專利名稱：一種碟型飛行器及其應用的制作方法
一種碟型飛行器及其應用屬于一種新型軸流推進型的垂直起降飛行器及其應用。同時，也是對“端葉導向推進器”和“一種改進的端葉導向推進器”的再改進及其應用。
一、原有技術的現(xiàn)狀垂直起降的飛行器主要有噴氣式垂直起降和旋翼式垂直起降兩種類型。噴氣式垂直起降的飛行器主要以垂直/短距離起降的軍用戰(zhàn)機為代表，采用了二個及以上燃燒噴射與軸流混合型的推進器；旋翼式垂直起降的飛行器主要以直升機為代表，其旋翼屬于軸流型的升力推進器。由于軸流推進器在工作時除了產生人們需要的軸向推力之外，還會產生一個旋轉分力，這對垂直起降的飛行器來說就需要兩個或兩個以上的推進器才能使之正常工作，譬如通常的單旋翼直升機需要一個尾漿來平衡旋翼產生的旋轉分力；而美國的支若干直升機和K式直升機則需要兩個旋翼來相互抵消彼此的旋轉分力；俄羅斯暨前蘇聯(lián)的卡系列直升機則利用共軸而相反旋轉的兩個旋翼(推進器)來抵消相互間的旋轉分力。即便是當前比較先進的無尾漿直升機也是通過一個在尾梁末端側向的噴氣口噴出與旋翼旋轉分力反方向的氣體來平衡旋翼的旋轉分力，該噴口也是一個推進器。這類兩個或兩個以上推進器的垂直起降飛行器在制造、維修和控制等方面的要求很高，制造成本和運行費用也很高。同時，由于其置于頂端的旋翼高速旋轉產生升力時，有很大一部分力作用于其機身上，因此有較大的升力損失，其氣動力布局很不合理，所以效率不高。外置裸露的高速旋轉的旋翼和尾漿及易受到損害而危及自身的安全和周邊人員的安全(有關統(tǒng)計報導直升機80％的墜機事件是由于旋翼和尾漿或與旋翼和尾漿有關的異常情況，如旋翼或尾漿碰掛物體所造成的)。
鑒于現(xiàn)有軸流推進器在垂直起降飛行器上應用的諸多不足之處，許多人提出諸多改進和優(yōu)化的方案，其中名為“端葉導向推進器及其應用”的中國專利局第92101362.0號發(fā)明專利申請案和中國專利局第02124633.5號名為“一種改進的端葉導向推進器”的發(fā)明專利申請案(以下統(tǒng)稱端葉導向推進器)具有較好的可行性。這兩個專利申請案提出了制造單推進器可垂直起降飛行器的可行方案，也為碟型飛行器的設計開創(chuàng)新的思路，但是這二個專利申請的構思在應用于碟型飛行器的設計中仍然有可改進之處。
端葉導向推進器的構造如圖1所示，其導向端葉的布局如圖2所示，它是由一個軸流推進器(1-1)和可調導向端葉及其調節(jié)機構(1-2)所組成。
圖1所示的是一種外動力渦輪風扇端葉導向推進器(立體圖)。為了便于表達，圖中省略了流體進入端的可調節(jié)導向前端葉和前導向葉。
圖2是端葉導向推進器幾種組合的導向端葉分區(qū)的布局示意。
從圖2的導向端葉分區(qū)布局可以看出采用這種端葉導向推進器的飛行器在需要向推進器徑向(水平方向)的定向行進時，由于各推力分區(qū)不能將推力矢量作相同方向的協(xié)調一致，這時它的動力效率不高。所以端葉導向推進器應用于碟型飛行器時仍有不足之處。
二、改進之目的和要點端葉導向推進器作為碟型飛行器的推進器需要改進之處，主要是在可調節(jié)導向端葉的布局上。本發(fā)明的目的就是進一步優(yōu)化端葉導向推進器的可調節(jié)導向端葉的布局，使端葉導向推進器能夠更好地應用在碟型飛行器上，并提出碟型飛行器設計的具體方案。
本發(fā)明優(yōu)化端葉導向推進器可調節(jié)導向端葉布局的要點是針對端葉導向推進器應用于碟型飛行器的特點和要求，將端葉導向推進器的可調節(jié)導向端葉分為兩個或兩個以上主調節(jié)區(qū)(如圖3中的FR和FL)和若干個輔助調節(jié)區(qū)；或者在端葉導向推進器的軸向最外端增加兩個或兩個以上主調節(jié)區(qū)，如圖4和圖5中的FR和FL。其中的主調節(jié)區(qū)主要控制碟型飛行器的前進、后退和轉向及旋轉；輔助調節(jié)區(qū)主要控制碟型飛行器在垂直起降階段的平衡和轉向及旋轉。其要點在于兩個主調節(jié)區(qū)分別布置在碟型飛行器行進方向的左右兩邊，主調節(jié)區(qū)中的導向端葉(1-2-1f)和(1-2-2f)是軸向垂直于碟型飛行器行進方向布局。這樣可以使碟型飛行器作水平行進時的動力效率最高。
本改進方案中新增加的可調節(jié)導向端葉(1-2-1f)和(1-2-2f)布局的主調節(jié)區(qū)FR、FL如圖3、圖4和圖5所示。圖中的(1-2-1f)是新增的導向前端葉；(1-2-2f)是新增的導向后(尾)端葉，它們分別在碟型飛行器推進器的流體進入端和流體流出端布局成左主調節(jié)區(qū)FL和右主調節(jié)區(qū)FR。
三、工作原理端葉導向推進器本身相當于將一個共軸三旋翼推進器的上下兩端旋翼(1-1-2)固定，并且通過可調節(jié)的端葉(1-2-1)和(1-2-2)的擺向來調節(jié)推進器的旋轉分力；或通過分區(qū)Fa、Fb、和Fc中的可調端葉(1-2-1a、b、c)和(1-2-2a、b、c)來精確調節(jié)各分區(qū)的推力矢量而達到調節(jié)推進器總推力矢量符合飛行器運行要求的目的。
本發(fā)明在端葉導向推進器中增加了若干垂直于飛行器水平運動方向的可調節(jié)導向端葉(1-2-1f)和(1-2-2f)，并將其在碟型飛行器的流體進入端和流體流出端都布局成對應的左FL和右FR兩個主調節(jié)區(qū)(也可以根據(jù)需要，只在其中的一端布局主調節(jié)區(qū))。當推進器工作時，流體從主調節(jié)區(qū)端葉(1-2-1f)的前端(頂端)進入，然后從(1-2-2f)的尾端(底端)流出。這時，(1-2-1f)和(1-2-2f)的擺角就決定碟型飛行器的運動方向和端葉導向推進器各部件的作用1、當?shù)惋w行器垂直起降或懸停在空中時，置于推進器兩端主調節(jié)區(qū)內的可調節(jié)導向端葉(1-2-1f)和(1-2-2f)的狀態(tài)如同圖8的Bd，導向葉(1-1-2)外端的導向端葉(1-2-1a、b、c)和(1-2-2a、b、c)的擺向和擺角將精確調節(jié)各分區(qū)的推力矢量，協(xié)調飛行器的平衡和轉向。
2、當?shù)惋w行器需要水平行進時，如圖10，飛行器外的箭頭F表示其行進方向，全部可調導向前端葉(1-2-1f)和可調導向尾葉(1-2-2f)的上端(流體進入端)前傾，這樣在可調導向前端葉(1-2-1f)的前面吸入流體而產生一個與流體流入方向相反的“吸力”，在可調導向尾葉(1-2-2f)的后面產生一個與流體推出方向相同的推力，使飛行器向F方向前行。同時，該“吸力”和推力有一個向下的分力支持飛行器的升力。
3、當?shù)惋w行器在水平行進過程中需要轉向，只要調節(jié)其中的一個主調節(jié)區(qū)的可調節(jié)端葉的角度即可實現(xiàn)；即當兩個主調節(jié)區(qū)導向端葉角度不一致，飛行器就轉向。
4、當?shù)惋w行器需要水平高速運動，則主調節(jié)區(qū)的全部可調節(jié)端葉的位置可以處于圖8中Bc的狀態(tài)，這樣，端葉導向推進器呈機翼狀，在水平推進器(2-8)的推動下，飛行器能夠高速運動(如圖11的A、B)。
5、如圖10和圖11所示，碟型飛行器在水平方向行進時，通過飛行器的緣翼(2-7)調整其平衡和飛行姿勢。
這樣，端葉導向推進器較好地解決了單推進器的垂直起降飛行器氣動力布局問題和飛行器在懸停時的平衡和轉向問題；而本發(fā)明則解決了該類飛行器在行進時的動力效率問題。
四、碟型飛行器的結構及其應用案例本發(fā)明可以應用于能垂直起降的碟形飛行器(飛碟)及其變形的飛行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多棲運動裝置及其模型和玩具，也能夠作為其它相關用途。
圖6是一個再改進的專門應用于碟型飛行器的外動力渦輪風扇端葉導向推進器構造的立體示意圖。同樣，為了便于表達，圖中省略了前端(流體進入端)的導向葉和可調節(jié)導向端葉。圖7是主調節(jié)區(qū)端葉聯(lián)動機構的立體示意圖。圖8是主調節(jié)區(qū)幾種端葉狀態(tài)圖。圖9~13分別是碟型飛行器的應用案例示意圖。其中圖9是一種簡易碟型飛行器的結構示意。該結構省略了飛行器上部的主調節(jié)區(qū)及其可調端葉(1-2-1f)，該飛行器用電機或內燃機(1-1-5)動力，通過齒輪對(1-1-7)帶動風扇(1-1-3)旋轉，吸入和推出的氣流經導向葉整流后，根據(jù)主調節(jié)區(qū)可調端葉(1-2-2f)的導向，產生推力，推動飛行器作起降、水平行進等運動。玩具飛碟或飛碟模型的機械部分可以參照這種結構，但重心和平衡需要匹配好。
圖10是一個典型的碟型飛行器。它相當于將推進器的主軸中空并擴大到相當?shù)某叽?，將機艙(2-3)設置在這個很大的空心軸的內部，并以機艙替代推進器整流罩。機艙內包含了旅客艙、駕駛艙、動力艙等功能艙；其頂端可以設置傘艙，備有巨型降落傘供飛行器緊急降落用；機艙底部設有機輪供飛行器在機庫、停機坪(機場)地面行駛用。飛行器的外緣設置緣翼(2-7)，在飛行器水平行進時空中平衡和飛行姿勢用。也可以將該結構看成升力推進器(端導推進器)置于飛碟機艙的橫截面上。
圖11是碟型飛行器的二種變形，它是飛機于飛碟的結合，可以在水平方向作高速飛行，能夠成為真正意義上的“直升飛機”。B圖中水平推進器(2-8)的動力可以作為垂直升降推進器(端葉導向推進器)的動力(1-1-5)。
圖12是飛碟與環(huán)形氣球(或飛艇)的結合，(2-13)是環(huán)形氣囊，其內部充有輕質氣體。這種飛碟具有更大的載重能力和更長的滯空時間，特別適合航空攝影、空中檢測和監(jiān)視、城市交通監(jiān)測和指揮等用途。當環(huán)形氣囊的升力超過碟型飛行器質量時，可以通過控制風扇(1-1-3)的正反轉來調節(jié)碟型飛行器的升降。
圖13是一種空中基地(空中堡壘)的構思。它可以作為空中機場和空中火箭發(fā)射場，以避免地面惡劣氣候對火箭發(fā)射的影響，還可以提高火箭的載荷。核動力裝置的發(fā)展，可以使該構思成為現(xiàn)實。
碟型飛行器及其變形，是氣動力布局比較合理的可垂直起降的飛行器。它還可以作為水下運動的裝置，當推進器風扇(旋翼或螺旋漿)在水中逆轉時就能夠垂直下行，反之則垂直上行；隨著可調導向端葉的調整亦可在水中自由行進。
五

1、各圖中(1)是端葉導向推進器，(1-1)是機座及其部件，(1-2)是可調節(jié)端葉及其部件。其中(1-1-1)是機座涵管，(1-1-2)是導向葉，(1-1-3)是風扇(渦扇)，(1-1-4)是整流罩，(1-1-5)是發(fā)動機(內燃機或電動機)，(1-1-6)是風扇(渦扇)傳動軸，(1-1-7)是傳動齒輪對，(1-1-9)是動力箱(電池或油箱)。
(1-2-1)是可調節(jié)導向前端葉，(1-2-2)是可調節(jié)導向尾葉，(1-2-3)是可調導向端葉軸。(1-2-4)是導向端葉軸連動的連桿和曲柄；(1-2-1a、b、c)分別是Fa、Fb和Fc分區(qū)的可調節(jié)導向前端葉，(1-2-2a、b、c)分別是Fa、Fb和Fc分區(qū)的可調節(jié)導向尾葉，(1-2-3a、b、c)分別是Fa、Fb和Fc分區(qū)的可調導向端葉軸，(1-2-4 a、b、c)分別是Fa、Fb和Fc分區(qū)的導向端葉軸連動的連桿和曲柄；(1-2-1f)分別是主調節(jié)分區(qū)的可調節(jié)導向前端葉，(1-2-2f)分別是主調節(jié)分區(qū)的可調節(jié)導向尾葉，(1-2-3f)分別是主調節(jié)分區(qū)的可調導向端葉軸，(1-2-4f)分別是主調節(jié)分區(qū)的導向端葉軸連動的連桿和曲柄。
2、各圖中(2)是飛碟和飛碟變形的機艙及其裝置，其中(2-1)是主機艙，(2-2)是舷窗，(2-3)是功能艙，(2-4)是駕駛艙，(2-5)是機輪，(2-6)是傘艙，(2-7)是緣翼，(2-8)是水平推進器，(2-9)是空中飛行平臺和火箭發(fā)射臺，(2-10)是火箭發(fā)射架，(2-11)是空中飛行平臺支架，(2-12)是機翼。
3、各圖中A、B、C分別是各圖的分圖號，f是氣流運動方向，fa是風扇運動的方向，F(xiàn)是飛碟行進方向，F(xiàn)a、Fb和Fc是推力分區(qū)的編號，F(xiàn)L和FR分別是左右主調節(jié)區(qū)，F(xiàn)j是飛機的代號，Hj是火箭的代號，M是推進器重心點，I和II是局部放大圖標號。
圖1所示的是一種外動力渦輪風扇端葉導向推進器(立體圖)。
圖2是端葉導向推進器幾種組合的導向端葉分區(qū)的布局示意。
圖3、圖4和圖5是本發(fā)明幾種組合的導向端葉分區(qū)的布局示意。
圖6是本發(fā)明的外動力渦輪風扇端葉導向推進器構造的立體示意圖。
圖7是是本發(fā)明主調節(jié)區(qū)端葉聯(lián)動機構的立體示意圖。
圖8是主調節(jié)區(qū)幾種端葉狀態(tài)圖。
圖9是一種簡易碟型飛行器的結構示意。
圖10是一個典型的碟型飛行器。
圖11是碟型飛行器的二種變形，它是飛機于飛碟的結合。
圖12是飛碟與環(huán)形氣球(或飛艇)的結合示意13是一種空中基地(空中堡壘)的構思圖。
以上僅僅是本發(fā)明的案例，不局限于此。
權利要求
1.一種碟型飛行器由推進器(1)和機艙(2)及其部件所組成。
2.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于推進器是在端葉導向推進器或一種改進的端葉導向推進器兩端增加了若干垂直于飛行器水平運動方向的可調節(jié)導向端葉(1-2-1f)和(1-2-2f)，并將其在碟型飛行器的流體進入端和流體流出端都布局成對應的左FL和右FR兩個主調節(jié)區(qū)，也可以根據(jù)需要，只在其中的一端布局主調節(jié)區(qū)。
3.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于其主調節(jié)區(qū)由垂直于飛行器行進方向布局的端葉導向推進器(1-2-1f)和(1-2-2f)或其中之一，及其對應的可調導向端葉軸(1-2-3f)和導向端葉軸連動的連桿和曲柄(1-2-4f)組成。
4.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于典型的碟型飛行器其機艙是設置在推進器中空的主軸內，但其模型和仿真玩具可以例外。
5.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于飛行器在水平方向行進時，通過飛行器的緣翼(2-7)調整其平衡和飛行姿勢。
6.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于它可以與通常的飛機機艙等部件結合而組成能夠在水平方向高速運動的飛行器。
7.如權利要求1所述的碟型飛行器，其特征在于它可以與環(huán)形氣球(氣囊或飛艇)的結合而制造成具有更大的載重能力和更長的滯空時間的飛行器；當環(huán)形氣球的升力超過碟型飛行器質量時，可以通過控制風扇(1-1-3)的正反轉來調節(jié)碟型飛行器的升降。
8.如權利要求4所述的碟型飛行器，可以應用于能垂直起降的碟形飛行器(飛碟)以及在其基礎上變形的飛行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多棲運動裝置及其模型和玩具，也可用作其它相關用途。
全文摘要
一種碟型飛行器屬于一種新型軸流推進型的垂直起降飛行器，它在端葉導向推進器或一種改進的端葉導向推進器(1)的基礎上增加了兩個或兩個以上主調節(jié)區(qū)之后和機艙(2)及其部件組合而成。主調節(jié)區(qū)分別布置在碟型飛行器行進方向的左右兩邊，主調節(jié)區(qū)中的導向端葉(1－2－3)是軸向垂直于碟型飛行器行進方向布局，這樣可以使碟型飛行器作水平行進時的動力效率最高。本發(fā)明可以應用于能垂直起降的碟形飛行器(飛碟)及其變形的飛行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多棲運動裝置及其模型和玩具，也能夠作為其它相關用途。
文檔編號B64C39/06GK1693139SQ20041003499
公開日2005年11月9日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權日2004年5月6日
發(fā)明者李澤奇 申請人:李澤奇