可变推力方向的动力装置及飞行器的制作方法

1.本发明涉及航空器技术领域，尤其涉及一种可变推力方向的动力装置及飞行器。


背景技术：

2.现有的垂直起降固定翼飞行器设置有垂直推进螺旋桨和水平推进螺旋桨，垂直推进螺旋桨一般设有四个，并分布在飞行器的四角，实现飞行器的稳定垂直起降，水平推进螺旋桨设置在飞行器的尾端，用于在飞行器悬停在空中后提供水平推力以推动飞行器水平飞行，当飞行器达到预设的空速后，垂直推进螺旋桨可关闭，飞行器依靠其固定翼提供升力。然而，在水平飞行的过程中，垂直推进螺旋桨的风阻较大，限制了飞行器的水平飞行速度，且影响飞行器的续航。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可变推力方向的动力装置及飞行器，以解决现有的垂直起降固定翼飞行器的垂直、水平推进螺旋桨在不同飞行状态下对飞行器的飞行速度及续航影响较大的问题。
4.本发明的目的采用如下技术方案实现：
5.一种可变推力方向的动力装置，包括风扇、壳体和调节机构；
6.所述壳体内设有进风风道、第一出风风道和第二出风风道，风扇设于所述进风风道，所述调节机构位于所述进风风道、第一出风风道和第二出风风道三者之间的相交处，且所述调节机构活动连接于所述壳体；所述调节机构具有引导风道，所述引导风道在所述调节机构相对所述壳体运动后使所述进风风道连通于所述第一出风风道和/或第二出风风道。
7.在某些可选地实施例中，所述第一出风风道与第二出风风道垂直设置。
8.在某些可选地实施例中，所述进风风道和第一出风风道同轴设置。
9.在某些可选地实施例中，所述调节机构上设有均连通于所述引导风道的第一导风孔、第二导风孔和第三导风孔，所述第一导风孔和第二导风孔同轴设置，所述第三导风孔的轴线与所述第一导风孔的轴线相垂直。
10.在某些可选地实施例中，还包括具有驱动轴的驱动装置，所述驱动装置设于所述壳体上，所述驱动轴连接于所述调节机构，所述调节机构的转动轴线分别垂直于所述第一出风风道的轴线和所述第二出风风道的轴线。
11.在某些可选地实施例中，所述进风风道和第一出风风道同轴设置，所述第二出风风道与第一出风风道相邻且倾斜设置。
12.在某些可选地实施例中，所述第一出风风道和第二出风风道均与所述进风风道倾斜设置，使所述进风风道、第一出风风道和第二出风风道呈y形布置。
13.在某些可选地实施例中，所述调节机构的转动轴线与所述进风风道的轴线重合。
14.在某些可选地实施例中，还包括设于所述壳体的驱动装置，所述调节机构上设有
外齿圈，所述外齿圈的轴线与所述调节机构的转动轴线重合，所述驱动装置具有与所述外齿圈相啮合的驱动齿轮。
15.为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种飞行器，包括如上所述的可变推力方向的动力装置。
16.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
17.调节机构及其引导风道能够相对壳体运动，使进风风道连通于第一出风风道和/或第二出风风道，进风风道处的风扇提供的气流即可从第一出风风道和/ 或第二出风风道排出至外界，以改变推力方向，满足飞行器在不同飞行状态时的推力方向需求。
附图说明
18.图1为发明的可变推力方向的动力装置的整体结构示意图；
19.图2为发明的可变推力方向的动力装置的剖面结构示意图；
20.图中：10、风扇；20、壳体；21、第一出风风道；22、第二出风风道；23、进风风道；30、调节机构；31、引导风道；32、第一导风孔；33、第二导风孔； 34、第三导风孔；40、驱动装置。
具体实施方式
21.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.实施例1
25.结合图1和图2所示，示意性地显示了本发明的一种可变推力方向的动力装置，包括风扇10、壳体20和调节机构30。
26.壳体20内设有进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22，风扇10 设于进风风道23，风扇10用于将外界的空气吸入壳体20。风扇10可采用现有的电机、活塞发动机或燃气轮机等原动机驱动。
27.调节机构30位于进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22三者之间的相交处，且调节机构30活动连接于壳体20，这使得调节机构30能够相对壳体20倾转、滚动或相对滑移。
28.调节机构30具有引导风道31，引导风道31在调节机构30相对壳体20运动后使进风风道23连通于第一出风风道21和/或第二出风风道22，进风风道 23处的风扇10将气流吹向
引导风道31，引导风道31将气流引导至第一出风风道21和/或第二出风风道22，以使气流从第一出风风道21和/或第二出风风道 22中排出。第一出风风道21的轴线和第二出风风道22的轴线倾斜或垂直设置，使得第一出风风道21和第二出风风道22的指向不同，因此可往不同的方向喷气，以基于单独一个动力装置实现推力方向的改变，飞行器可将现有的垂直推进螺旋桨和水平推进螺旋桨更换为本发明的可变推力方向的动力装置。
29.作为示例，第一出风风道21可以是主要提供水平方向喷气推力的部件，第二出风风道22可以是主要提供垂直方向喷气推力的部件。需要注意的是，当该可变推力方向的动力装置安装在飞行器上时，且飞行器处于稳定悬停状态或稳定平飞状态下，第一出风风道21的轴线与水平面之间的夹角为0
°
或锐角，以使第一出风风道21提供飞行器的全部或大部分的水平方向推力分量，同理，第二出风风道22的轴线与垂直面之间的夹角为0
°
或锐角，以使第二出风风道22 提供飞行器的全部或大部分的垂直方向推力分量。
30.当引导风道31将进风风道23与第二出风风道22相连通时，安装有可变推力方向的动力装置的飞行器能够垂直起降，待飞行器飞行至预设的高度后(该预设的高度需大于安全高度，以确保飞行器的飞行安全)，调节机构30相对壳体20运动，以使引导风道31将进风风道23同时连通第一出风风道21和第二出风风道22，气流同时从第一出风风道21和第二出风风道22喷出，使得飞行器在保持一安全高度的情况下逐渐提高水平飞行速度，当飞行器的水平飞行速度达到一预设的速度值后，调节机构30继续相对壳体20运动，以使引导风道 31将进风风道23与第一出风风道21连通，气流仅从第一出风风道21喷出。
31.当然，在其他实施例中，引导风道31的结构只能实现将进风风道23与第一出风风道21连通或将进风风道23与第二出风风道22连通，同样能够实现在不同方向上提供推力。
32.实施例2
33.结合图图1和图2所示，示意性地显示了本发明的一种可变推力方向的动力装置，包括风扇10、壳体20和调节机构30。
34.壳体20内设有进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22，风扇10 设于进风风道23，风扇10用于将外界的空气吸入壳体20。风扇10可采用现有的电机、活塞发动机或燃气轮机等原动机驱动。
35.调节机构30位于进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22三者之间的相交处，且调节机构30活动连接于壳体20，这使得调节机构30能够相对壳体20倾转、滚动或相对滑移。
36.调节机构30具有引导风道31，引导风道31在调节机构30相对壳体20运动后使进风风道23连通于第一出风风道21和/或第二出风风道22，进风风道23处的风扇10将气流吹向引导风道31，引导风道31将气流引导至第一出风风道21和/或第二出风风道22，以使气流从第一出风风道21和/或第二出风风道 22中排出。第一出风风道21的轴线和第二出风风道22的轴线倾斜或垂直设置，使得第一出风风道21和第二出风风道22的指向不同，因此可往不同的方向喷气，以基于单独一个动力装置实现推力方向的改变，飞行器可将现有的垂直推进螺旋桨和水平推进螺旋桨更换为本发明的可变推力方向的动力装置。
37.在本实施例中，第一出风风道21与第二出风风道22垂直设置，第一出风风道21用于提供水平方向的推力，第二出风风道22用于提供垂直方向的推力。进风风道23和第一出风风道21同轴设置，该结构使得飞行器在水平飞行状态下，进风风道23与第一出风风道21
连通时，气流无需流经弯曲的风道，以降低推力损失，这有助于提高飞行器的航程，并在水平飞行状态下提供更高的推力。
38.进一步的，调节机构30上设有均连通于引导风道31的第一导风孔32、第二导风孔33和第三导风孔34，第一导风孔32和第二导风孔33同轴设置，第三导风孔34的轴线与第一导风孔32的轴线相垂直，由此，引导风道31为t形结构。
39.当引导风道31将进风风道23与第二出风风道22相连通时，第三导风孔34 与进风风道23对接并连通，第二导风孔33与第二出风风道22对接并连通，安装有可变推力方向的动力装置的飞行器能够垂直起降，待飞行器飞行至预设的高度后(该预设的高度需大于安全高度，以确保飞行器的飞行安全)，调节机构 30相对壳体20运动，以使引导风道31将进风风道23同时连通第一出风风道 21和第二出风风道22，其中，第一导风孔32与进风风道23对接并连通，第三导风孔34与第二出风风道22对接并连通，第二导风孔33与第一出风风道21 对接并连通，气流同时从第一出风风道21和第二出风风道22喷出，使得飞行器在保持一安全高度的情况下逐渐提高水平飞行速度，当飞行器的水平飞行速度达到一预设的速度值后，调节机构30继续相对壳体20运动，以使引导风道 31将进风风道23与第一出风风道21连通，此时，第二导风孔33与进风风道 23对接并连通，第一导风孔32与第一出风风道21对接并连通，气流仅从第一出风风道21喷出。
40.进一步的，可变推力方向的动力装置还包括具有驱动轴的驱动装置40，驱动装置40可以是电机，驱动轴具体为电机的主轴或电机后端的减速器的输出轴，驱动装置40设于壳体20上，驱动轴连接于调节机构30，调节机构30的转动轴线分别垂直于第一出风风道21的轴线和第二出风风道22的轴线，驱动装置40 可以驱动调节机构30相对壳体20转动。
41.实施例3
42.结合图1所示，示意性地显示了本发明的一种可变推力方向的动力装置，包括风扇10、壳体20和调节机构30。
43.壳体20内设有进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22，风扇10 设于进风风道23，风扇10用于将外界的空气吸入壳体20。风扇10可采用现有的电机、活塞发动机或燃气轮机等原动机驱动。
44.调节机构30位于进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22三者之间的相交处，且调节机构30活动连接于壳体20，这使得调节机构30能够相对壳体20倾转、滚动或相对滑移。
45.调节机构30具有引导风道31，引导风道31在调节机构30相对壳体20运动后使进风风道23连通于第一出风风道21和/或第二出风风道22，进风风道 23处的风扇10将气流吹向引导风道31，引导风道31将气流引导至第一出风风道21和/或第二出风风道22，以使气流从第一出风风道21和/或第二出风风道 22中排出。第一出风风道21的轴线和第二出风风道22的轴线倾斜或垂直设置，使得第一出风风道21和第二出风风道22的指向不同，因此可往不同的方向喷气，以基于单独一个动力装置实现推力方向的改变，飞行器可将现有的垂直推进螺旋桨和水平推进螺旋桨更换为本发明的可变推力方向的动力装置。
46.在本实施例中，进风风道23和第一出风风道21同轴设置，第二出风风道 22与第一出风风道21相邻且倾斜设置，进风风道23和第一出风风道21同轴设置，该结构使得飞行器在水平飞行状态下，进风风道23与第一出风风道21连通时，气流无需流经弯曲的风道，以降
低推力损失，这有助于提高飞行器的航程，并在水平飞行状态下提供更高的推力。第二出风风道22与第一出风风道21 倾斜设置，其中，第二出风风道22所提供的的垂直方向上的推力分量足以推动飞行器垂直起降。
47.其工作原理是，当引导风道31将进风风道23与第二出风风道22相连通时，安装有可变推力方向的动力装置的飞行器能够垂直起降，待飞行器飞行至预设的高度后(该预设的高度需大于安全高度，以确保飞行器的飞行安全)，调节机构30相对壳体20运动，以使引导风道31将进风风道23同时连通第一出风风道21和第二出风风道22，气流同时从第一出风风道21和第二出风风道22喷出，使得飞行器在保持一安全高度的情况下逐渐提高水平飞行速度，当飞行器的水平飞行速度达到一预设的速度值后，调节机构30继续相对壳体20运动，以使引导风道31将进风风道23与第一出风风道21连通，气流仅从第一出风风道21 喷出。
48.实施例4
49.结合图1所示，示意性地显示了本发明的一种可变推力方向的动力装置，包括风扇10、壳体20和调节机构30。
50.壳体20内设有进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22，风扇10 设于进风风道23，风扇10用于将外界的空气吸入壳体20。风扇10可采用现有的电机、活塞发动机或燃气轮机等原动机驱动。
51.调节机构30位于进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22三者之间的相交处，且调节机构30活动连接于壳体20，这使得调节机构30能够相对壳体20倾转、滚动或相对滑移。
52.调节机构30具有引导风道31，引导风道31在调节机构30相对壳体20运动后使进风风道23连通于第一出风风道21和/或第二出风风道22，进风风道 23处的风扇10将气流吹向引导风道31，引导风道31将气流引导至第一出风风道21和/或第二出风风道22，以使气流从第一出风风道21和/或第二出风风道 22中排出。第一出风风道21的轴线和第二出风风道22的轴线倾斜或垂直设置，使得第一出风风道21和第二出风风道22的指向不同，因此可往不同的方向喷气，以基于单独一个动力装置实现推力方向的改变，飞行器可将现有的垂直推进螺旋桨和水平推进螺旋桨更换为本发明的可变推力方向的动力装置。
53.在本实施例中，第一出风风道21和第二出风风道22均与进风风道23倾斜设置，使进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22呈y形布置，当该可变推力方向的动力装置被安装至飞行器上时，飞行器上可配合设置多个导流风道，至少一个导流风道与第一出风风道21连通，至少一个导流风道与第二出风风道22连通，与第一出风风道21连通的导流风道可引导气流并使其朝水平方向喷射，与第二出风风道22连通的导流风道可引导气流并使其朝垂直方向喷射。该结构的可变推力方向的动力装置的进风风道23、第一出风风道21和第二出风风道22呈y形布置，是用于配合飞行器的货仓、电池仓甚至是外形结构布局的，即这类飞行器的可变推力方向的动力装置和导流风道需避让货仓、电池仓或飞行器的其它结构。
54.进一步的，调节机构30的转动轴线与进风风道23的轴线重合，调节机构 30的引导风道31包括相连通且相互倾斜设置的第一风道段和第二风道段，第一风道段始终与进风风道23对接并连通，而随着调节机构30相对壳体20转动，第二风道段可与第一出风风道21连通或与第二出风风道22连通。
55.为了驱动调节机构30相对壳体20转动，可变推力方向的动力装置还包括设于壳体20的驱动装置40，调节机构30上设有外齿圈，外齿圈的轴线与调节机构30的转动轴线重合，驱动装置40具有与外齿圈相啮合的驱动齿轮，驱动装置40可通过驱动齿轮和外齿圈驱动调节机构30相对壳体20转动。
56.实施例5
57.为了解决相同的技术问题，本实施例提供了一种飞行器，包括如上所述的可变推力方向的动力装置。
58.综上所述，调节机构30及其引导风道31能够相对壳体20运动，使进风风道23连通于第一出风风道21和/或第二出风风道22，进风风道23处的风扇10 提供的气流即可从第一出风风道21和/或第二出风风道22排出至外界，以改变推力方向，满足飞行器在不同飞行状态时的推力方向需求。
59.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。