[发明专利]固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别是涉及一种固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器。

背景技术

在航空领域常见的固定翼飞机，由于主要靠机翼产生升力平衡飞机重量，动力系统主要用来克服飞机飞行阻力，因此远小于飞机重量的动力(推拉力)就可以让固定翼飞机离地升空。其飞行速度快，航程和巡航时间长，但起降距离长，要求高质量的跑道，严重影响和妨碍了固定翼飞机在偏远无专用机场地区的应用。

在航空领域常见的旋翼直升机，可以解决在狭小场地垂直起降的问题。在已知的旋翼飞行器中，除了常见的单桨直升机以外，还有多桨直升机，多桨直升机一般是通过变化桨的转速来改变飞行姿态的。如4桨旋翼直升机，4个桨相对于中心对称放置，其中有2个桨是顺时针旋转，还有2个桨是逆时针方向旋转。当飞机需要往一个方向转向时，只要改变增加其中2个顺时针/逆时针桨的转速，减少另外2个逆时针/顺时针桨的转速就可以改变航向。需要倾斜飞行时，只要减小飞行方向上的桨的转速，增加对称位置的桨的转速就能通过升力差向指定的方向飞行。

但直接和动力系统相连的旋翼效率远不如固定翼飞机的机翼，因此功耗大。又因其前进速度主要靠旋翼桨盘通过倾斜盘的倾斜产生的分力提供，同时直升机前进飞行的阻力也较固定翼飞机大的多。因此其飞行速度，距离和续航时间都不如固定翼飞机。为此航空领域的技术人员一直在找寻能兼有固定翼飞机和直升机优点的飞行器。

单独的升力发动机在设计上简单，升力发动机在巡航时不工作，又占用机内体积，这是死重。减少或消除死重是垂直起落飞机一个急需解决的问题。将升力和巡航发动机合二为一，当然就消除了专用升力发动机的死重。巡航和升力发动机合二为一的最直接的方法，莫过于倾转喷气发动机，把发动机直接对着地面吹，当然就产生直接的升力。这么简单的道理，为什么不是垂直起落飞机的首选呢？首先，倾转发动机对发动机在飞机上的位置带来很大的限制，不光机翼、发动机的位置必须和飞机的重心一致，也基本上只有翼下或翼尖位置，这样，一旦部分升力发动机故障或瞬时出力不足，非对称升力容易引起灾难性的事故。倾转旋翼用同步轴解决这个问题，倾转喷气发动机就基本不可能在一侧发动机失效时，由另一侧发动机补偿。再说，发动机本身十分沉重，倾转机构谈何容易。还有，发动机对进气的要求很高，否则发动机效率直线下降，但发动机在倾转过程中，进气的条件很难保证。另外，垂直起落要求在短时间内产生大量的推力，巡航要求工作时间长但推力远远要不了那么多，两者之间在设计上很难协调。由发动机直接产生升力，没法取巧。从极端情况来说，滑跑起飞、用机翼产生升力，只需要很少的推力；但用喷气动力垂直起飞，至少需要1∶1的推重比，动力要求高得多。

在已知的具有可垂直起降功能且有固定翼飞机功能的飞行器中，大致分为以下几类。一、如图1，将涵道风扇和前行桨叶11结合起来的方案。如西科斯基的无人机Mariner，通用公司的XV-5等。这种飞行器的缺点是涵道增加了较重的重量，增加较多的迎风阻力，同时妨碍了机内载荷和设备的布置，或者减小了机翼的有效升力面积。

二、倾转动力实现垂直起降的固定翼飞机。如图2中的V22等，其中螺旋桨为12。这类飞机在起飞时动力装置的推(拉)力垂直地面使飞机垂直离地，然后在空中逐渐使动力装置的推(拉)力，转向飞机前进方向，使飞机像常规固定翼飞机一样向前飞行。但其转向机构复杂，造价贵，可靠性差，特别动力系统转向时的(飞机无前进速度时)安定性和操纵性，一直是困扰航空技术人员的难题。

三、旋翼机翼共用飞机。如图3a-3c中波音公司的“蜻蜓”飞机。这类飞机机翼13可以变为旋翼使用，可以实现垂直起降。和倾转动力飞行器一样，也存在结构复杂，造价贵，可靠性差等问题。

四、如图4a-4c中底部安装升力发动机14的方案。这类飞机都是为了解决固定翼飞机垂直起降的问题，升力发动机只是为了实现垂直起降时的升力或者兼作一部分方向控制，不具备完全的直升机飞行模式，如多尼尔DO.231等飞机。

五、前苏联的雅克-38战机只有两台升力发动机和一台升力-巡航发动机，机体内的升力发动机也降低了单发失效对安全的威胁。但升力发动机安装在机体内，也是有其问题的。首先，炽热的喷气里发动机进气口很近，容易造成喷气回吸问题。第二，高速喷气在机体下延地面向两侧流动，而机体上方除升力发动机进气口附近外，空气相对静止，造成使机体向地面吸附的效果，即所谓suck down。另外，因为其要在甲板上垂直起落，其向下喷出的高温气体对甲板的烧蚀也相当严重，所以这种战机很不实用。