共有10個旋翼。中間4個旋翼可采用小迎角、寬葉面設計法(可以不設傾轉機構)，這是為了使旋翼能夠產生更大的升力；兩邊共6個可傾轉的旋翼采用大迎角，窄葉面設計法，這是為了使旋翼在平飛時產生更快的速度?！帮w碟” 升起時1 0個旋翼同時旋轉產生升力；在平飛時兩邊6個旋翼全部傾轉至平飛位置全力推進平飛。其它方面采用“飛碟”的設計方法設計?！帮w碟”對旋翼功能和動力配備要求是根據“飛碟”總起飛重量選擇旋翼個數 (4+2n個)，即總數 必須是偶數。為了消除旋翼的扭力，左右兩邊必須個數相等，旋轉方向相反。根據旋翼功能配備發(fā)動機功率，旋翼主要起到升起作用，升起速度不需要太快，達到10 米/秒左右即可，這樣做可以大大的降低對發(fā)動機功率的要求。根據“飛碟”總起飛重量和飛行速度要求配備噴氣式發(fā)動機的推力即可?！帮w碟”飛行速度達到1000千米/小時左右沒有問題。再快沒有實際意義和使用價質?！帮w碟”的功能原理是準備升起，啟動所有旋翼發(fā)動機全力升起，當升起高度脫離了地面灰塵(旋翼扇起的灰塵)時，立刻啟動噴氣式發(fā)動機開始平推爬升。當上升到平飛所需要的高度和速度時，關掉部分或者是全部旋翼發(fā)動機， 這時“飛碟”自然就變成了固定翼飛機的飛行方式。也就是說“飛碟”在起飛時，只有幾秒鐘時間利用直升機功能原理，剩下的整個飛行過程，都是利用固定翼飛機的功能原理。在同樣起飛重量和運載能力的情況下，固定翼飛機要比直升機節(jié)能減排好幾倍，這就是“飛碟”比直升機至少節(jié)能減排在50%以上的根據。因為“飛碟”上倉的殼體形狀是按照固定翼的功能原理設計的，所以它具備了兩個方面的特點靠旋翼產生升力垂直升降和空中懸停，在平飛時靠上倉殼體形狀產生升力支持平飛。目前全世界最選進的美制V-22傾轉旋翼飛機的功能，也無法達到“飛碟”的功能標準，這主要原因是旋翼問題，在設計旋翼時，迎角大(一般不能超過十幾度)，葉面窄、速度快，但是升力或者是推力小；迎角小、葉面寬、速度慢，但是升力或者是推力大。這是一對很矛盾的問題。美制V-22傾轉旋翼飛機只有兩個旋翼，需要擔負兩項任務，產生升力和平推，因此只能是顧此失彼?！帮w碟”就不同了，只需要旋翼產生足夠的升力就可以了，速度無所謂，升起時多用去幾秒鐘或者是幾分鐘時間，這對于它的全程飛行速度幾乎是毫無影響，因此它可以利用小功率的發(fā)動機產生強大的升力?！帮w碟”的特殊功能它的外觀形狀最適應設計，在水面上和沼澤地面上能夠垂直升降的“飛碟”，它的底倉起落架收回時就和中倉形成了盆狀梯形體浮體。再把上倉周邊固定涵道的外形和上倉內壁之間的空間充滿泡沫材料。“飛碟”在水面上漂浮就成了不倒翁， 任憑風吹浪打也不容易翻過去。但是有一點要注意上倉底平面距離水面的高度要適當，太高漂浮不穩(wěn)，太低無法起飛。這個距離最好控制在50-100cm之間。辦法是根據“飛碟”總起飛重量計算底倉和中倉的吃水深度，高度如果不合適，改變中倉外形尺寸高度即可?！帮w碟”用在軍事上它的頂部為按裝各種防空武器提供了有利的平臺，火力發(fā)射四面八方無障礙。如果和軍艦配合做戰(zhàn)，軍艦只需給提供燃油、炮彈和其它方面的物資補給、維修場地就可以了。正常情況下它可以漂浮在軍艦的周圍自行休息，它的特殊功能是任何飛機也無法做到的，令敵機望風而逃?！帮w碟”的安全可靠性現有的各種直升機螺旋槳直徑太大，飛行時槳葉漫天飛舞。 尤其是在山谷中穿行，形成了很大的空間死亡區(qū)。山體、樹木都對它形成了威脅。直升機一般情況下按裝1 2臺大功率發(fā)動機，驅動大直徑螺旋槳進行作業(yè)。發(fā)動機一旦發(fā)生故障， 就有很大的危險性。“飛碟”完全可以解決這些問題，去掉柔性大直徑旋翼，改用多個剛性小直徑旋翼。去掉大功率發(fā)動機，改用多個小功率發(fā)動機，并且把它們全部置于體內，在周圍的邊緣設置橡膠安全帶加以重點保護。即使在山谷中穿行和著落軍艦，只要不是正面硬性撞創(chuàng)，萬一刮一下、蹭一下、碰一下基本上是不會有太大的危險。但是事無絕對，其中也存在著很大的危險性，千萬馬虎不得。

綜上所述，“飛碟”共有如下幾方面的優(yōu)點飛行速度快、載重量大、功能特別多、飛行安全可靠、節(jié)能減排、外觀造型優(yōu)美奇特。完全形成了它特有的獨立風格，在直升航空領域里完全可以處于絕對領先的水平。在未來浩瀚的藍天上只能是固定翼噴氣式飛機和直升航空“飛碟”各懷絕技，翱翔藍天，爭奇斗艷。

共七頁10個附圖，其中第五頁圖7和圖S(C-C)、第六頁圖9是放大樣圖。其它圖都是按照統(tǒng)一比例繪制，整套圖紙主要是“飛碟”外觀形狀和各種功能機構位置按排與功能原理示意圖。另外對發(fā)動機橋和起落架機構做了詳細的表示。只要確定了旋翼旋轉直徑的尺寸和發(fā)動機形狀所占空間范圍的尺寸，就可以以此為基準來推算其它各個部位的尺寸。特殊情況可適當協(xié)調一下即可，但是整體比例不能改變，否則效果可能會跟著發(fā)生改變。主要依據圖3、圖2、圖4和圖1。其它圖作為參考。本套圖紙適合各種功能 “飛碟”的設計需要。具體實施例方式自美國的萊特兄弟設計與制造出人類歷史上第一架飛機 (“飛鳥”1號)后，一個多世紀以來經過無數科學家的努力研究，又設計制造出近百種各種功能的飛機?，F在世界上許多國家已經形成了非常強大的飛機工業(yè)生產體系。各種功能機構和器材的定型產品應有盡有，為設計與制造“飛碟”打下了堅實的基礎。制造“飛碟”用的噴氣式發(fā)動機、旋翼用的各種發(fā)動機、探視儀、攝像器材、通訊器材、液壓機、油泵、發(fā)電機組、大屏幕液晶顯示屏、各種儀器儀表、燈具……這些高科技定型產品，無需再另行設計與制造，只需選擇和采購就可以了。下面介紹一下特殊功能機構的設計與制造實施方式旋翼、發(fā)動機橋、起落架、各種固定涵道、航空膠合板、航空木合金板這些功能機構和材料，只需要帶上圖紙到相關的企業(yè)廠家訂做就可以了，現在只剩下了一個殼體，但是也是它的主體，是最大的工程施工階段，需要重點介紹一下。 各種功能機構和器材的形狀尺寸與功能特點都已經確定之后就可以設計它的主體了。主體可以分成三個主要部分設計底倉梯形倉、上倉球面體倉、中倉梯形體是過渡倉， 起到承上啟下連接和支撐作用。主體結構為鋁合金型材龍骨架，各個連接點用拉鉚釘固定。 在關鍵受力點部位預置鋼質構件鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管……這些構件形狀與尺寸應根據受力點的受力情況決定。主要的受力點有起落架機構與底倉聯接，發(fā)動機橋兩端軸承瓦座與上倉聯接，出入倉門與底倉轉動聯接……這些聯接點的固定點部位都需要用鋼質構件加強。具體施工順序主體龍骨架首先從底倉做起，底倉龍骨架施工到能夠架起來的時候，把它墊到適當的高度，按裝起落架后不能影響到最大限度放開和收回，加墊部位要把4 個起落架倉位置讓開，要把底倉墊平墊穩(wěn)后再往下施工。一切施工程序必須按照圖紙設計要求進行；底倉龍骨架成活后，在它的上平口周邊指定位置立中倉的斜立柱，完后開始施工上倉底面最大直徑包含的結構平面龍骨架。上倉球面體拱形龍骨架按照圖紙在地面上成活后，再按照順序一個一個的拿到上面去，按著指定位置進行固定連接。這樣主體整個龍骨架就算基本定形了。下一步按著指定位置進行固定連接，這樣主體整個龍骨架就算基本定形了，下一步在指定受力點部位進行鋼質構件按置。按照要求需要預置和加強的部位都完活之后，上里面航空膠合板，按裝各種固定涵道和功能機構還有儀器儀表……同時互相穿插施工，施工順序是由內向外，由里往外進行施工。當一切內部施工任務完全徹底的完成以后，才可以進行外表上外用航空木合金板施工，邊上板，邊在里板與外板之間和龍骨架的空間添充泡沫材料，起到粘接、支撐、固定作用，加強整個主體的剛性。在上里板和外板時，板面與龍骨架的接觸面必須用酚醛一縮醛膠或者是其它結構型粘合劑進行粘合，上板用的各種拉鉚釘帽頭不能露出板面的平面，最好是低于板平面0. 5-1毫米之間，為表面處理打下基礎。以上各項施工任務都完成以后，整個“飛碟”制造工程也就結束了。至于里外裝潢設計與處理和試飛過程就不繼續(xù)介紹了。綜上所述，制造“飛碟”采購訂做與自行制造工程幾乎差不多，如此看來制造“飛碟”只需要一塊施工場地和簡單的工具與設備，再有一個簡易車間和庫房就可以了。當然了這是指試制階段，當產品定型以后，再根據需要規(guī)劃場地、廠房和工程設備等。人在探索未知新的領域時，只有看到了光輝燦爛的前程，才會去快馬加鞭地前進！
權利要求
高速多功能直升航空“飛碟”的設計方法
1.整體外觀形狀和布置設計方案在上倉底面與中倉的外面設計8個圓形固定涵道排氣孔，可見8個旋翼在里邊，最大直徑的邊緣鑲嵌三角形橡膠安全帶；靠近中倉外圍前后各 1個小雙圓圈是探視儀位置，周圍8個小圓圈是探照燈位置；在兩臺噴氣式發(fā)動機吸氣口里底面各設一塊平衡翼(圖3、圖5)；在上倉球面體前邊部位，有6個半圓形吸氣口，其中兩邊的是噴氣式發(fā)動機吸氣口，中間4個是旋翼吸氣口，上面另有7個圓形夾層吸氣孔；后邊部位中間4個半圓形口，是旋翼吸氣與排氣口 ；兩邊可見噴氣式發(fā)動機的噴氣口，周邊12個小圓圈是探視儀、攝像頭、指示燈的外觀造形位置(圖4)；中倉和低都是梯形體。中倉有8個長方形通風換氣窗口 ；底倉可見4個起落架、倉門、起落架倉位置和形狀，后面有一扇吊橋式出入倉門，串聯中倉和底倉(圖1-圖3)。圖1表示起落架底腳圓盤和倉門收回時，夕卜觀只顯其形不露其倉。
2.整體各種功能機構和器材的具體位置設計方案；8套發(fā)動機、發(fā)動機橋、旋翼的組合設計在中倉外圍與上倉底部的固定涵道里；兩部噴氣式發(fā)動機設在兩邊的固定涵道里(圖3、圖4、圖5)；油箱、油泵、液壓機、發(fā)電機組、工具箱設置在底倉內部各倉室內，與外界密封隔絕。起落架、起落架倉和門設置在底倉的外部造型內，與外界相通。起落架收回時外觀 倉門的外面、底腳圓盤的底面造形要和底倉的外觀造型和諧一致；出入倉門設置在中倉和底倉的后面，關上門之后要達到門邊和框邊嚴絲合縫，滴水不漏。門的外觀造型應和中倉還有底倉的外觀造型和諧一致；門放下之后應起到橋板的作用。大屏幕液晶顯示屏、各種儀表、總控制臺設置在中倉內部的前面(圖6、圖7)；方向翼設置在夾層中間的前部(圖7中4、圖4)；平衡翼設置在噴氣式發(fā)動機吸氣口里面的底面內(圖3、圖5)。
3.起落架的設計方案為了擴散“飛碟”降落后對地面的壓力，底腳設計成圓盤形，為了使圓盤的底面和地面之間有更大的接觸面來分散壓力，采用了球形萬向聯接法，倉門跟隨起落架收放同步開關(圖8)。
4.發(fā)動機橋的設計方案為了減輕橋體的重量和增加橋體的剛性和穩(wěn)定性，把它設計成吊桿式拱橋，橋面設計成圓形和三角形結構(圖7中1、2、3)；有一端設計有蝸輪軸臺(2、 3A)。兩端軸臺和與之相連的球面形瓦式體為一體結構，用鋼鐵材料鑄造成形，其余用空心薄皮鋼質型材焊接成活。其中靠近橋體中心圓圈形的4根最長的吊桿，用螺絲、螺栓加強固定，能拆能裝，這是為了給按裝和維修發(fā)動機提供方便。
5.中低速直升航空“飛碟”的設計方案在原兩邊噴氣式發(fā)動機固定涵道內適當位置設置旋翼固定涵道。這樣“飛碟”就共有10個旋翼，中間4個旋翼還是采用小迎角、寬葉面設計法(可以不設計傾轉機構)，這是為了使旋翼能夠產生更大的升力；兩邊共6個可傾轉的旋翼采用大迎角、窄葉面設計法是為了使旋翼在平飛時產生更快的速度?！帮w碟”升起時 10個旋翼同時旋轉產生升力。平飛時兩邊6個旋翼全部傾轉，至平飛位置全力推進平飛(圖 10)。其它方面采用“飛碟”的設計方法。
6.在水面上和沼澤地面上能垂直起落“飛碟”的設計方案“飛碟”的底倉起落架收回時，就和中倉形成了盆狀梯形體浮體，根據“飛碟”的總起飛重量設計底倉至中倉的吃水深度，達到上倉底面距離水面高度50-100cm即可；高度如果不合適，改變中倉外形尺寸高度即可。其它方面按照“飛碟”的設計方法設計。
全文摘要
高速多功能直升航空“飛碟”在航空領域有獨特的特點，因直升機旋翼直徑太大，發(fā)動機功率太大，功能少，速度慢，消耗能源多；傾轉旋翼飛機運載能力??；固定翼噴氣式飛機速度快、運載能力大、消耗能源少，但是無法具備直升機的功能。面“飛碟”集各種飛機的能力于一體，去掉大直徑旋翼，改用多個小直徑旋翼，去掉大功率發(fā)動機，改用多個小功率發(fā)動機。小旋翼起垂直升降和空中懸停作用，上倉形狀起固定翼作用。用噴氣式發(fā)動機平飛，形成了“飛碟”特有的功能，比所有的直升機速度快、運載能力大、功能多、節(jié)能減排在50％以上。此項技術在“國家重點支持的高新技術領域”八項中占兩項，即三、航空航天技術；六、新能源及節(jié)能技術。制作“飛碟”主要的是設計與組裝工程。
文檔編號B64C25/10GK102225704SQ20091001242
公開日2011年10月26日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權日2009年7月6日
發(fā)明者周景榮 申請人:周景榮