固定翼飞行器总成

1.本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种固定翼飞行器总成。


背景技术：

2.垂起和短距起落飞机(vstol，verticalandshorttake-offandlanding)因其减少了甚至完全摆脱了对跑道的依赖在近年来在军、民两个领域都引起了人们广泛的关注。
3.目前主流的vstol飞机主要有以下三种：一种是以“鹞式”战斗机和f-35“闪电”为代表的通过倾转发动机喷口获得矢量推力而实现垂直起降的方案；一种是所谓的“旋翼固定翼复合式高速直升机”方案,即将直升机旋翼与具有机翼的常规飞行器结合起来,形成复合式飞行器,以直升机模态起降,以固定翼模态平飞；第三种方案就是倾转旋翼,通过倾转发动机和旋翼实现垂直起降和平飞的转换,该方案在美国波音公司与贝尔实验室联合研制的鱼鹰“v-22”上获得应用,并在开发其衍生版本“v-44”。
4.但不论是倾转发动机喷口的机械式矢量喷管，还是将旋翼和固定翼结合起来的复合式机翼，亦或是利用机械结构将发动机和旋翼倾转来实现的动力偏转，都存在着一个问题，就是增加了机械结构的复杂性，直接的增加了控制难度，同时也会增加飞机的结构质量，对飞机的续航能力、航程和飞行的鲁棒性都会有不同程度的影响，降低了系统可靠性。
5.因此，为解决以上问题，需要一种固定翼飞行器总成，能够在很好的实现减少飞机结构质量的同时，提高飞行器的操控性。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供固定翼飞行器总成，能够在很好的实现减少飞机结构质量的同时，提高飞行器的操控性。
7.本发明的固定翼飞行器总成，包括
8.机身，所述机身用于连接其它零部件；
9.机翼，所述机翼呈环绕于机身的闭口环形；
10.所述机翼以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机身形成固定，所述机翼固定于机身延伸方向的中部；
11.动力装置，所述动力装置至少包括用于作为动力源的发动机和用于调整机身姿态的气动矢量喷管，所述气动矢量喷管被控制的喷气；
12.所述动力装置为多个，多个所述动力装置沿机翼的周缘分布，多个所述动力装置以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机翼形成固定。
13.进一步，所述机翼由前向后斜向上倾斜固定于机身。
14.进一步，所述动力装置在机身高度方向中部的上方布置有两个，两个所述动力装置靠近机身布置在机翼的下边缘。
15.进一步，所述动力装置在机身高度方向中部的下方布置有四个，四个所述动力装置布置在机翼的下边缘；其中两个动力装置靠近机身布置，另外两个动力装置远离机身布
置。
16.进一步，位于机身同侧的三个所述动力装置呈三角形分布，且位于机身高度方向中部下方的两个动力装置分设在位于机身高度方向中部上方的动力装置的两侧。
17.本发明的有益效果是：本发明公开的一种固定翼飞行器总成，本发明将气动矢量技术与分布式动力布局相结合，为飞机提供了直接力的控制，气动矢量技术在工作时不需要对喷管进行几何外形的改变，只需要内部气动力的作用就能使推力发生偏转，使用气动矢量技术可以摆脱飞机了对尾翼和方向舵等操纵舵面的依赖，降低了飞机的结构重量和系统复杂性，同时还降低了飞行时的阻力，增强了飞机的气动特性；并且分布式动力布局的冗余可以给飞机更为可靠的推力保障，所以较传统飞机其具有更好的气动效率、载运能力以及在飞行控制与推力提供的鲁棒性；与此同时本发明抛弃了传统的机翼外形设计，采用了环形机翼的气动布局，可以增强飞机的机翼结构强度、减少飞机的诱导阻力，进一步提升飞机的升阻比，而且环形机翼的设计可以让飞机在空中小半径转弯时避免出现两侧机翼的速度差，导致的内侧机翼速度过慢而出现翼尖失速的现象，从而提高飞机的飞行稳定性，环形机翼和气动矢量技术的结合使用可以提升飞机的转弯机动性，可以以较小的机翼倾斜角度实现较大的转弯速率和较小的转弯半径。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的主视结构示意图；
21.图3为本发明的侧视结构示意图；
22.图4为本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式
23.图1为本发明的结构示意图，如图所示，所述机身1的长度方向为横向，在横向上机头位置为前，在横向与前相反的方向为后，所述的上下即为机身1高度方向的上下，在此不再赘述；本实施例中的固定翼飞行器总成包括机身1，所述机身1用于连接其它零部件；机翼2，所述机翼2呈环绕于机身1的闭口环形；所述机翼2以机身1的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机身1形成固定，所述机翼2固定于机身1延伸方向的中部；如图所示的，闭口环形的机翼2呈扁口状装配在机身1的横向中部，动力装置，所述动力装置至少包括用于作为动力源的发动机3和用于调整机身1姿态的气动矢量喷管4，所述气动矢量喷管4被控制的喷气；所述动力装置为多个，多个所述动力装置沿机翼2的周缘分布，多个所述动力装置以机身1的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机翼2形成固定，以利于保证无人机飞行的稳定性，同时也利于对无人机的姿态进行调整。所述动力装置的壳体与机翼2形成固定，所述动力装置采用现有技术的任一种，能够具备上述特征，实现对应功能即可，在此不再赘述；本方案中的动力装置为无人机用发动机3的任一种，该发动机3的喷管为气动矢量喷管4；采用本方案构造的无人机能够在很好的实现减少飞机结构质量的同时，提高飞行器的操控性。
24.本实施例中，所述机翼2由前向后斜向上倾斜固定于机身1。如图所示的，机翼2的斜展布置能够增加机翼2面积，同时环形机翼2的前、后机翼2不在一个平面上，能够防止流
过前机翼2的气流对后机翼2产生影响；同时在空中飞行时，由于前机翼2与后机翼2不在一个平面内，可以通过对前、后机翼2发动机3的差动控制，辅助飞机进行姿态变换的便捷操作。
25.本实施例中，所述动力装置在机身1高度方向中部的上方布置有两个，两个所述动力装置靠近机身1布置在机翼2的下边缘；所述动力装置在机身1高度方向中部的下方布置有四个，四个所述动力装置布置在机翼2的下边缘；其中两个动力装置靠近机身1布置，另外两个动力装置远离机身1布置；如图所示，发动机3共为按照既定位置安装在机翼2下边缘的6个，位于机身1同侧的三个所述动力装置呈三角形分布，且位于机身1高度方向中部下方的两个动力装置分设在位于机身1高度方向中部上方的动力装置的两侧，由于发动机3的空间布置关系，使得本方案能够满足无人机多姿态的飞行情况，并且改变无人机姿态的方式仅为对发动机3的气动矢量喷管4调整，提高了无人机的操控性；实际使用时动力装置的数量还可根据实际情况增减，在此不再赘述。
26.本实施例中，在很好的实现减少飞机结构质量的同时，也将气动矢量技术稳定可靠的动力偏转能力和分布式动力布局的优秀操控性结合在一起，同时为了提高飞机机翼2结构强度、减少诱导阻力和提高升阻比，采用了环形机翼2，形成了一种崭新的机型方案。
27.本发明基本思路为：选用环形机翼2的布局，在机翼2下安装多个发动机3来实现分布式动力；发动机3的喷管使用气动矢量喷管4，在飞机起飞和降落时开启，产生一个向下的偏转动力使飞机能够短距离甚至垂直起降；同时，在空中可以利用发动机3和气动矢量喷管4的差动工作可以完成飞行姿态的改变。所以本发明所述飞机可以摆脱对尾翼和方向舵的依赖，这可以进一步的减少飞机的结构重量。
28.更为详细的，本方案中固定翼飞行器总成包括：
29.机身1：飞机的主要部件，承担有效载荷和连接其它各部件；
30.机翼2：采用环形机翼2与机身1上下固定连接，左右对称的安装在飞机机身1两侧，主要提供飞机的升力，机翼2下安装有动力装置。该环形机翼2在下半机翼2(前)部分左右各两个发动机3呈对称安装；上半机翼2(后)部分左右各安装一台发动机3。
31.上面所述的环形机翼2斜置与机身1上下，主要是为了增加机翼2面积，同时环形机翼2的前、后机翼2不在一个平面上，即后机翼2的翼面高于前机翼2的翼面，这主要是为了防止流过前机翼2的气流对后机翼2产生影响。同时在空中飞行时，由于前机翼2与后机翼2不在一个平面内，可以通过对前、后机翼2发动机3的差动控制，辅助飞机进行俯仰操作；
32.上面所述的发动机3呈分布式动力布局安装于机翼2下方，本发明中所采用的发动机3其喷管均使用气动矢量喷管4(该喷管可以通过控制装置开启，开启后可以对推力进行一定角度的偏转，关闭后其会作为一个正常的发动机3尾喷管工作)，以实现飞机的短距起降，和飞行途中的姿态的转变。具体实施方案如下：
33.在起飞时，开启气动矢量喷管4，使推力向下偏转一个角度，给飞机施加一个竖直向上的一个分力，能更快的脱离地面，达到短距离起飞的目的；在飞机上升到一定高度，它的机翼2所产生的升力足以和重力平衡时关闭气动矢量喷管4。
34.在高空中飞行时，偏航机动可以通过对飞机两侧的发动机3进行差动工作来实现，具体的：当飞机想要向顺时针方向偏航时，控制左侧发动机3的转速增加，产生一个顺时针的力矩使飞机顺时针偏航，反之亦然；
35.滚转机动则是可以通过气动矢量喷管4产生的一个偏转力来实现，具体的：当飞机顺时针滚转时，开启前机翼2左侧发动机3的气动矢量喷管4，产生一个向下的推力进而给飞机一个顺时针的滚转力矩，后机翼2左侧发动机3保持正常工作状态，以维持滚转稳定性；
36.俯仰机动的实现有两种方式：
37.1、因为前后翼面不在一个平面上，且后机翼2翼面要高于前机翼2翼面，所以可以通过控制前后机翼2上的发动机3差动工作就可以产生一个抬头或者低头的力矩。
38.2、不过由于本发明所述飞机使用的是气动矢量喷管4，可以更加轻松的实现俯仰，具体的：当要实现一个低头的姿态时，可以控制前机翼2上的发动机3保持正常工作，后机翼2上的发动机3打开气动矢量喷管4，将后机翼2上发动机3产生的推力进行一个偏转，从而得到一个低头力矩。相应的，如要实现一个抬头的姿态时，保持后机翼2上的发动机3正常工作，打开前机翼2上发动机3的气动矢量喷管4，就可以得到一个抬头力矩。
39.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种固定翼飞行器总成，其特征在于：包括机身，所述机身用于连接其它零部件；机翼，所述机翼呈环绕于机身的闭口环形；所述机翼以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机身形成固定，所述机翼固定于机身延伸方向的中部；动力装置，所述动力装置至少包括用于作为动力源的发动机和用于调整机身姿态的气动矢量喷管，所述气动矢量喷管被控制的喷气；所述动力装置为多个，多个所述动力装置沿机翼的周缘分布，多个所述动力装置以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机翼形成固定。2.根据权利要求1所述的固定翼飞行器总成，其特征在于：所述机翼由前向后斜向上倾斜固定于机身。3.根据权利要求2所述的固定翼飞行器总成，其特征在于：所述动力装置在机身高度方向中部的上方布置有两个，两个所述动力装置靠近机身布置在机翼的下边缘。4.根据权利要求3所述的固定翼飞行器总成，其特征在于：所述动力装置在机身高度方向中部的下方布置有四个，四个所述动力装置布置在机翼的下边缘；其中两个动力装置靠近机身布置，另外两个动力装置远离机身布置。5.根据权利要求4所述的固定翼飞行器总成，其特征在于：位于机身同侧的三个所述动力装置呈三角形分布，且位于机身高度方向中部下方的两个动力装置分设在位于机身高度方向中部上方的动力装置的两侧。

技术总结
本发明公开了一种固定翼飞行器总成，包括机身，所述机身用于连接其它零部件；机翼，所述机翼呈环绕于机身的闭口环形；所述机翼以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机身形成固定，所述机翼固定于机身延伸方向的中部；动力装置，所述动力装置至少包括用于作为动力源的发动机和用于调整机身姿态的气动矢量喷管，所述气动矢量喷管被控制的喷气；所述动力装置为多个，多个所述动力装置沿机翼的周缘分布，多个所述动力装置以机身的中心轴线为对称轴呈轴对称的方式与机翼形成固定；能够在很好的实现减少飞机结构质量的同时，提高飞行器的操控性。操控性。操控性。


技术研发人员：张浩 于洋 于涛 梁思佳 杨雅琳
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/4/5