[实用新型]一种可垂直起降的喷气自旋转碟盘式飞行器

说明书

技术领域

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种可垂直起降的喷气自旋转碟盘式飞行器。

背景技术

无人机已成为近年来业界最火的名词之一，在航拍、快递、灾后搜救、数据采集等领域，无人机已获得广泛应用，而在警力、城市管理、农业、地质、气象、电力、快递、测绘、植保、喷洒农药、测绘、巡线等行业领域，无人机正在发挥越来越大的作用。预计未来无人机市场的消费总额将会成倍增加，商用无人机消费市场的增长潜力更大，适用于本实用新型垂直起降的喷气自旋转碟盘式飞行器的应用。

随着航空事业的飞速发展，人们对于飞行器的研究和探索越来越多元化、广泛化和科学化。

在传统的固定翼飞机和直升机领域，固定翼飞机速度快，航程远，航时长，但是大部分固定翼飞机起降受场地限制比较多，不能垂直起降和空中悬停；直升机起飞虽不受场地限制，能够悬停，但是我们知道，随着海拔升高，大气层空气密度会越来越小，低空高密度空气能够为旋翼飞行器飞行提供满意的条件(单位空间的空气质量高，同样的旋翼转速会对空气做更大的功，旋翼受到的反作用力也越大，即升力更大)，但在高空情况下，空气密度降低，即便旋翼转速高(由于材料强度限制，气动中所谓的激波影响，旋翼的转速也有限制)，也难获得更大的升力，飞行器就难以上升了，而且由于存在两个旋翼系统，直升机的气动外形不能像固定翼飞机一样设计得比较流畅，直升机的飞行阻力比固定翼飞机要大，因此气动性能不佳导致飞行速度较低。

相比于传统飞行器，碟形飞行器的发展越来越受到人们的重视。冷战期间，美军研制的一款垂直起降碟形飞行器(VZ-9Avrocar)，该飞行器直径约5.5米，高度约1米，机身大部分由铝材料制成，空重1.36吨。该飞行器中心为一大尺寸风扇，为飞行器提供升力和推力。飞行员通过操纵杆调整机身外部出气圆环孔位置改变出口气流方向从而达到对飞行器飞行姿态的控制。在气动布局上，由于该飞行器整个机体所受的压力中心与重心难以达到平衡，在整机悬空时具有内在的不稳定性，设计人员不得不增添一个独立于控制系统之外的稳定系统，从而增加了整体结构的复杂性。

另据英国《飞行国际》网站2008年8月27日报道，Fenstar 50无人机中心顶部位置有一升力风扇，且风扇下游曲面机身四周安装有一定数量的凸起翼梢，它是首个利用科恩达效应飞起来的飞行器，柯恩达效应指的是在物体表面曲率不是太大的情况下，利用摩擦让周边流体减速，从而造成流体依附表面进行流动。该飞行器碳纤维结构由lola group公司提供，其使用的两冲程内燃发动机所消耗的燃料为石油和汽油的混合物，最大起飞重量18.5kg，有效载荷5kg，能携带4L的燃油，依据其有效载荷的情况，其续航时间仅达到1小时。

再如飞行器M200Neuera利用8个电控风扇让其与地面之间保持3米左右的距离，并且无论是草地还是海面，M200Neuera飞行器都能够成功悬浮。而在贴地行驶速度与普通汽车无异，最快时速能达到160km/h，在海面上速度能够达到321km/h，而在7000米高空，最快速度能够达到643km/h，是目前最有希望量产的垂直起落飞行器。

针对这些天马行空、外形迥异的飞行器进行分析后发现，升力风扇是这些飞行器的升力和飞行动力的源头，然而它们都存在着飞行不稳定的先天缺陷。因此，对于飞行姿态控制，使飞行器保持稳定飞行是亟待解决的问题。

飞盘，20世纪50年代在美国率先流行，随后80年代也在国内流行开来。飞盘飞得远是由于飞盘的截面大致和飞机机翼的截面相同，所以在飞行时受一个相当可观的向上的空气动力，这个力方向向上拖着飞盘抵消了大部分重力，使它能飞行较长的时间。在正确的稳定姿态飞行时，飞盘的尾部有较小的湍流区，如果翻倒过来飞行，湍流区会增大，飞行的阻力也就随之增大，飞盘就飞不远了。

为了使飞盘飞行时始终保持正确的稳定飞行姿态，就要注意投掷时要让它旋转起来。高速旋转的飞盘具有像陀螺一样的效应，在遇到外力时，它的轴向是不会随着外力的方向发生改变的，而是轴围绕着一个定点运动，由于高速旋转的物体有保持旋转轴不变的特性，旋转起来的飞盘飞行时始终有一个向上的空气动力拖着，这样就能够保证飞盘在高速旋转时具有很好的稳定飞行姿态。而没有旋转的飞盘，在飞行时会翻跟头，达不到稳定飞行的目的，就不能保证阻力最小和升力最大的飞行姿态。

本实用新型提出的喷气自旋转碟盘式飞行器参照游戏中飞盘旋转维持稳定平飞的特性，利用升力风扇提供碟盘飞行器升力和前进驱动力，实现平稳飞行。

发明内容