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专利名称：一种轻型电动可垂直升降飞机

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210297702.5

专利申请（专利权）人：朱世友
权利人地址：山东省聊城市高唐县金城西路192号1号楼2单元301室

专利发明（设计）人：朱世友

专利摘要：本发明公开了一种轻型电动可垂直升降飞机，涉及飞机领域，包括升力系统、飞行操控系统、安全保障系统；所述升力系统包括倒U型翼、平翼、旋翼、小型旋翼、尾翼、驾驶舱；所述飞行操控系统包括设置在旋翼的转轴上的两个导电滑环石英振荡源电动机控制器，动力电动机和旋翼倾转装置；所述安全保障系统包括电压电流检测仪、温度传感器、测速器、空速仪、经纬仪、高度仪、摄像头、报警装置、降落伞、电池抛弃装置、泄流孔；围绕机翼面积和整机结构，让倒U型翼和平翼气动性能得到最大发挥。利用伯努利效应原理，对平翼气动性能进行提升，多方面的优化配置和优化气动布局，极大的增加了升力，实现了大幅度节能的目的，具有优异的使用效果。

主权利要求：
1.一种轻型电动可垂直升降飞机，包括升力系统、飞行操控系统、安全保障系统；其特征在于：
所述升力系统包括倒U型翼、平翼、旋翼、小型旋翼、尾翼、驾驶舱；所述倒U型翼两侧下垂1.2?1.6米，外倾与翼顶呈120°角，倒U型翼的翼前沿外翘六厘米，所述翼前沿上设有导流板条；所述平翼包括前平翼和后平翼，且数量均为两个，所述前平翼位于倒U型翼前侧左右两端的下边沿处，所述后平翼位于倒U型翼后侧左右两端，后平翼高度高于前平翼，前平翼和后平翼的水平面与倒U型翼的参照平面均为互相平行；所述旋翼通过动力电动机进行控制，所述旋翼包括前旋翼和后旋翼，且数量均为两个；所述前旋翼位于倒U型翼的翼顶下方，所述后旋翼一一对应分布在两个后平翼上；所述小型旋翼的数量为四个，两两对应分布在后平翼上，且位于后旋翼的外侧；所述小型旋翼通过固定电动机进行控制；所述尾翼包括尾垂翼和尾平翼，所述尾垂翼位于倒U型翼的后端，所述尾平翼位于尾垂翼上端，所述尾平翼上通过电动机及转动蜗轴连接尾平翼副翼；所述驾驶舱位于倒U型翼的前端下方；
所述飞行操控系统包括设置在旋翼的转轴上的两个导电滑环，所述导电滑环一侧设有高速轴承，导电滑环另一侧设有内滑环，所述内滑环接石英振荡源转速控制器；所述内滑环外设有石墨铜导电柱，所述石墨铜导电柱通过弹簧连接铜外壳；所述铜外壳接电池电源线；
所述导电滑环的两侧安装在尼龙内套内部，所述两个尼龙内套通过防倒丝卡片及螺丝连接；所述石英振荡源转速控制器电性连接桨叶变距电动机，所述桨叶变距电动机上设有蜗轴，所述蜗轴啮合连接位于旋翼的桨叶轴上的齿轮；
所述安全保障系统包括降落伞、电池抛弃装置、泄流孔；所述降落伞包括安装在倒U型翼上侧的金属火药盒、伞布托盘、降落伞绳、降落伞本体，所述金属火药盒内设有电子点火器和爆喷强度调整螺丝，所述伞布托盘内腔与金属火药盒内部连通，所述伞布托盘与金属火药盒之间设有橡胶密封圈；所述伞布托盘的内腔内设有铅柱，所述铅柱连接降落伞绳，所述降落伞本体位于伞布托盘上端；所述电池抛弃装置包括电池箱，所述电池箱上沿两边安装两个第一直线轴承，与电池箱两个第一直线轴承对应的飞机机架安装两个第二直线轴承，对应的第二直线轴承用电磁插销连接；所述泄流孔位于倒U型翼上并通过电动推杆运行。
2.根据权利要求1所述的轻型电动可垂直升降飞机，其特征在于：所述前旋翼设有圆形整流罩，所述后旋翼和小型旋翼均设有长方形整流罩。
3.根据权利要求1所述的轻型电动可垂直升降飞机，其特征在于：所述倒U型翼的翼顶为穹顶。 说明书 : 一种轻型电动可垂直升降飞机技术领域[0001] 本发明涉及飞机领域，具体是一种轻型电动可垂直升降飞机。背景技术[0002] 目前，世界各国都在研究试验电动飞机，是低碳的需要，也是拉动需求的需要。但各式各样的试验机，定型机，都没有克服因电池储能少功重比小而带来的续航能力短的这一关键而主要的难题。电动飞机专家组织，针对电动飞机未来应用发展提出了五大内容：攻克电池轻量化难题，气动布局创新，结构创新，航电控制系统创新，空管政策调整。通过以上五大内容。才能够使电动飞机逐步广泛进入实用化阶段。[0003] 国内的定型电动飞机，沈飞RX4E锐翔，在整机构造方面，采用上单翼，前置螺旋桨，滑行起飞，和传统的上单翼飞机相比，并无新颖变化和创新。德国公司研发了一款垂直升降电动飞机，使用36个电动机推动，安装在可转动的襟翼上，飞机机翼很长，飞机很大，制造难度较大，可用于短途航运，广泛实用受限。[0004] 在增大机翼面积方面，燃油飞机有了一定的进步。如国产055舰配备的垂直起降无人机，美国的B2轰炸机，未投入使用的SR?91“曙光”侦察机，都把飞机机身下部与机翼下平面，设计成了一个平面，实现了整机下面都是一个面平的结构，使升力大幅度的提高，可见增大机翼的必然发展趋势。[0005] 在气动布局方面，任何一点小的布局及设置，都会对飞机气动性能产生影响。在通过气动布局来增加升力方面，俄罗斯的47金雕战斗机，将后掠的两侧机翼，改成了前掠机翼，让两侧机翼前沿激波产生的诱导气流，流向飞机身下方被利用。从而提高飞机升力。歼20战斗机，创造性的在飞机机翼前沿，与机身连接处，加装边条，优化了机翼升力气动布局，使其系统布局得到了优化改进。[0006] 综上，突破改变电动飞机续航时间短这一难题，首先是要增大机翼面积，其次是创新使用先进的气动布局，采用轻量化的材料，是解决问题的三种必然途径，有效途径。发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种轻型电动可垂直升降飞机，设计了速度低，大载荷，气动布局先进，无需高机动性的四个特点，使飞机多数方面有了长足的发挥和发展，使飞机升力和整体性能有了很大的进步。[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轻型电动可垂直升降飞机，包括升力系统、飞行操控系统、安全保障系统；[0009] 所述升力系统包括倒U型翼、平翼、旋翼、小型旋翼、尾翼、驾驶舱；所述倒U型翼两侧下垂1.2?1.6米，外倾与翼顶呈120°角，倒U型翼的翼前沿外翘六厘米，所述翼前沿上设有导流板条；所述平翼包括前平翼和后平翼，且数量均为两个，所述前平翼位于倒U型翼前侧左右两端的下边沿处，所述后平翼位于倒U型翼后侧左右两端，后平翼高度高于前平翼，前平翼和后平翼的水平面与倒U型翼的参照平面均为互相平行；所述旋翼通过动力电动机进行控制，所述旋翼包括前旋翼和后旋翼，且数量均为两个；所述前旋翼位于倒U型翼的翼顶下前方，所述后旋翼一一对应分布在两个后平翼上；所述小型旋翼的数量为四个，两两对应分布在后平翼上，且位于后旋翼的外侧；所述小型旋翼通过固定电动机进行控制；所述尾翼包括尾垂翼和尾平翼，所述尾垂翼位于倒U型翼的后端，所述尾平翼位于尾垂翼上端，所述尾平翼上通过电动机及转动蜗轴连接尾平翼副翼；所述驾驶舱位于倒U型翼的前端下方；[0010] 所述飞行操控系统包括设置在动力电动机和旋翼转轴上的两个导电滑环，所述导电滑环一侧设有高速轴承，导电滑环另一侧设有内滑环，所述内滑环接石英振荡源转速控制器；所述内滑环外设有石墨铜导电柱，所述石墨铜导电柱通过弹簧连接铜外壳；所述铜外壳接电池电源线；所述导电滑环的两侧安装在尼龙内套内部，所述两个尼龙内套通过防倒丝卡片及螺丝连接；所述石英振荡源转速控制器电性连接桨叶变距电动机，所述桨叶变距电动机上设有蜗轴，所述蜗轴啮合连接位于旋翼的桨叶轴上的齿轮；[0011] 所述安全保障系统包括降落伞、电池抛弃装置、泄流孔；所述降落伞包括安装在倒U型翼前上侧的金属火药盒、伞布托盘、降落伞绳、降落伞本体，所述金属火药盒内设有电子点火器和爆喷强度调整螺丝，所述伞布托盘内腔与金属火药盒内部连通，所述伞布托盘与金属火药盒之间设有橡胶密封圈；所述伞布托盘的内腔内设有多个铅柱，所述铅柱连接降落伞绳，所述降落伞本体位于伞布托盘上端；所述电池抛弃装置包括电池箱，所述电池箱上沿两边安装两个第一直线轴承，与电池箱两个第一直线轴承对应的飞机机架安装两个第二直线轴承，对应的第二直线轴承用电磁插销连接；所述泄流孔位于倒U型翼上并通过电动推杆开闭。[0012] 优选的，所述前旋翼设有圆形整流罩，所述后旋翼和小型旋翼均设有长方形整流罩。[0013] 优选的，所述倒U型翼的翼顶为穹顶。[0014] 本发明的有益效果是：1.倒U型翼可较传统飞机升力面积提高60％以上，并且使翼下方气流强度或者密度高，前两动力电动机和旋翼在产生拉力的同时，排出的气流进入倒U型翼后，因有两侧下垂的边沿，气流不宜流向外侧，绝大部分被利用；倒U型翼两则下垂的边沿外倾120度，有利于提高对巡航飞行时的横向稳定性，同时可起到飞机垂直尾翼的作用，倒U型翼和两侧平翼利用碳纤维板制造，在大幅度的有效增加升力的同时，也提高了整机的巡航稳定性。[0015] 2.设置倒U型翼加平翼，围绕机翼面积和结构，通过四个动力电动机和旋翼，让倒U型翼气动性能得到最大发挥，同时又能够傾转进行垂直升降和平飞，设置四个固定电动机，利用伯努利效应原理，对平翼气动性能进行提升，多方面的优化配置和空气动力使用优化，极大的增加了升力，实现了大幅度节能的目的，具有优异的使用效果；飞机前方两动力电动机和旋翼的导流罩为圆型，后方为长方形；以适应倒U型翼气流的需要；飞机后方的两动力电动机和旋翼，以及四个固定电动机导流罩前方均为长方形，最大的发挥平翼的气动特性。[0016] 3.该飞机主机架和四个动力电动机和旋翼的架体及少部分可选择使用铝合金，金属，其他部分可选择使用较轻材料，例如碳纤维材料和铝合金箔，尼龙，工程塑料，整机重量很轻，可使飞机大量减重。附图说明[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018] 图1是本发明的结构示意图。[0019] 图2是导电滑环的结构示意图。[0020] 图3是旋翼桨叶轴的结构示意图。[0021] 图4是降落伞的结构示意图。[0022] 图5是电池抛弃装置的结构示意图。[0023] 图6是倒U型翼气流示意图。[0024] 图中，1.倒U型翼，2.前平翼，3.后平翼，4.前旋翼，5.后旋翼，6.小型旋翼，7.尾垂翼，8.尾平翼，9.尾平翼副翼，10.导流板条，11.驾驶舱，12.电动机，13.转动蜗轴，14.高速轴承，15.内滑环，16.石墨铜导电柱，17.弹簧，18.铜外壳，19.尼龙内套，20.防倒丝卡片，21.螺丝，22.桨叶变距电动机，23.蜗轴，24.桨叶轴，25.齿轮，26.电池箱，27.泄流孔，28.电子点火器，29.电磁插销，30.金属火药盒，31.伞布托盘，32.降落伞绳，33.降落伞本体，34.爆喷强度调整螺丝，35.橡胶密封圈，36.铅柱，37.第一直线轴承，38.第二直线轴承。具体实施方式[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0026] 参照图1?6，本实施例提供一种轻型电动可垂直升降飞机，包括升力系统、飞行操控系统、安全保障系统；[0027] 所述升力系统包括倒U型翼1、平翼、旋翼、小型旋翼6、尾翼、驾驶舱11；所述倒U型翼1两侧下垂1.2?1.6米，外倾与翼顶呈120°角，使进入翼内的气流不易流向两侧，使升力大幅度增加；倒U型翼1的翼前沿外翘六厘米，所述翼前沿上设有导流板条10，进一步提升升力；所述平翼包括前平翼2和后平翼3，且数量均为两个，所述前平翼2位于倒U型翼1前侧左右两端的下边沿处，所述后平翼3位于倒U型翼1后侧左右两端，后平翼3高度高于前平翼2，前平翼2和后平翼3的水平面与倒U型翼1的参照平面均为互相平行；所述旋翼通过动力电动机进行控制，动力电动机和旋翼可以垂直状态使飞机升降或者悬停，可以前倾90°前飞，可以后倾60°后飞；飞机左侧两个动力电动机和旋翼顺时针旋转，右侧两个动力电动机和旋翼逆时针旋转，以平衡转动给飞机带来的扭矩；所述旋翼包括前旋翼4和后旋翼5，且数量均为两个；所述前旋翼4位于倒U型翼1的翼顶下前方，所述后旋翼5一一对应分布在两个后平翼3上；所述小型旋翼6的数量为四个，两两对应分布在后平翼3上，且位于后旋翼5的外侧；所述小型旋翼6通过固定电动机进行控制；在产生拉力的同时，利用伯努利效应原理，将平翼上方气流流速加快流向后方，使平翼下方气流压力相对加大，进而增加升力；所述尾翼包括尾垂翼7和尾平翼8，所述尾垂翼7位于倒U型翼1的后端，所述尾平翼8位于尾垂翼7上端，所述尾平翼8上通过电动机12及转动蜗轴13连接尾平翼副翼9；设置尾垂翼7可保持飞机巡航左右方向稳定，尾平翼8保持飞机巡航时上下稳定；所述驾驶舱11位于倒U型翼1的前端下方；使驾驶舱11起一定的导流作用，既将驾驶舱11前方来流向上被导入倒U型翼1内加以利用；[0028] 所述飞行操控系统包括设置在动力电动机和旋翼的转轴上的两个导电滑环，所述导电滑环一侧设有高速轴承14，导电滑环另一侧设有内滑环15，所述内滑环15接石英振荡源转速控制器；所述内滑环15外设有石墨铜导电柱16，所述石墨铜导电柱16通过弹簧17连接铜外壳18；所述铜外壳18接电池电源线；所述导电滑环的两侧安装在尼龙内套19内部，所述两个尼龙内套19通过防倒丝卡片20及螺丝21连接；所述石英振荡源转速控制器电性连接桨叶变距电动机22，所述桨叶变矩电动机上设有蜗轴23，所述蜗轴23啮合连接位于旋翼桨叶轴24上的齿轮25；[0029] 所述安全保障系统包括降落伞、电池抛弃装置、泄流孔27；所述降落伞包括安装在倒U型翼1上侧的金属火药盒30、伞布托盘、降落伞绳、降落伞本体33，所述金属火药盒30内设有电子点火器28和爆喷强度调整螺丝34，所述伞布托盘内腔与金属火药盒30内部连通，所述伞布托盘与金属火药盒30之间设有橡胶密封圈35；所述伞布托盘的内腔内设有铅柱36，所述铅柱36连接降落伞绳，所述降落伞本体33位于伞布托盘上端；金属火药盒30内火药在电子电火器点燃后，火药爆喷，使空心的铝合金伞布托盘瞬间向上，连结伞绳的铅柱36同时被横向推出，降落伞本体33被瞬间打开；[0030] 所述电池抛弃装置包括电池箱26，所述电池箱26上沿两边安装两个第一直线轴承37，与电池箱26两个第一直线轴承37对应的飞机机架安装两个第二直线轴承38，对应的第二直线轴承38用电磁插销29连接；当启动电磁插销29返回拔出时，电池箱26自动脱落；[0031] 所述泄流孔27位于倒U型翼1上并通过电动推杆开闭；飞机在悬停工作时，如果遇到涡流，湍流导致飞机不稳定，泄流孔27将倒U形翼下的气流泄流，使飞机保持稳定。[0032] 所述后平翼3高于前平翼2的高出数值为倒U型翼1长度的十分之一；所述尾平翼8的高度高于后旋翼5五十厘米，尾平翼8距离倒U型翼1的距离为倒U型翼1长度的三分之二，保证尾平翼8不受前方动力电动机和旋翼产生的气流的交变影响；尾平翼8的长度为倒U型翼1宽度的二分之一；尾平翼8宽度是尾平翼8长度的二分之一；所述尾平翼副翼9的宽度为尾平翼宽度的二分之一；所述前旋翼4设有圆形整流罩，所述后旋翼5和小型旋翼6均设有长方形整流罩，所述圆形整流罩的直径和后旋翼5的长方形整流罩长度均为五十厘米，所小型旋翼6的长方形整流罩长度为三十厘米。[0033] 所述倒U型翼1的翼顶为穹顶。[0034] 本发明在使用时：1.起升状态，四个动力电动机和旋翼在垂直状态，启动并最高速旋转，此时需要让浆叶加距起飞；设置2个导电滑环供正负极电源；在弹簧17的推动中安装于铜外壳18接电池电源线完成导电；通过导电滑环的电源接入桨叶变矩电动机石英振荡源转速控制器，该控制器输出的直流电源能够保证所有桨叶变距电动机22精确的在一个转速转动；桨叶变距电动机22转动带蜗轴23转动，蜗轴23转动带动齿轮25转动，齿轮25转动带动桨叶轴24转动，实现桨叶变距；操作变距电动动转动，桨叶加距，飞机上升，停止桨叶变距，飞机进入悬停状态。[0035] 2.平飞状态，为四个动力电动机和旋翼架，设置倾转电动机及变速箱，使四个动力电动机和旋翼可前后扭转，实现四个动力电动机和旋翼前倾90°前飞，垂直悬停，后倾60°后飞。[0036] 3.爬升和转低飞状态，操作飞机动力电动机和旋翼的桨叶，加矩减矩以实现速度控制；平飞时操作电动机转动丝轴13转动，让尾平翼副翼9上倾，飞机爬升；反之尾平翼副翼9下倾转入低飞；尾垂翼7保持飞机平飞时的左右稳定。[0037] 当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

专利地区：山东

专利申请日期：2022-03-16

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114750938B