本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇。

背景技術(shù)：

飛艇是由動力推進(jìn)的輕于空氣的航空器，也是浮空器的一種，是利用輕于空氣的氣體提供升力。由于飛艇與飛機(jī)相比飛行速度較低，起降場地簡單，不需要長距離跑道，與直升機(jī)相比，載重量大，定點(diǎn)時燃油消耗率極小。所以飛艇可以作為高速和高耗能飛行器的補(bǔ)充，可用于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、極地探險、抗災(zāi)救險、實(shí)況轉(zhuǎn)播等民用領(lǐng)域；也可用于搜救、海岸警衛(wèi)等軍用領(lǐng)域。

現(xiàn)代飛艇分為傳統(tǒng)飛艇和組合式飛艇，組合式飛艇不是傳統(tǒng)意義上的飛艇，它是將傳統(tǒng)飛艇和飛機(jī)(速度快)、直升機(jī)(可以垂直起飛著陸)三者的優(yōu)點(diǎn)組合起來，即將動力飛行器和靜力飛行器的優(yōu)點(diǎn)組合在一起，以求在幾何尺寸增加不多的情況下，發(fā)揮出浮升體與氣動體共同的優(yōu)勢，提供承載比常規(guī)飛艇數(shù)倍至十幾倍的有效載荷的能力。

王曉慧等人在專利號為CN102717887A的中國專利中公開了一種采用充氣式機(jī)翼和可傾轉(zhuǎn)螺旋槳的臨近空間飛艇。該飛艇的可傾轉(zhuǎn)螺旋槳在艇體上部沿縱軸安裝。飛艇垂直起飛、著陸和懸停時，可傾轉(zhuǎn)螺旋槳的軸垂直于地面，提供向上的升力；飛艇水平飛行時?？蓛A轉(zhuǎn)螺旋槳的軸向前或向后傾轉(zhuǎn)90°角，呈水平狀態(tài)，當(dāng)做拉力螺旋槳使用，使飛艇加速或減速。該飛艇方案存在的不足在于螺旋槳安裝在艇體上翼面，在垂直起飛、著陸和懸停時螺旋槳的軸垂直于地面，此時螺旋槳滑流直接流經(jīng)艇體上翼面，不利于產(chǎn)生升力，并且?guī)砗軓?qiáng)的槳-身干擾，使得飛行穩(wěn)定性降低。

雖然組合式飛艇有許多好處，但一直停留在理論及實(shí)驗(yàn)研究，沒事實(shí)際的成品應(yīng)用，要突破這種情況就要解決組合飛艇的難題-1、總體設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)包括：浮力體與升力面結(jié)合的總體布局設(shè)計(jì)研究；浮力體、機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、推進(jìn)系統(tǒng)等一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。2、低阻力、靜升力綜合氣動布局設(shè)計(jì)。該技術(shù)包括：動升力與靜升力匹配研究；機(jī)翼與浮升體氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)；穩(wěn)定面與操縱面設(shè)計(jì)；氣動特性研究；適于浮升式飛行器的氣動數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)方法研究。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)包括：復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜、動力強(qiáng)度與剛度的設(shè)計(jì)研究；復(fù)雜載荷環(huán)境下結(jié)構(gòu)整體及多種連接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的高可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)；4、吊艙、機(jī)翼與艇身的連接方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本項(xiàng)目的技術(shù)解決問題：本項(xiàng)目從這些難題出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇。

解決方案：一種可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇，包括艇身、機(jī)翼、連接桿件、吊艙、可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)、起落架；飛艇的整體為可拆裝式的，機(jī)翼在艇身兩側(cè)。

所述的機(jī)翼為梯形形狀機(jī)翼，根梢比為4，翼型為一種S翼型，分別由翼梢小翼，前半圓機(jī)翼、后半圓機(jī)翼和內(nèi)側(cè)機(jī)翼組合而成。

所述的艇身分割成三個部分留出空隙使得剛性連接桿穿過艇身連接個部分，通過橫向截面橢圓的長軸所組成的平面分割成兩半，其中的一半在通過橫向截面橢圓的短軸所組成的平面分割成兩半；艇身縱向截面為對稱翼型，其對稱面處的翼型為自行設(shè)計(jì)的，厚度為50％，最高厚度位置為40％，橫向截面為橢圓，橢圓方程為其中b為縱向?qū)ΨQ面處的翼型的厚度的一半；艇身的尾部加有升降舵面。

所述的可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)由兩個驅(qū)動螺旋槳的電機(jī)，大扭力舵機(jī)，連接剛性桿和飛控系統(tǒng)組成；兩個電機(jī)在機(jī)翼圓形空隙圓心處，通過剛性桿相連，使用大扭力舵機(jī)通過連桿舵盤與剛性桿連接驅(qū)動實(shí)現(xiàn)傾轉(zhuǎn)，電機(jī)下面為十字形布局舵面，用于垂直起降時控制穩(wěn)定；舵面控制通過飛控控制，飛控安裝在剛性桿中間位置，跟隨傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)90度旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：

1、沒有尾翼，大大降低了阻力；

2、水平飛行時采用電機(jī)差動，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動性好；

3、垂直起降是，利用在滑流下的十字形布局舵面調(diào)整穩(wěn)定，舵效高，而且相比目前傾轉(zhuǎn)垂直裝置機(jī)械簡單；

4、艇身縱向?qū)ΨQ面翼型是通過氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用Fluent軟件計(jì)算得到的，氣動性能優(yōu)秀；

5、通過將艇身分割成三部分，這樣將艇身裝配原來形狀時就給剛性桿留下空隙，使得兩側(cè)機(jī)翼可以通過碳桿連接，并且可以通過碳桿與下面吊艙連接，解決了復(fù)雜載荷環(huán)境下結(jié)構(gòu)整體及多種連接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的高可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，使得剛性的機(jī)翼，吊艙等不直接連接在柔性的艇身上；

6、機(jī)翼、傾轉(zhuǎn)動力裝置、能源和載荷吊艙直接通過碳桿連接，其大部分重量集中在剛性桿上。

附圖說明

圖1為可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇隔框；

圖2為可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇的拆分圖；

圖3為留空處結(jié)構(gòu)圖；

圖4為可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇俯視圖；

圖5為可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)的主視圖；

圖6為可傾轉(zhuǎn)動力裝置俯視圖；

圖7為可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇主視圖；

圖8為可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施包括艇身、機(jī)翼、連接桿件、吊艙、可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)。飛艇的重心在飛艇的40％位置，即連桿所安放的位置。

下面結(jié)合附圖具體說明，附圖僅供于理解

所述的艇身是通過前期利用NACA0020翼型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)厚度為50％的對稱翼型，再通過Fluent分析出重新設(shè)計(jì)最優(yōu)對稱翼型。艇身制作通過三維設(shè)計(jì)軟件分段建立其結(jié)構(gòu)圖，如圖1分別為飛艇隔框，導(dǎo)入工程到使用CAD再使用激光雕刻機(jī)，使用輕木制作成骨架，由于骨架僅維持形狀，所以盡量做到減重其厚度寬度可以適當(dāng)減小。最后使用PVC艇膜撲在骨架密封。圖2中1為艇身的上半段，2，3為艇身的下兩半段。艇身留出碳桿穿插處在第三個隔框及在重心位置，留空處結(jié)構(gòu)見圖3。

所述機(jī)翼是分段的，如圖4所示，4為前半圓機(jī)翼，5為后半圓機(jī)翼，6為翼梢半圓翼，7內(nèi)側(cè)機(jī)翼，使用航空木料和蒙皮制作。組合成一體的機(jī)翼根梢比為4，前緣后掠角為48度，后緣后掠角為46度。

如圖5和圖6分別為可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)的主視圖和俯視圖，8為十字形布局舵盤，9為控制傾轉(zhuǎn)的舵機(jī)，10為飛控系統(tǒng)，11為連桿，12為動力系統(tǒng)采用無刷電機(jī)，13為吊艙用于放置載荷和電池。兩個電機(jī)安放在機(jī)翼圓形空隙圓心處位置。

所述一種可拆裝傾轉(zhuǎn)動力的飛翼式復(fù)合升力飛艇，總裝是通過T形碳桿穿過艇囊連接吊艙、可傾轉(zhuǎn)動力裝置和控制系統(tǒng)、機(jī)翼和艇囊。三段艇囊通過囊表面和機(jī)翼內(nèi)側(cè)面的尼龍搭扣連接，碳桿為空心的，可以將線路布置在里面。飛艇的拆分圖如圖2。

飛行原理：在垂直起降時，螺旋槳如圖5所示狀態(tài)，通過飛控系統(tǒng)的三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)傳感器反饋到控制十字形布局舵面，使得飛艇穩(wěn)定起飛。當(dāng)平飛時，通用遙控控制大扭力舵機(jī)進(jìn)行傾轉(zhuǎn)，位置示意圖如圖6。在轉(zhuǎn)彎是，兩個電機(jī)可以進(jìn)行差動控制，可以大幅度縮小轉(zhuǎn)彎半徑。當(dāng)飛艇小幅度爬升時，如果需要快速爬升時使用兩個電機(jī)傾轉(zhuǎn)一定角度，如果需要緩慢爬升使用飛艇尾部的升降舵面。