一种可展开涵道机翼的飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及飞行器技术领域，具体涉及一种可展开涵道机翼的飞行器。


背景技术：

2.目前的飞行器按提供升力的方式分类主要有两种，固定翼和旋翼飞行器；固定翼飞行器安装有可以在飞行器向前运动时产生升力的机翼，其原理是特殊的翼型可以在机翼的上下表面产生气压差，从而产生升力；旋翼顾名思义就是旋转的机翼，可以在飞行器的机身相对静止时，依靠动力驱动旋翼旋转产生升力；旋翼飞行器可以垂直起落，而固定翼需要滑跑才能起落。
3.固定翼飞行器的优点是机翼在向前运动时可以提供升力，螺旋桨或者喷气发动机只需要提供向前的拉力，不需要由旋转的螺旋桨直接提供升力，这样既可以提高飞行速度，又可以比较经济地飞行；而旋翼机由旋翼提供升力，可以垂直起降，不需要滑跑，因此对起降场地的要求较低。
4.固定翼飞行器虽然巡航飞行比旋翼机更经济，但是在起降时需要滑跑的场地，增加了运行成本和推广难度。而旋翼飞行器虽然不需要起飞阿和降落的跑道，但是在飞行过程中旋翼需要一直提供升力，无法像固定翼飞行器那样利用水平速度产生升力，因此旋翼飞行器在巡航飞行时比固定翼飞行器飞行成本高，且速度不及固定翼飞行器；可见，固定翼飞行器和旋翼飞行器都有明显的缺点。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型提供一种可展开涵道机翼的飞行器，以解决现有技术中的上述问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.根据本实用新型的第一方面，一种可展开涵道机翼的飞行器，包括第一涵道筒壁、第二涵道筒壁、涵道螺旋桨组件、展开驱动装置以及翻转驱动装置；所述第一涵道筒壁和所述第二涵道筒壁之间相互铰接，所述第一涵道筒壁和所述第二涵道筒壁围合成涵道空腔，所述涵道空腔内设置有所述涵道螺旋桨组件；所述展开驱动装置设置在所述第一涵道筒壁和所述第二涵道筒壁之间的铰接处，所述展开驱动装置用于驱动所述第一涵道筒壁和所述第二涵道筒壁的展开或闭合；所述第一涵道筒壁、所述第二涵道筒壁以及所述涵道螺旋桨组件构成的整体与所述翻转驱动装置连接，所述翻转驱动装置用于驱动所述第一涵道筒壁、所述第二涵道筒壁以及所述涵道螺旋桨组件构成的整体在水平状态和竖直状态之间进行翻转。
8.进一步地，所述涵道螺旋桨组件包括支撑骨架、共轴反桨螺旋桨和动力驱动装置，所述支撑骨架套设在所述共轴反桨螺旋桨的外周侧，所述共轴反桨螺旋桨转动连接在所述支撑骨架中，所述动力驱动装置与所述共轴反桨螺旋桨传动连接，所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁的铰接处设置有展开轴，所述展开轴设置在所述支撑骨架的外侧壁上。
9.进一步地，所述动力驱动装置为电机或内燃机。
10.进一步地，还包括内层涵道筒，所述内层涵道筒套设在所述涵道螺旋桨组件的外周侧，所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁均为半圆形结构，所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁围合成的圆环形结构套设在所述内层涵道筒的外周侧。
11.进一步地，所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁的截面形状为截面宽度逐渐缩小的翼型结构。
12.进一步地，还包括拉绳，所述第一涵道筒壁背离所述展开轴的一端以及所述第二涵道筒壁背离所述展开轴的一端均分别通过所述拉绳与所述支撑骨架连接，所述拉绳用于增加所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁展开后的结构强度，所述拉绳还用于拉动所述第一涵道筒壁以及所述第二涵道筒壁由展开状态切换成闭合状态。
13.进一步地，还包括机架、底座和翻转拉杆，所述底座固定在所述机架的下端，所述支撑骨架固定在所述机架的上端，所述翻转驱动装置通过所述翻转拉杆与所述支撑骨架上正对所述展开轴的外侧壁连接。
14.进一步地，还包括方向舵，所述方向舵设置在所述底座的后方，所述方向舵用于控制飞行器的左右转弯。
15.进一步地，还包括蓄电池，所述蓄电池设置在所述底座的上方，所述动力驱动装置、所述展开驱动装置、所述翻转驱动装置以及所述方向舵均与所述蓄电池电连接。
16.进一步地，所述翻转驱动装置位于所述底座的前下方，所述翻转驱动装置位于飞行器的纵向对称面上。
17.本实用新型具有如下优点：本实用新型的一种可展开涵道机翼的飞行器，通过第一涵道筒壁以及第二涵道筒壁展开后变为机翼以及涵道螺旋桨组件的翻转方式，实现了将旋翼飞行器和固定翼飞行器的优点结合在一起，既解决了固定翼飞行器对起飞和降落跑道及场地的需求问题，又解决了水平旋翼飞行器巡航飞行成本高的问题，使飞行器既能垂直起降，又能像固定翼飞行器那样经济且高速的水平飞行，提高巡航飞行的效率、节约成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
19.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
20.图1为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的俯视图。
21.图2为图1提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的剖面图。
22.图3为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开状态图。
23.图4为图3提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的侧视图。
24.图5为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的静态外形主视图。
25.图6为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的静态外形侧视图。
26.图7为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的主视剖面图。
27.图8为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的侧视剖面图。
28.图9为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开状态主视图。
29.图10为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开状态侧视图。
30.图11为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的起飞过程图。
31.图12为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的降落过程图。
32.图13为本实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的大中型飞行器的安装示意图。
33.图14为实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开驱动装置主视图。
34.图15为实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开驱动装置俯视图。
35.图16为实用新型一些实施例提供的一种可展开涵道机翼的飞行器的展开翻转驱动装置原理图。
36.图中：1、第一涵道筒壁，2、第二涵道筒壁，3、涵道螺旋桨组件，4、内层涵道筒，5、支撑骨架，6、展开轴，7、展开驱动装置，8、拉绳，9、机架， 10、底座，11、蓄电池，12、翻转驱动装置，13、翻转拉杆，14、方向舵，15、展开驱动电机，16、主动锥齿轮，17、从动锥齿轮，18、主动齿轮，19、从动齿轮，20、翻转驱动齿轮，21、翻转从动齿条。
具体实施方式
37.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.如图1至图12所示，本实用新型第一方面实施例中的一种可展开涵道机翼的飞行器，包括第一涵道筒壁1、第二涵道筒壁2、涵道螺旋桨组件3、展开驱动装置7以及翻转驱动装置12；第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁2之间相互铰接，第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁2
围合成涵道空腔，涵道空腔内设置有涵道螺旋桨组件3；展开驱动装置7设置在第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁2之间的铰接处，展开驱动装置7用于驱动第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁 2的展开或闭合；第一涵道筒壁1、第二涵道筒壁2以及涵道螺旋桨组件3构成的整体与翻转驱动装置12连接，翻转驱动装置12用于驱动第一涵道筒壁1、第二涵道筒壁2以及涵道螺旋桨组件3构成的整体在水平状态和竖直状态之间进行翻转，也就是说翻转驱动装置12能够将涵道筒壁内的空腔由竖直方向延伸经过翻转角度后变换为涵道筒壁内的空腔沿水平方向延伸，从而实现了涵道螺旋桨组件3从提供竖直升力变换为提供水平拉力，此时，展开的第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁2提供升力。
39.在上述实施例中，需要说明的是，涵道螺旋桨组件3是在螺旋桨外围安装一个圆筒，也就是把螺旋桨安装在涵道内，可以减小螺旋桨高速旋转时桨叶尖端的诱导阻力、增加螺旋桨上下面的压力差，从而提高螺旋桨的效率；据实测，涵道螺旋桨的效率比普通无涵道螺旋桨可以提高1.4倍至1.8倍的拉力；采用涵道螺旋桨组件3不仅可以提高螺旋桨的效率，同时涵道筒壁还有安全作用，可以保护螺旋桨周围的人或物免受高速旋转的螺旋桨的伤害；而将圆筒形的涵道展开后，只要把涵道壁制作成可以提供升力的翼型截面，原来的涵道就可以变成机翼，这样就可以利用涵道螺旋桨来为飞行器在起飞时提供垂直起飞的升力，在飞到一定高度后，涵道螺旋桨组件外侧的涵道筒壁展开并翻转变成机翼，可以为飞行器水平飞行提供升力，而在水平飞行时由机翼提供升力比利用螺旋桨提供升力更节约，因此，一个可展开涵道的飞行器就具备了两种优势，既可垂直起飞、又可高效地巡航飞行。
40.上述实施例中，展开驱动装置7可以为电机或马达与齿轮箱构成，例如，如图15所示，展开驱动装置7包括展开驱动电机15、主动锥齿轮16、从动锥齿轮17、主动齿轮18以及从动齿轮19，展开驱动电机15的输出轴固定有主动锥齿轮16，主动锥齿轮16与从动锥齿轮17啮合传动，从动锥齿轮17固定在展开轴6的下端，展开轴6的上端固定有主动齿轮18，主动齿轮18的转轴与第一涵道筒壁1固定，从动齿轮19的转轴与第二涵道筒壁2固定，主动齿轮18和从动齿轮19啮合传动，工作时，展开驱动电机15带动主动锥齿轮16 旋转，经过从动锥齿轮17换向带动主动齿轮18转动，主动齿轮18带动从动齿轮19反向转动，通过展开驱动电机15的正反转实现第一涵道筒壁1和第二涵道筒壁2之间的展开动作及闭合动作的切换；展开驱动装置7为可以促使涵道展开的机构，翻转驱动装置12为可以促使第一涵道筒壁1、第二涵道筒壁2 以及涵道螺旋桨组件3构成的整体翻转的机构，从而实现了使提供向上升力的涵道整体在涵道筒展开后由竖直方向转向水平方向，螺旋桨可由垂直起飞时提供垂直向上的拉力，在翻转后变成提供水平拉力。
41.上述实施例的重点不是涵道展开的机构和涵道翻转的机构，而是通过展开涵道整体并翻转来实现涵道筒变成机翼的方法，使飞行器由旋翼飞行器变成固定翼飞行器，起飞、降落时利用螺旋桨和涵道提供的垂直升力，而在水平飞行时利用展开的涵道翼提供升力，使飞行器达到更高的效率。
42.上述实施例达到的技术效果为：本实施例的一种可展开涵道机翼的飞行器，通过第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2展开后变为机翼以及涵道螺旋桨组件3的翻转方式，实现了将旋翼飞行器和固定翼飞行器的优点结合在一起，既解决了固定翼飞行器对起飞和降落跑道及场地的需求问题，又解决了水平旋翼飞行器巡航飞行成本高的问题，使飞行器既能垂直起降，又能像固定翼飞行器那样经济且高速的水平飞行，提高巡航飞行的效率、节约
成本。
43.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，涵道螺旋桨组件3包括支撑骨架5、共轴反桨螺旋桨和动力驱动装置，支撑骨架5套设在共轴反桨螺旋桨的外周侧，共轴反桨螺旋桨转动连接在支撑骨架5中，动力驱动装置与共轴反桨螺旋桨传动连接，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2的铰接处设置有展开轴6，展开轴6设置在支撑骨架5的外侧壁上。
44.在上述可选的实施例中，需要说明的是，共轴反桨螺旋桨指的是两组平行间隔设置的转向相反的螺旋桨。
45.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置共轴反桨螺旋桨，实现了结构的精简，较小的螺旋桨即可产生较大的升力。
46.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，动力驱动装置为电机或内燃机。
47.在上述可选的实施例中，需要说明的是，动力驱动装置还可为其他驱动装置。
48.上述可选的实施例的有益效果为：通过本实施例的动力驱动装置的设置，结构简单，生产成本低。
49.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，还包括内层涵道筒4，内层涵道筒4套设在涵道螺旋桨组件3的外周侧，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2均为半圆形结构，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2围合成的圆环形结构套设在内层涵道筒4的外周侧。
50.在上述可选的实施例中，需要说明的是，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2通过展开轴6连接在一起，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2闭合时形成外层涵道筒，外层涵道筒套设在内层涵道筒4的外周侧。
51.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置内层涵道筒4，即便是外层涵道筒展开了，里面的内层涵道筒4依然可以发挥涵道的作用。
52.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2的截面形状为截面宽度逐渐缩小的翼型结构。
53.上述可选的实施例的有益效果为：翼型的截面使第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2构成的涵道筒展开后，实现了飞行器水平飞行时产生垂直升力。
54.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，还包括拉绳8，第一涵道筒壁1背离展开轴6的一端以及第二涵道筒壁2背离展开轴6的一端均分别通过拉绳8与支撑骨架5连接，拉绳8用于增加第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2展开后的结构强度，拉绳8还用于拉动第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2由展开状态切换成闭合状态。
55.在上述可选的实施例中，需要说明的是，如果是较轻型飞行器，也可以考虑利用弹性装置来使第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2构成的涵道筒弹开，以便减轻飞行器的重量，轻型和超轻型飞行器可以利用拉绳8的拉力来增加展开后的涵道筒的结构强度，也可以利用拉绳8来拉动涵道筒闭合。
56.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置拉绳8，增强了展开后的涵道强度，也便于实现涵道筒的闭合。
57.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，还包括机架9、底座10 和翻转拉杆13，底座10固定在机架9的下端，支撑骨架5固定在机架9的上端，翻转驱动装置12通过翻转拉杆13与支撑骨架5上正对展开轴6的外侧壁连接。
58.在上述可选的实施例中，需要说明的是，涵道螺旋桨组件3设置在驾驶员的头顶
上，驱动螺旋桨的电机或者发动机与涵道筒通过支撑骨架5结合为一体，都在驾驶员的上面；驾驶员的座舱在涵道筒的下面，通过机架9与头顶的涵道筒的支撑骨架5相连，此连接为活动连接，以便涵道筒可以翻转；为了驱动涵道筒翻转和保持稳定，驱动涵道筒翻转的翻转拉杆13可被翻转驱动装置拉动，也可以被锁定，以便保持飞行器稳定；本实施例的翻转驱动装置12与翻转拉杆13可通过齿轮齿条机构实现翻转拉杆13的收放；具体的，如图16 所示，翻转驱动装置12与翻转拉杆13可通过齿轮齿条机构实现翻转拉杆13 的收放方式为，在翻转拉杆13上安装翻转从动齿条21，在底座1的前端安装翻转驱动电机，发展驱动电机的输出轴安装有翻转驱动齿轮20，通过翻转驱动齿轮20的转动，带动翻转从动齿条21收缩或者展开，从而实现带动翻转拉杆13的往复移动。
59.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置翻转拉杆13，实现了涵道筒即涵道螺旋桨组件3的逐渐翻转，结构简单，制造成本低。
60.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，还包括方向舵14，方向舵14设置在底座10的后方，方向舵14用于控制飞行器的左右转弯。
61.在上述可选的实施例中，需要说明的是，飞行器变化高度可以通过改变螺旋桨的拉力和适当翻转涵道筒和螺旋桨的角度来实现。
62.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置方向舵14，实现了飞行过程的方向调整。
63.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，还包括蓄电池11，蓄电池11设置在底座10的上方，动力驱动装置、展开驱动装置7、翻转驱动装置 12以及方向舵14均与蓄电池11电连接。
64.在上述可选的实施例中，需要说明的是，蓄电池11为锂电池或铅酸电池等，此外，还可在第一涵道筒壁1以及第二涵道筒壁2的外侧壁设置有太阳能板，太阳能板与蓄电池11电连接。
65.上述可选的实施例的有益效果为：通过设置蓄电池11，提高了飞行器的续航能力。
66.可选的，如图1至图12所示，在一些实施例中，翻转驱动装置12位于底座10的前下方，翻转驱动装置12位于飞行器的纵向对称面上。
67.上述可选的实施例的有益效果为：通过上述设置，为驾驶员的操控提供了极大地便利。
68.为了描述方便，以一架超轻型飞行器来描述一下可展开涵道筒机翼飞行器涵道筒展开及翻转的过程。
69.由于涵道筒静态时涵道筒的筒口朝上，涵道内的螺旋桨只提供垂直向上的升力，所以展开后螺旋桨方向依然朝上，只能提供垂直向上的升力，依然无法让飞行器水平运动，也无法让展开的涵道机翼产生垂直升力，若想让展开的涵道机翼产生垂直升力需要两个条件：第一、飞行器有水平运动；第二：展开的涵道筒需要翻转角度，让翼型截面的涵道筒能够借助水平运动产生向上的升力；也只有螺旋桨由垂直向上翻转一定角度，飞行才能具有水平飞行的水平分力；所以，涵道筒展开后再翻转是涵道机翼产生升力的前提。
70.原来垂直向上的涵道筒经过展开和翻转，已经变成的水平的机翼；原来朝上的螺旋桨现在变成了指向水平方向，整个垂直起降的直升机变成了固定翼飞行器；但是由于飞行器起飞时是垂直起飞的，飞行器并不具备水平速度，所以展开的涵道也无法产生升力，要
想让机翼产生升力必须使飞行器具备水平速度；由于飞行器的惯性，飞行器不可能由原来的水平静止瞬间有水平加速，必须逐步提高水平飞行高速度，同时又要在机翼产生升力前保持一定的螺旋桨垂直升力，使飞行器不至于掉下来；所以，涵道螺旋桨的翻转不能一下子完成，需要一个过程，使原来由螺旋桨提供的垂直升力逐步转换，随着螺旋桨逐渐翻转，水平速度逐渐增加，逐步过渡到由展开的涵道筒机翼提供升力，当螺旋桨和展开的涵道机翼翻转接近90度时，螺旋桨基本只提供水平拉力，或者以提供水平拉力为主，升力主要由展开的涵道机翼提供。
71.如图11所示，上述实施例的飞行器具体起飞的过程可分为四步。
72.第一步、垂直起飞：起飞时，螺旋桨开始启动并加速，与涵道一起产生垂直向上升力，将飞行器垂直拉起。
73.第二步、涵道筒展开：飞行器垂直起飞到一定高度，驾驶员操纵展开驱动装置7让涵道筒展开，由于涵道筒的展开会降低涵道螺旋桨向上的拉力，因此在展开涵道筒的同时应该适当增加螺旋桨的马力，以维持飞行器的高度稳定；由于涵道筒的展开也会造成飞行器重心偏移，需要驾驶员适当调整身体姿势，或者通过调整螺旋桨的角度来稳定飞行器的姿态。
74.第三步、螺旋桨(原涵道筒)开始翻转：在涵道筒展开后，驾驶员操纵螺旋桨及展开的涵道筒机翼由垂直向上开始向水平方向翻转，由于螺旋桨一旦开始翻转，便会产生一个水平拉力分力(水平分力)，此时，飞行器开始在水平方向加速，同时展开的涵道筒机翼开始产生垂直的升力，随着螺旋桨翻转角度的加大，水平分力越来越大，飞行器的水平速度也越来越大，展开的涵道机翼的垂直升力也越来越大。
75.第四步、进入巡航水平飞行：当飞行器水平飞行速度达到一定程度，使飞行器的垂直升力主要由展开的涵道机翼来提供时，此时螺旋机主要提供水平飞行的拉力，飞行器已经完成从垂直起降的直升机向固定翼水平飞行的切换，进入到水平巡航飞行。
76.如图12所示，上述实施例的飞行器具体降落的过程可分为三步。
77.第一步、开始降落时，驾驶员操纵螺旋桨和展开的涵道机翼翻转，涵道筒内空腔的延伸方向由水平方向朝向垂直方向翻转，翻转的涵道机翼会增加飞行阻力，同时增加升力、减小水平拉力，于是飞行器开始减速。
78.第二步、当螺旋桨翻转至朝上时，展开的涵道机翼与水平运动方向垂直，无法提供升力，同时会产生巨大的阻力，让飞行器水平速度减小到接近于零，此时的垂直升力完全由螺旋桨提供。
79.第三步、飞行器悬停比较稳定时，驾驶员操纵展开的涵道机翼闭合，形成闭合朝上的涵道筒。涵道筒闭合完成后，开始降低螺旋桨转速，让飞行器平稳降落。
80.如图13所示，对于中大型飞行器，也可以利用本技术的结构，如下方式：可以利用展开的涵道筒增加起飞和降落时的机翼面积，提高升力。当高速飞行时，让涵道筒闭合，可以降低机翼的阻力，是飞行器以更高的速度飞行。
81.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
82.本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。