專利名稱：軟體結構飛機的制作方法
軟體結構飛機
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛機，是一種使用柔軟的復合材料，并采用氣囊類為基礎的無硬質骨架的軟體結構方式制造的飛機。
背景技術：
自飛機發(fā)明以來，大都是使用鋼材、鋁材、木材以及其他硬質和有一定剛性的材料來制造飛機的骨架、本體和機翼的。危及安全方面的問題，主要的就是碰撞。所有的工作幾乎都是在避免碰撞上下功夫，因為沒有一種原來意義上的飛機是不怕碰撞的。
原來意義上的飛機使用的材料，與現(xiàn)代高強度纖維相比，一般比強度都低，在相同條件下，他們都比較重，造出來的飛機也重，有效載荷反而較小，根據(jù)飛行動力學原理，起飛時必須達到很高的速度才能離開地面，對機場的依賴性也是很強的，飛機越大越重，機場的跑道就要求越長，起飛速度越快，降落時也是一樣的情景。飛機失事往往在機場附近，要想降低飛機的起降速度是一難度很高的課題。由于材料上的原因和結構上的原因，這個課題困擾了人們很多年，漸漸地這個課題被淡忘了，忽略了，人們都在追求飛得快，超音速，似乎速度越快愈好。很少想到造一種低速，超低速的，尤其是指起降時能像鳥兒一樣超低速的飛機，要知道這一問題對飛機的普及應用如小型化個體化家庭化具有至關重要的意義。所以本發(fā)明的優(yōu)勢就在于要造出一種起飛降落速度超低的，非常輕盈的，又耐碰撞的飛機。本發(fā)明采用柔軟的無剛度的紡織品與高分子氣密性材料相復合的面料，并且用無硬質骨架的氣囊(也包括液囊)類結構方式制造飛機。這使得飛機的結構概念發(fā)生一個根本性的變化。相應的在材料、制造行業(yè)、性能上也了發(fā)生一系列重大改變。兩相比較，在同樣空機和同樣機翼面積情況下，前者機體重量大，起飛滑跑距離長，要求的起飛和降落速度大，對機場的依賴性強，后者重量輕，起降速度小，不依賴機場；前者屬于剛性機械結構，怕碰撞，后者屬于軟體體結構，碰撞時能像籃球一樣，有良好的緩沖作用；前者的主要靠機械行業(yè)加工制造，設備多，難度大，周期長，成本高，后者主要依靠紡織行業(yè)和高分子材料復合技術的加工，生產(chǎn)速度快，成本低廉，況且作為飛機結構件，后者的抗拉斷裂破壞強度可以是前者的許多倍，結實的很。由于氣囊的作用，適當設計飛機機翼的厚度并充以適當壓力的空氣，還可以使得飛機的總體剛度輕易地超過普通的飛機。所以不擔心飛機在飛行過程中機翼有比普通飛機更大的變形。因為本發(fā)明的飛機充入空氣后是可以成形的，放氣后是可以折疊的，所以可以放入一較小的容器里，搬回家中。飛行時又不受道路交通的影響，因此也可以說，這是未來代替小汽車的最優(yōu)選的交通工具之一。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于用柔軟的具有高抗拉強度的氣密性復合材料創(chuàng)造一種無硬質骨架、無張線、多縱向韌帶的氣囊類結構，也稱為軟體結構，像軟體動物那樣。應用這種結構設計制造成飛機。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為采用低比重高強度的纖維紡織面料如高強高模聚乙烯紡織面料和芳綸紡織面料作為飛機的基本結構材料。高強高模聚乙烯的比重為0.97，比強度是鋼材的十幾倍。芳綸也有比鋼材高得多的抗拉強度。將聚氨酯熱塑性彈性體(tpu)材料作為氣密性薄膜材料與上述面料復合，復合后成為柔軟的復合面料。飛機的結構分為幾個部分。由上面料I和下面料2以及連接上下面料的各個大小形狀都不一樣的韌帶3共同構成飛機的本體。前部起到主翼的作用，后部可以起到尾翼的作用。

為了敘述上的方便和清晰，可以將飛機的某一部分冠以模塊的名稱。同樣由上面料I和下面料2以及他們所屬的韌帶3構成水平內尾翼模塊4和水平外尾翼模塊5。內外水平尾翼的轉動受舵機總成14控制。水平尾翼和其前方的主翼的結構方式是相同的，但兩者之間有橫向韌帶，于是形成一條橫向溝槽，在充氣狀態(tài)下前后兩部分都可看成是具有一定剛度的板塊，而橫向溝槽可看成是一條轉動軸，這樣在舵機的帶動下尾翼可以繞軸轉動，調節(jié)飛機的升降和航向。飛機的垂直尾翼模塊6設在兩側后部，與飛機的主翼連成一體。實際上是飛機上面料I和下面料2的最外部分的延伸，只不過氣囊的固有形狀強迫它上翹罷了。飛機設有3條腿相當于普通飛機的起落架，在起落時使用，前頭一條腿，稱起落用軟體前腿模塊8，其下裝置輪胎總成10 ;飛機下面后方設兩個下垂尾模塊13，兩后輪胎總成就安裝在它們的下端。在飛機的中前方設有機艙模塊7,有自己獨立的表面和韌帶,構成一個獨立的機艙，但它又和機體有機的連接成渾然一體，不可分割。作為無人機使用時機艙可以不設獨立的上蓋，設計成圓形。作為載人飛機時機艙設計成橢圓形。飛機的必要處均設有許多懸掛用軟硬連接付9，它是一種特有的連接器，一半是設在機體柔軟的表面上的雙層復合材料，另一半是夾在其中的可隨時拔出的硬塊或硬質體，飛機氣囊在充氣狀態(tài)下各部分鼓起呈弧狀面，由于硬塊的夾入破壞了原有的自然形狀，就產(chǎn)生了相應的固緊力，它能迅速方便地把外部的各種機械的、電子的配件和掛件緊緊地固結在飛機機體上。這樣的設計就可以把飛機的基本體作為軟體結構來加工生產(chǎn)。這構成了一個新的行業(yè)，采用激光裁剪和高頻電流焊接是它的主要加工方式。能夠單獨的實現(xiàn)高速生產(chǎn)。而將另外的飛機的非氣囊類結構的零部件通過懸掛用軟硬連接付9方便、迅速、牢固地和飛機本體連接在一起。飛機的動力、彳目息及控制系統(tǒng)固定架總成11就固定在本體中部后端的懸掛用軟硬鏈接付9上。飛機可設一個或多個燃油系統(tǒng)用液囊模塊12，它設在飛機機體的中前部，圍繞著總體的重心來布置，根據(jù)需求的燃油多少，液囊的大小隨意設定。飛機的動力裝置放在飛機中間后頭，這是一個接近飛機本體重心的的位置。飛行時產(chǎn)生推力。在發(fā)生碰撞時一般不容易遭到破壞。正因為這一布置才使得飛機尾翼部分分成兩叉，飛機的俯視圖呈‘人’字型。飛機機體主要是氣囊類結構組成的，氣囊充入的空氣達到一定壓力時，不僅具有很高的整體剛度，而且有一定的硬度。為了增加飛機頭部的緩沖作用，可以在飛機的機頭前尖部另加保護性氣囊，另充入更低壓力的空氣，在飛行時，一旦飛機從空中直栽下來，飛機不致遭到嚴重破壞，機上的載 荷和動力系統(tǒng)也會受到保護。

附圖I為本發(fā)明的軟體結構飛機結構圖。圖中的標號分別為1，上面料2，下面料3，韌帶4，水平內尾翼模塊5，水平外尾翼模塊6，垂直尾翼模塊7，機艙模塊8，起落用軟體前腿模塊9，懸掛用軟硬連接付10，輪胎總成11，動力及信息、控制系統(tǒng)固定架總成12，燃油系統(tǒng)用液囊模塊13，下垂尾模塊14，舵機總成附圖2、3、4分別為機體的主視圖，俯視圖、側視。
具體實施方式本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例如下按照空氣動力學的要求，經(jīng)多年試驗和改進，將飛機設計成如圖所示的形狀。飛機的基本形狀由3個基本另件決定。即I上面料1，下面料2,和朝帶3決定?，F(xiàn)在按照加工工藝的過程順序來敘述飛機本體的制作過程。首先是裁剪，用激光裁剪機分別裁剪機艙模塊7、下垂尾模塊13、燃油系統(tǒng)液囊模塊12、垂直尾翼模塊6、水平內尾翼模塊4、水平外尾翼模塊5、起落用軟體前腿模塊8和懸掛用軟硬連接付9的面料。并按照圖紙分別將他們制作成整體模塊。其次是裁剪上面料I、下面料2和各個韌帶3，并在這些面料上進行劃線和記號。將各個懸掛用軟硬連接付9，按照指定的位置焊接在上面料I、下面料2上。將燃油系統(tǒng)液囊模塊12焊接在下面料2的里面上。將機倉模塊7的一端焊接在上面料I的里面上。將各個韌帶3的上邊沿首先焊接在上面料I的里面上。將機艙模塊的另一端焊接在下面料2的里面上。
然后將它們的下邊沿按順序一焊接在下面料2的里面上。將下垂尾模塊13、起落用軟提前腿模塊10分別焊接在下面料2的外面，當采用單面涂層的面料時，需要預先在下面料2的里面加焊接上一層雙面涂層的面料，以備焊接下垂尾模塊13和起落用軟體前腿模塊10從外面的焊接工藝得以實現(xiàn)。將水平內尾翼模塊4和水平外尾翼模塊5分別搭接焊接在主翼的后端。在設定的位置裝上充放氣的氣嘴和用于限制壓力的閥門。將4周焊接起來，實現(xiàn)整體飛機機體的密封。整個飛機機體成為一個完整的氣囊群。根據(jù)需要焊接時有的模塊和機體的空氣是相同的，而有的是互相獨立互不通氣的。
當采用蜂房狀氣囊的設計是，各個氣囊均可以是互不相通的。只不過用于拉緊上下面的韌帶不同而已，這種設計可以防止部分氣囊因為漏氣而影響體飛機的形狀。至此，一個完整的飛機本體就完成了。剩下的工作就是安裝動力及信息、控制系統(tǒng)固定架總成11，舵機總成14，輪胎總成10等工作了。通過上述，已經(jīng)注意到，本發(fā)明中用高強高模聚乙烯紡織面料和芳綸面料代替了金屬、木材和其他材料等硬質材料。在充入一定壓力的空氣后成型，這種力學結構和原來意義上的飛機結構有根本的變化。所有的面料上包括韌帶上只有一種拉應力的存在，因此可以稱是一種純拉力的結構，這就大大簡化了結構的力學狀態(tài)。在這種結構中，充氣的壓力(P)，結構的厚度(或有時是直徑)(h)，懸臂的長短(L)決定了它的剛度。纖維的抗拉強度決定了結構的斷裂強度。只要注意設計和制作過程中避免掉撕裂效應，這架飛機就能有效的減小和避免掉普通飛機因彎曲、振顫所產(chǎn)生的疲勞破壞。決定飛機輪廓形狀的是上下面料和韌帶。在一定的厚度條件下韌帶越密集，飛機的表面越平整。上下表面在韌帶處沿著韌帶方向形成一定深度的溝槽，本發(fā)明的飛機的韌帶條是縱向布置的，對空氣有導流作用。還有一個要提及的，飛機是個多曲面和平面相結合的復合空氣動力學的立體形狀，形狀非常復雜。常識認為曲面是不可展開面，但是本發(fā)明卻是基本上用了兩塊平面的面料充當上下面制作飛機，這是相當難能的。這種設計和工藝方法將被保留下來，因為這將對提聞生廣速度提供了良好條件。飛機采用活塞汽油機加螺旋槳作為動力，對于無人機也可采用鋰電池和電機作動力。機艙設計成橢圓形，頂部可加透明機艙罩。對于無人機的機艙可設計成圓形，無機艙罩，用于放置有效載重如相機等東西。飛機的起落用機腿，也設計成軟體結構，可另充入一定壓力的空氣，代替了硬質的起落架，簡單、輕巧還有良好的緩沖作用，優(yōu)于帶減震器的機構。也可充入一定量的液體，用于調節(jié)配重。由于該飛機用于民用目的作低速飛行，機腿是固定的，不能收放。飛機的操縱采用電子的機電一體化操作。配件一律購買。本發(fā)明的飛機主要是涉及飛機本體，對配件不做過多的敘述。本發(fā)明的飛機給出兩款實例載人機機長12米，翼展12米，形狀如圖，翼面積55. 72平方米，載2人，用64馬力汽油機。
機長3. 86米，翼展2. 06m，翼面積6. 19平方米，空重9公斤，電機推動，無載重起飛 速度24公里每小時，有效載重可15公斤，配以4千瓦電機，可作無人機使用。
權利要求
1.一種軟體結構飛機，其特征在于使用高強高模聚乙烯和芳綸纖維紡織面料和聚氨酯氣密性薄膜復合在一起的柔軟面料，制成無骨架、無張線、多縱向韌帶的氣囊類整體飛機結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的軟體結構飛機，其特征在于機翼、機身融為一體。
3.根據(jù)權利要求I所述的軟體結構飛機，其特征在于機艙為氣囊類結構，并與機身融為一體，不可分割拆卸。
4.根據(jù)權利要求I所述的軟體結構飛機，其特征在于作為起落用的機腿為氣囊類結構，并與機體焊接在一起。
5.根據(jù)權利要求I所述的軟體結構飛機，其特征在于所述飛機的懸掛用軟硬連接付是 一對軟硬各半的組合機構，軟的是高頻電流焊接在飛機機體表面上的與飛機機體同樣材料的片狀面料，硬的是夾插在其中可隨時拔出的硬質金屬塊。
6.根據(jù)權利要求I所述的軟體結構飛機，其特征在于飛機的動力、操控、機電系統(tǒng)和輪胎總成都是通過飛機本體的懸掛用軟硬連接付連接固結的，具有可拆卸的特點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛機，其基本材料是高強度纖維紡織面料如高強高模聚乙烯紡織面料與高分子薄膜材料如聚氨酯熱塑彈性體薄膜復合而成，非常柔軟而堅韌，又有良好的氣密性。把這種材料制成氣囊類結構，按照空氣氣動力學要求制成飛機形狀，即包括機身、機翼、尾翼、垂尾、起落架、和機艙等渾然成一整體。然后配上普通動力和螺旋槳等機構制成飛機。這種飛機輕盈，可超低速短距離起飛和降落起降，可以不依賴機場；結實、防碰撞、安全；容易制造，成本低廉，充氣成形，放氣可以折疊。為飛機的小型化、個性化、家庭化和大量普及創(chuàng)造了條件。
文檔編號B64C3/30GK102765470SQ20111012494
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權日2011年5月5日
發(fā)明者張丙炎 申請人:張丙炎