一种飞行装置及载人飞行器的制作方法

本发明属于航空航天技术领域，尤其涉及一种飞行装置及载人飞行器。

背景技术：

随着科技的进步，飞行器行业得到迅猛的发展。小型多旋翼飞行器已经广泛进入到人们的生活中，用于休闲娱乐以及影视创作等。但是小型多旋翼飞行器载重少且航时短，因其采用可充电电池作为动力源，能量密度(kwh/kg)低。不过多旋翼的结构具备飞行稳定，起飞重量大的优点，已经或即将应用到大型载人旋翼飞行器上，如贝尔直升机公司的v44和中航工业直升机所的蓝鲸都是四旋翼结构。同时诸如v44和蓝鲸这种大型载人四旋翼飞行器具备旋翼倾转的能力，可实现垂直起降和水平飞行的模式切换，既取消了对跑道的依赖，又具备高飞行速度和长飞行距离。大型载人双旋翼和四旋翼飞行器的驱动装置是固定在机翼末端航空燃油发动机。由安装在机身内部的燃油发动机驱动的，家用轿车尺寸量级的载人可倾转四旋翼飞行器，具备大载重垂直起降和长航时高速飞行能力；可替换家用汽车成为未来人们出行的交通工具，也可成为追求高速操控体验的赛车爱好者的新宠，具有潜在的市场需求。但是多旋翼飞行器的气动干扰问题较为严重，飞行中不同旋翼相互影响会引起飞行不稳，造成机身晃动，需要快速调整水平旋翼之间的转速差来恢复飞行器的水平姿态，实现平稳飞行。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种飞行装置，旨在解决飞行不稳的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种飞行装置，所述飞行装置包括：

机身，用于支撑和安装；

前机翼，前掠且下反角安装在机身的前端两侧，翼展大于后机翼；

后机翼，后掠且上反角安装在机身的后端两侧，翼展小于前机翼；

旋翼，安装在前机翼和后机翼的端部，用于提供抬升动力；

其中，前机翼、后机翼通过机翼连接平台设置有调节旋翼倾斜角度的倾转机构；机身的内部前后端通过左右动力分配结构与前机翼和后机翼内传动轴连接，用于驱动旋翼转动；控制系统，用于控制左右动力分配结构、旋翼和倾转机构的作业。

在本发明实施例中，通过控制器控制旋翼转动，在垂直飞行模式下，旋翼平行于水平面，通过调节旋翼的转速，进而控制飞行装置垂直方向的移动。飞行装置垂直上升阶段，旋翼转速增大，抬升拉力增大，飞行装置向上移动，根据需要控制旋翼的转速增大或者减小飞行装置上升速度。飞行装置垂直下降阶段，需要减小旋翼转速，抬升拉力减小，飞行装置向下移动。通过左右动力分配结构调节前机翼和/或后机翼左右倾斜，从而控制飞行装置的平衡，稳定性好。通过倾转机构调节旋翼的气体驱动方向，实现飞行装置垂直飞行模式与平飞模式的切换。垂直飞行模式下，旋翼为飞行装置提供升力；平飞模式下，前机翼与后机翼为飞行装置提供升力，旋翼克服飞行阻力。垂直飞行模式下，相较于水平翼，前机翼前掠和后机翼后掠的模式使飞行装置四个位于前后机翼尖端的旋翼在水平面的分布更加均匀，提高飞行装置的稳定性。平飞模式下，相较于水平翼，前机翼下反角安装和后机翼上反角安装，且前机翼翼展大于后机翼翼展，降低飞行装置前机翼端部旋翼尾流对后机翼端部旋翼的影响，提升后机翼端部旋翼的浆盘拉力。

本发明实施例的另一目的在于提供一种载人飞行器，包括：

驾驶舱，用于驾驶员乘坐；以及，

上述所述的一种飞行装置；

其中，机身采用c型隔框和2型桁条固定机身进行蒙皮，局部位置c型隔框非闭环，使得飞行器底部存在开口，完成发动机，油箱和航电系统的安装。可倾转旋翼飞行器与直升机相比，具有航程远，航速高，运输成本低的优点；与固定翼飞机相比，可实现垂直起降，空中平稳悬停，不需要跑道。可倾转四旋翼飞行器具有四个可倾转旋翼，两对固定翼，相较双旋翼飞行器提高了载重能力和前飞模式下的飞行速度。可倾转的旋翼飞行器具备倾转机构以实现平飞模式和垂直模式的切换。机身后部向上倾斜，进一步降低前机翼端部旋翼尾流对后机翼端部旋翼浆盘拉力的影响。本发明优点：结构简单，飞行稳定，航时航程长，调节方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种飞行装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种飞行装置中齿轮箱的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种飞行装置中倾转机构的正视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种飞行装置中倾转机构的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种飞行装置中机翼连接平台的侧视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种飞行装置中前机翼的侧视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种飞行装置中左右动力分配结构的侧视结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种载人飞行器的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-7所示，为本发明实施例提供的一种飞行装置的结构图，包括：

机身8，用于支撑和安装；

前机翼5，前掠式下反角安装在机身8的前端两侧；

后机翼6，后掠式上反角安装在机身8的后端两侧；

旋翼，安装在前机翼5和后机翼6的端部，用于提供抬升动力；

其中，前机翼5、后机翼6通过机翼连接平台4设置有调节旋翼倾斜角度的倾转机构3；机身8的内部前后端通过左右动力分配结构7与前机翼5和后机翼6内部传动轴连接，用于驱动前机翼5和后机翼6端部旋翼的转动，控制系统，用于控制左右动力分配结构7、旋翼和倾转机构3的作业。

在本发明实施例中，通过控制器控制旋翼转动，在垂直飞行模式下，旋翼平行于水平面，通过调节旋翼的转速，进而控制飞行装置垂直方向的移动。飞行装置垂直上升阶段，旋翼转速增大，抬升拉力增大，飞行装置向上移动，根据需要控制旋翼的转速增大或者减小飞行装置上升速度。飞行装置垂直下降阶段，需要减小旋翼转速，抬升拉力减小，飞行装置向下移动，通过左右动力分配结构7调节前机翼5和/或后机翼6左右倾斜，从而控制飞行装置的平衡，稳定性好。通过倾转机构3调节旋翼的气体驱动方向，实现飞行装置垂直飞行模式与平飞模式的切换。垂直飞行模式下，旋翼为飞行装置提供升力；平飞模式下，前机翼与后机翼为飞行装置提供升力，旋翼克服飞行阻力。垂直飞行模式下，相较于水平翼，前机翼5前掠和后机翼6后掠的模式使飞行装置四个位于前后机翼尖端的旋翼在水平面的分布更加均匀，提高飞行装置在垂直模式下的稳定性。平飞模式下，相较于水平翼，前机翼下反角安装和后机翼上反角安装，且前机翼翼展大于后机翼翼展，降低飞行装置前机翼端部旋翼尾流对后机翼端部旋翼的影响，提升后机翼端部旋翼的浆盘拉力。

在本发明的一个实例中，旋翼连接有驱动件，通过驱动件可以进行控制，驱动件是燃油发动机，可以通过控制油门进行调节旋翼的输出量，垂直飞行模式下为飞行装置提供升力，平飞模式下为飞行装置抵消飞行阻力。通过四翼驱动，平稳性好，机身8可以设置为杆状结构，前机翼5和后机翼6设置在机身8的四角，增加了支撑的稳定性。前机翼5和后机翼6为板状结构，平飞模式下为飞行装置提供升力。

作为本发明的一种优选实施例，旋翼通过齿轮箱2连接驱动件上，从而进行驱动，便于控制旋翼1的转动，陀螺仪安装在齿轮箱2上。齿轮箱2包括动力输入轴201、锥形齿轮202、齿轮箱体203、第一轴承204、齿轮箱盖板205和动力输出轴206。锥形齿轮202改变动力传输方向，为旋翼1提供动力。动力输入轴201和动力输出轴206转动设置在齿轮箱体203内部，动力输入轴201与驱动件连接，动力输出轴206与旋桨1连接，动力输入轴201和动力输出轴206通过锥形齿轮202进行转向传动，齿轮箱盖板205可拆卸的连接在齿轮箱体203上形成支撑结构，动力输入轴201和/或动力输出轴206通过第一轴承204连接在齿轮箱体203上，使动力输入轴201和/或动力输出轴206转动顺畅。

作为本发明的一种优选实施例，机翼连接平台4起到连接机翼和倾转机构3的作用，包括圆柱段401和异型段402，圆柱段401通过外侧的圆柱齿轮304与倾转机构3啮合转动实现旋翼倾转。异型段402通过耳片与前机翼5和后机翼6上的耳片栓接。机翼连接平台的圆柱段401与异型段402通过激光拼焊连接。

作为本发明的一种优选实施例，倾转机构3包括支撑件、限位圆盘303和电动机305。支撑件可以是t型金属型材301，但是并不排除其他结构，t型金属型材301设置四个，每件t型金属型材301内侧安装有两个圆柱齿轮302，t型金属型材一端固定连接齿轮箱体203，另一端固定限位圆盘303。t型金属型材301内侧的圆柱齿轮302与连接平台圆柱段401外侧的齿轮304啮合。t型金属型材301内侧安装电动机305且与其中一个圆柱齿轮302连接并驱动圆柱齿轮302转动实现旋翼的倾转。倾转机构3内部设置有制动件，制动件可以为制动卡钳306，制动卡钳306安装在t型金属型材301内侧，飞行装置在倾转模式下制动卡钳306给旋翼连接平台4的圆柱段401外侧施加一定摩擦阻力，防止飞行装置在倾转机翼过程中出现失控。飞行装置在平飞模式和垂直模式下，制动卡钳306抱死旋翼连接平台圆柱段401。限位圆盘303外侧铆接t型金属型材301，内侧通过凸轮凹槽结构连接机翼连接平台4的圆柱段401外侧的齿轮304，限制倾转机构3与机翼连接平台4之间的相对滑动，但不影响倾转机构3与机翼连接平台4的相对转动。

作为本发明的一种优选实施例，倾转机构3外部设置有电机307，电机307连接有挡片308，挡片308安装在限位圆盘303上，挡片308通过电机307驱动升起和下落来改变飞行装置在垂直飞行模式下的水平朝向。升起挡片308，旋翼下洗气流作用在挡片上产生水平面内的分力，使飞行装置在水平面内顺时针或逆时针转动。飞行装置的水平转动速度通过挡片308升起的角度和升起挡片的数量来控制。

作为本发明的一种优选实施例，前机翼5与后机翼6均采用三翼梁结构。包括前翼梁501、中翼梁502和后翼梁503，前翼梁501、中翼梁502和后翼梁503之间设置有翼肋504，翼肋504通过沉头铆钉与前翼梁501、中翼梁502和后翼梁503的腹板和蒙皮连接，翼肋504沿翼展方向等距布置。机翼蒙皮分两部分，包括后部蒙皮505和前部蒙皮506，后部蒙皮505通过沉头铆钉固定在翼肋504和前翼梁501、中翼梁502和后翼梁503上，前部蒙皮506通过插槽固定在前翼梁501的上缘和下缘，可拆卸。传动轴507位于前机翼5与后机翼6前缘内部，即前翼梁501与前段蒙皮506之间的空腔，通过第二轴承509固定在前翼梁501腹板上，可拆卸的前段蒙皮506便于传动轴507的维护和更换。前机翼5与后机翼6的前缘内的传动轴507通过万向节510连接机翼连接平台4中心的传动轴507和机身8内的左右半轴。

作为本发明的一种优选实施例，左右动力分配装置7包括制动卡钳701和行星轮差速器，行星轮差速器包括锥型齿轮702，壳体703，四个行星轮704，左右半轴齿轮705，左右输出半轴706，耐磨衬套707。壳体703内部转动设置有左右输出半轴706，左右输出半轴706同轴固定连接有左右半轴齿轮705，壳体703内部转动设置有四个行星轮704，四个行星轮704与左右半轴齿轮705，左右输出半轴706通过锥型齿轮702与传动轴507传动连接，左右输出半轴706上嵌套有制动卡钳701，左右输出半轴706对应位置设置有耐磨衬套707。飞行器在垂直上升、垂直下降、空中悬停模式下，受到方向任意且来流速度随机的气流影响时，飞行装置会发生倾斜和翻转的现象。安装在齿轮箱2上的陀螺仪会监测到飞行装置飞行姿态的变化，将该变化通过数据线传输到飞行装置上的的飞控系统，飞控系统计算得出恢复飞行装置水平姿态所需的各旋翼转速，并将调整信息传输到左右半轴位置的制动卡钳701。若飞行装置发生左右方向的倾斜，制动卡钳701对飞行装置向上倾转一侧相近的机翼对应的传动半轴施加摩擦阻力，减慢传动轴转速和该侧旋翼的转速，同时行星轮差速器的行星轮704转动，加速飞行装置向下倾斜一侧的传动半轴及该侧旋翼的转速，迅速恢复飞行装置的平衡。若飞行装置发生前后方向的翻转，制动卡钳701同时降低飞行装置前左右半轴的转速，后左右半轴的转速不变；或者制动卡钳701同时降低飞行装置后左右半轴的转速，前左右半轴的转速不变，使前后旋翼转速差产生与翻转方向相反的力，恢复飞行装置的平衡。

如图8所示，本发明实施例还提供的一种载人飞行器，包括：

驾驶舱，用于驾驶员乘坐；以及，

上述所述的一种飞行装置；

其中，机身8采用c型隔框和桁条固定机身8进行蒙皮，局部位置c型隔框非闭环，使得飞行器底部存在开口，完成发动机，油箱和航电系统的安装。机身后部向上倾斜，进一步降低前机翼端部旋翼尾流对后机翼端部旋翼浆盘拉力的影响。

本发明上述实施例中提供了一种飞行装置，并基于该飞行装置提供了一种载人飞行器，通过左右动力分配结构7调节前机翼5和/或后机翼6左右倾斜，从而控制飞行器的平衡，稳定性好。通过倾转机构3调节旋翼的气体驱动方向，实现飞行器垂直飞行模式与平飞模式的切换。垂直飞行模式下，旋翼为飞行器提供升力；平飞模式下，前机翼与后机翼为飞行器提供升力，旋翼克服飞行阻力。垂直飞行模式下，相较于水平翼，前机翼5前掠和后机翼6后掠的模式使飞行器四个位于前后机翼尖端的旋翼在水平面的分布更加均匀，提高飞行器在垂直模式下的稳定性。平飞模式下，相较于水平翼，前机翼下反角安装和后机翼上反角安装，且前机翼翼展大于后机翼翼展，降低飞行器前机翼端部旋翼尾流对后机翼端部旋翼浆盘拉力的影响。制动卡钳306安装在t型金属型材301内侧，飞行器在倾转模式下制动卡钳306给旋翼连接平台4的圆柱段401外侧施加一定摩擦阻力，防止飞行器在倾转机翼过程中出现失控。传动轴507位于前机翼5与后机翼6前缘内部，即前翼梁501与前段蒙皮506之间的空腔，通过第二轴承509固定在前翼梁501腹板上，可拆卸的前段蒙皮506便于传动轴507的维护和更换。若飞行器发生左右方向的倾斜，制动卡钳701对飞行装置向上倾转一侧相近的机翼对应的传动半轴施加摩擦阻力，减慢传动轴转速和该侧机翼的转速，同时行星轮差速器的行星轮704转动，加速飞行器向下倾斜一侧的传动半轴及该侧旋翼的转速，迅速恢复飞行器的平衡。若飞行器发生前后方向的翻转，制动卡钳701同时降低飞行器前左右半轴的转速，后左右半轴的转速不变；或者制动卡钳701同时降低飞行器后左右半轴的转速，前左右半轴的转速不变，使前后机翼转速差产生与翻转方向相反的力，恢复飞行器的平衡。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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