专利名称：一种碟型飞行器及其应用的制作方法
一种碟型飞行器及其应用属于一种新型轴流推进型的垂直起降飞行器及其应用。同时，也是对“端叶导向推进器”和“一种改进的端叶导向推进器”的再改进及其应用。
一、原有技术的现状垂直起降的飞行器主要有喷气式垂直起降和旋翼式垂直起降两种类型。喷气式垂直起降的飞行器主要以垂直/短距离起降的军用战机为代表，采用了二个及以上燃烧喷射与轴流混合型的推进器；旋翼式垂直起降的飞行器主要以直升机为代表，其旋翼属于轴流型的升力推进器。由于轴流推进器在工作时除了产生人们需要的轴向推力之外，还会产生一个旋转分力，这对垂直起降的飞行器来说就需要两个或两个以上的推进器才能使之正常工作，譬如通常的单旋翼直升机需要一个尾浆来平衡旋翼产生的旋转分力；而美国的支若干直升机和K式直升机则需要两个旋翼来相互抵消彼此的旋转分力；俄罗斯暨前苏联的卡系列直升机则利用共轴而相反旋转的两个旋翼(推进器)来抵消相互间的旋转分力。即便是当前比较先进的无尾浆直升机也是通过一个在尾梁末端侧向的喷气口喷出与旋翼旋转分力反方向的气体来平衡旋翼的旋转分力，该喷口也是一个推进器。这类两个或两个以上推进器的垂直起降飞行器在制造、维修和控制等方面的要求很高，制造成本和运行费用也很高。同时，由于其置于顶端的旋翼高速旋转产生升力时，有很大一部分力作用于其机身上，因此有较大的升力损失，其气动力布局很不合理，所以效率不高。外置裸露的高速旋转的旋翼和尾浆及易受到损害而危及自身的安全和周边人员的安全(有关统计报导直升机80％的坠机事件是由于旋翼和尾浆或与旋翼和尾浆有关的异常情况，如旋翼或尾浆碰挂物体所造成的)。
鉴于现有轴流推进器在垂直起降飞行器上应用的诸多不足之处，许多人提出诸多改进和优化的方案，其中名为“端叶导向推进器及其应用”的中国专利局第92101362.0号发明专利申请案和中国专利局第02124633.5号名为“一种改进的端叶导向推进器”的发明专利申请案(以下统称端叶导向推进器)具有较好的可行性。这两个专利申请案提出了制造单推进器可垂直起降飞行器的可行方案，也为碟型飞行器的设计开创新的思路，但是这二个专利申请的构思在应用于碟型飞行器的设计中仍然有可改进之处。
端叶导向推进器的构造如图1所示，其导向端叶的布局如图2所示，它是由一个轴流推进器(1-1)和可调导向端叶及其调节机构(1-2)所组成。
图1所示的是一种外动力涡轮风扇端叶导向推进器(立体图)。为了便于表达，图中省略了流体进入端的可调节导向前端叶和前导向叶。
图2是端叶导向推进器几种组合的导向端叶分区的布局示意。
从图2的导向端叶分区布局可以看出采用这种端叶导向推进器的飞行器在需要向推进器径向(水平方向)的定向行进时，由于各推力分区不能将推力矢量作相同方向的协调一致，这时它的动力效率不高。所以端叶导向推进器应用于碟型飞行器时仍有不足之处。
二、改进之目的和要点端叶导向推进器作为碟型飞行器的推进器需要改进之处，主要是在可调节导向端叶的布局上。本发明的目的就是进一步优化端叶导向推进器的可调节导向端叶的布局，使端叶导向推进器能够更好地应用在碟型飞行器上，并提出碟型飞行器设计的具体方案。
本发明优化端叶导向推进器可调节导向端叶布局的要点是针对端叶导向推进器应用于碟型飞行器的特点和要求，将端叶导向推进器的可调节导向端叶分为两个或两个以上主调节区(如图3中的FR和FL)和若干个辅助调节区；或者在端叶导向推进器的轴向最外端增加两个或两个以上主调节区，如图4和图5中的FR和FL。其中的主调节区主要控制碟型飞行器的前进、后退和转向及旋转；辅助调节区主要控制碟型飞行器在垂直起降阶段的平衡和转向及旋转。其要点在于两个主调节区分别布置在碟型飞行器行进方向的左右两边，主调节区中的导向端叶(1-2-1f)和(1-2-2f)是轴向垂直于碟型飞行器行进方向布局。这样可以使碟型飞行器作水平行进时的动力效率最高。
本改进方案中新增加的可调节导向端叶(1-2-1f)和(1-2-2f)布局的主调节区FR、FL如图3、图4和图5所示。图中的(1-2-1f)是新增的导向前端叶；(1-2-2f)是新增的导向后(尾)端叶，它们分别在碟型飞行器推进器的流体进入端和流体流出端布局成左主调节区FL和右主调节区FR。
三、工作原理端叶导向推进器本身相当于将一个共轴三旋翼推进器的上下两端旋翼(1-1-2)固定，并且通过可调节的端叶(1-2-1)和(1-2-2)的摆向来调节推进器的旋转分力；或通过分区Fa、Fb、和Fc中的可调端叶(1-2-1a、b、c)和(1-2-2a、b、c)来精确调节各分区的推力矢量而达到调节推进器总推力矢量符合飞行器运行要求的目的。
本发明在端叶导向推进器中增加了若干垂直于飞行器水平运动方向的可调节导向端叶(1-2-1f)和(1-2-2f)，并将其在碟型飞行器的流体进入端和流体流出端都布局成对应的左FL和右FR两个主调节区(也可以根据需要，只在其中的一端布局主调节区)。当推进器工作时，流体从主调节区端叶(1-2-1f)的前端(顶端)进入，然后从(1-2-2f)的尾端(底端)流出。这时，(1-2-1f)和(1-2-2f)的摆角就决定碟型飞行器的运动方向和端叶导向推进器各部件的作用1、当碟型飞行器垂直起降或悬停在空中时，置于推进器两端主调节区内的可调节导向端叶(1-2-1f)和(1-2-2f)的状态如同图8的Bd，导向叶(1-1-2)外端的导向端叶(1-2-1a、b、c)和(1-2-2a、b、c)的摆向和摆角将精确调节各分区的推力矢量，协调飞行器的平衡和转向。
2、当碟型飞行器需要水平行进时，如图10，飞行器外的箭头F表示其行进方向，全部可调导向前端叶(1-2-1f)和可调导向尾叶(1-2-2f)的上端(流体进入端)前倾，这样在可调导向前端叶(1-2-1f)的前面吸入流体而产生一个与流体流入方向相反的“吸力”，在可调导向尾叶(1-2-2f)的后面产生一个与流体推出方向相同的推力，使飞行器向F方向前行。同时，该“吸力”和推力有一个向下的分力支持飞行器的升力。
3、当碟型飞行器在水平行进过程中需要转向，只要调节其中的一个主调节区的可调节端叶的角度即可实现；即当两个主调节区导向端叶角度不一致，飞行器就转向。
4、当碟型飞行器需要水平高速运动，则主调节区的全部可调节端叶的位置可以处于图8中Bc的状态，这样，端叶导向推进器呈机翼状，在水平推进器(2-8)的推动下，飞行器能够高速运动(如图11的A、B)。
5、如图10和图11所示，碟型飞行器在水平方向行进时，通过飞行器的缘翼(2-7)调整其平衡和飞行姿势。
这样，端叶导向推进器较好地解决了单推进器的垂直起降飞行器气动力布局问题和飞行器在悬停时的平衡和转向问题；而本发明则解决了该类飞行器在行进时的动力效率问题。
四、碟型飞行器的结构及其应用案例本发明可以应用于能垂直起降的碟形飞行器(飞碟)及其变形的飞行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多栖运动装置及其模型和玩具，也能够作为其它相关用途。
图6是一个再改进的专门应用于碟型飞行器的外动力涡轮风扇端叶导向推进器构造的立体示意图。同样，为了便于表达，图中省略了前端(流体进入端)的导向叶和可调节导向端叶。图7是主调节区端叶联动机构的立体示意图。图8是主调节区几种端叶状态图。图9~13分别是碟型飞行器的应用案例示意图。其中图9是一种简易碟型飞行器的结构示意。该结构省略了飞行器上部的主调节区及其可调端叶(1-2-1f)，该飞行器用电机或内燃机(1-1-5)动力，通过齿轮对(1-1-7)带动风扇(1-1-3)旋转，吸入和推出的气流经导向叶整流后，根据主调节区可调端叶(1-2-2f)的导向，产生推力，推动飞行器作起降、水平行进等运动。玩具飞碟或飞碟模型的机械部分可以参照这种结构，但重心和平衡需要匹配好。
图10是一个典型的碟型飞行器。它相当于将推进器的主轴中空并扩大到相当的尺寸，将机舱(2-3)设置在这个很大的空心轴的内部，并以机舱替代推进器整流罩。机舱内包含了旅客舱、驾驶舱、动力舱等功能舱；其顶端可以设置伞舱，备有巨型降落伞供飞行器紧急降落用；机舱底部设有机轮供飞行器在机库、停机坪(机场)地面行驶用。飞行器的外缘设置缘翼(2-7)，在飞行器水平行进时空中平衡和飞行姿势用。也可以将该结构看成升力推进器(端导推进器)置于飞碟机舱的横截面上。
图11是碟型飞行器的二种变形，它是飞机于飞碟的结合，可以在水平方向作高速飞行，能够成为真正意义上的“直升飞机”。B图中水平推进器(2-8)的动力可以作为垂直升降推进器(端叶导向推进器)的动力(1-1-5)。
图12是飞碟与环形气球(或飞艇)的结合，(2-13)是环形气囊，其内部充有轻质气体。这种飞碟具有更大的载重能力和更长的滞空时间，特别适合航空摄影、空中检测和监视、城市交通监测和指挥等用途。当环形气囊的升力超过碟型飞行器质量时，可以通过控制风扇(1-1-3)的正反转来调节碟型飞行器的升降。
图13是一种空中基地(空中堡垒)的构思。它可以作为空中机场和空中火箭发射场，以避免地面恶劣气候对火箭发射的影响，还可以提高火箭的载荷。核动力装置的发展，可以使该构思成为现实。
碟型飞行器及其变形，是气动力布局比较合理的可垂直起降的飞行器。它还可以作为水下运动的装置，当推进器风扇(旋翼或螺旋浆)在水中逆转时就能够垂直下行，反之则垂直上行；随着可调导向端叶的调整亦可在水中自由行进。
五
1、各图中(1)是端叶导向推进器，(1-1)是机座及其部件，(1-2)是可调节端叶及其部件。其中(1-1-1)是机座涵管，(1-1-2)是导向叶，(1-1-3)是风扇(涡扇)，(1-1-4)是整流罩，(1-1-5)是发动机(内燃机或电动机)，(1-1-6)是风扇(涡扇)传动轴，(1-1-7)是传动齿轮对，(1-1-9)是动力箱(电池或油箱)。
(1-2-1)是可调节导向前端叶，(1-2-2)是可调节导向尾叶，(1-2-3)是可调导向端叶轴。(1-2-4)是导向端叶轴连动的连杆和曲柄；(1-2-1a、b、c)分别是Fa、Fb和Fc分区的可调节导向前端叶，(1-2-2a、b、c)分别是Fa、Fb和Fc分区的可调节导向尾叶，(1-2-3a、b、c)分别是Fa、Fb和Fc分区的可调导向端叶轴，(1-2-4 a、b、c)分别是Fa、Fb和Fc分区的导向端叶轴连动的连杆和曲柄；(1-2-1f)分别是主调节分区的可调节导向前端叶，(1-2-2f)分别是主调节分区的可调节导向尾叶，(1-2-3f)分别是主调节分区的可调导向端叶轴，(1-2-4f)分别是主调节分区的导向端叶轴连动的连杆和曲柄。
2、各图中(2)是飞碟和飞碟变形的机舱及其装置，其中(2-1)是主机舱，(2-2)是舷窗，(2-3)是功能舱，(2-4)是驾驶舱，(2-5)是机轮，(2-6)是伞舱，(2-7)是缘翼，(2-8)是水平推进器，(2-9)是空中飞行平台和火箭发射台，(2-10)是火箭发射架，(2-11)是空中飞行平台支架，(2-12)是机翼。
3、各图中A、B、C分别是各图的分图号，f是气流运动方向，fa是风扇运动的方向，F是飞碟行进方向，Fa、Fb和Fc是推力分区的编号，FL和FR分别是左右主调节区，Fj是飞机的代号，Hj是火箭的代号，M是推进器重心点，I和II是局部放大图标号。
图1所示的是一种外动力涡轮风扇端叶导向推进器(立体图)。
图2是端叶导向推进器几种组合的导向端叶分区的布局示意。
图3、图4和图5是本发明几种组合的导向端叶分区的布局示意。
图6是本发明的外动力涡轮风扇端叶导向推进器构造的立体示意图。
图7是是本发明主调节区端叶联动机构的立体示意图。
图8是主调节区几种端叶状态图。
图9是一种简易碟型飞行器的结构示意。
图10是一个典型的碟型飞行器。
图11是碟型飞行器的二种变形，它是飞机于飞碟的结合。
图12是飞碟与环形气球(或飞艇)的结合示意13是一种空中基地(空中堡垒)的构思图。
以上仅仅是本发明的案例，不局限于此。
权利要求
1.一种碟型飞行器由推进器(1)和机舱(2)及其部件所组成。
2.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于推进器是在端叶导向推进器或一种改进的端叶导向推进器两端增加了若干垂直于飞行器水平运动方向的可调节导向端叶(1-2-1f)和(1-2-2f)，并将其在碟型飞行器的流体进入端和流体流出端都布局成对应的左FL和右FR两个主调节区，也可以根据需要，只在其中的一端布局主调节区。
3.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于其主调节区由垂直于飞行器行进方向布局的端叶导向推进器(1-2-1f)和(1-2-2f)或其中之一，及其对应的可调导向端叶轴(1-2-3f)和导向端叶轴连动的连杆和曲柄(1-2-4f)组成。
4.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于典型的碟型飞行器其机舱是设置在推进器中空的主轴内，但其模型和仿真玩具可以例外。
5.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于飞行器在水平方向行进时，通过飞行器的缘翼(2-7)调整其平衡和飞行姿势。
6.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于它可以与通常的飞机机舱等部件结合而组成能够在水平方向高速运动的飞行器。
7.如权利要求1所述的碟型飞行器，其特征在于它可以与环形气球(气囊或飞艇)的结合而制造成具有更大的载重能力和更长的滞空时间的飞行器；当环形气球的升力超过碟型飞行器质量时，可以通过控制风扇(1-1-3)的正反转来调节碟型飞行器的升降。
8.如权利要求4所述的碟型飞行器，可以应用于能垂直起降的碟形飞行器(飞碟)以及在其基础上变形的飞行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多栖运动装置及其模型和玩具，也可用作其它相关用途。
全文摘要
一种碟型飞行器属于一种新型轴流推进型的垂直起降飞行器，它在端叶导向推进器或一种改进的端叶导向推进器(1)的基础上增加了两个或两个以上主调节区之后和机舱(2)及其部件组合而成。主调节区分别布置在碟型飞行器行进方向的左右两边，主调节区中的导向端叶(1－2－3)是轴向垂直于碟型飞行器行进方向布局，这样可以使碟型飞行器作水平行进时的动力效率最高。本发明可以应用于能垂直起降的碟形飞行器(飞碟)及其变形的飞行器及其模型和玩具，以及水面和水下的多栖运动装置及其模型和玩具，也能够作为其它相关用途。
文档编号B64C39/06GK1693139SQ20041003499
公开日2005年11月9日 申请日期2004年5月6日 优先权日2004年5月6日
发明者李泽奇 申请人:李泽奇