一种垂直起降飞行器的制作方法

本申请涉及航空航天技术领域，具体涉及一种垂直起降飞行器。

背景技术：

随着航天行业的发展，可回收火箭技术已经逐渐从试验阶段进入应用阶段，但是我国的航天领域尚未出现成熟的可回收火箭型号。为了研究可回收火箭在发射、飞行、回收时的状态，需要垂直起降试验飞行器进行模拟飞行，以验证相关结构及控制算法。

现有的垂直起降原理试验飞行器大都存在于实验室阶段，结构设计简单、不可靠、空间利用率低。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种垂直起降飞行器，通过上板、下板和侧板将空间分割成多个区域，方便飞行器的其他系统围绕主体结构安装，结构合理可靠，空间利用率高，为结构、控制算法验证提供了可靠的平台。

本申请提供一种垂直起降飞行器，包括主体结构，主体结构包括主支撑结构和发动机；主支撑结构包括上板、下板和多个结构相同的侧板，上板和下板的中心处设有共轴的并且直径相同的圆形通孔，多个侧板对称设置在上板和下板之间，并且与上板和下板可拆卸连接；发动机穿过两个圆形通孔，发动机长度方向的中心轴与圆形通孔的中心轴重合，并且发动机固定在侧板上。

优选地，上板、下板、侧板均为碳纤维板或铝蜂窝板。

优选地，主体结构还包括供油组件，供油组件包括多个相同结构和大小的油箱；油箱包括油箱箱体和出油口，油箱箱体的下部设置有联通口，不同的油箱箱体之间通过联通口联通；位于对称位置的油箱的出油口通过连接管两两连接，所有连接管与汇总管的一端连接，所述汇总管的另一端连接发动机的进油口。

优选地，主体结构还包括方向舵组件，方向舵组件包括多组方向舵，每组方向舵包括舵机、联轴器、连接轴和舵片，舵机通过联轴器与连接轴连接，连接轴的另一端与舵片连接；舵片位于发动机的喷口下方。

优选地，舵片与连接轴之间设有隔热板。

优选地，垂直起降飞行器还包括电气系统，电气系统固定在上板的上表面上。

优选地，垂直起降飞行器还包括支腿系统，支腿系统包括在主体结构的外周均匀分布的多个结构相同的支腿组，支腿组的数量与侧板的数量相同；支腿组包括主支腿组件、副支腿组件和足垫；主支腿组件包括主支腿、第一连接头和缓冲液压器，缓冲液压器通过第一连接头与主支腿连接，主支腿的另一端与对应的侧板铰接，缓冲液压器的输出端与足垫铰接；副支腿组件包括第二连接头和副支腿，副支腿的一端与足垫可拆卸连接，副支腿的另一端与第二连接头连接，第二连接头的另一端与下板铰接。

优选地，第二连接头包括第一段和第二段，第一段和第二段之间具有一定的夹角。

优选地，副支腿组件包括第一副支腿、第二副支腿和两个第二连接头，第一副支腿与第二副支腿之间具有一定的夹角；同一副支腿组件的两个第二连接头的第二段相互平行，并且两个第二段与底板连接的铰接轴共轴。

优选地，缓冲液压器与足垫之间通过关节轴承铰接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的垂直起降飞行器的一个实施例的结构图；

图2是本申请提供的主体结构的一个实施例的结构图；

图3是本申请提供的侧板的一个实施例的结构图；

图4是本申请提供的供油组件的一个实施例的结构图；

图5是本申请提供的油箱的一个实施例的结构图；

图6是本申请提供的副支腿组件的一个实施例的结构图；

图7是图6中的侧视图；

图8是本申请提供的包含第一安装座的局部图；

图9是图1的局部俯视图，其主要显示底板与支腿系统的结构；

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种垂直起降飞行器，结构合理、可靠，空间利用率高，同时，该飞行器可以实现小批量快速生产，为各大高校及科研院所进行结构、控制算法验证提供了可靠的平台。

如图1所示，垂直起降飞行器包括主体结构10、电气系统20和支腿系统30。

主体结构10包括主支撑结构、发动机140、供油组件和方向舵组件(图中未示出)。

如图1和2所示，主支撑结构包括上板110、下板120和多个结构相同的侧板130，上板110与下板120之间具有一定的间隔。上板和下板的材料和外形相同。优选地，上板110和下板120均为圆环状，下板120的外径略小于上板110的外径，如图1和2所示。上板110和下板120的中心处设有共轴的并且直径相同的圆形通孔。多个侧板130对称设置在上板110和下板120之间，并且与上板110和下板120可拆卸连接。

优选地，上板、下板和侧板均为碳纤维板或铝蜂窝板。

作为一个实施例，如图2和3所示，主支撑结构中有四个侧板130。侧板130的上侧边和下侧边均设有突起1302，上板110和下板120上设有与突起1302配合的凹槽，突起1302插入凹槽，起到初步定位的作用，同时可以传递部分负载，增加结构可靠性。并且侧板130通过四角上的连接件150与上板110和下板120可拆卸连接。

如图2所示，发动机140穿过两个圆形通孔，发动机140长度方向的中心轴与圆形通孔的中心轴重合，发动机的喷口下部低于下板120的下表面，并且发动机通过连接件170固定在侧板130上。

供油组件可拆卸地安装在上板110和下板120之间。供油组件包括多个结构相同和大小相同的油箱，多个油箱对称设置在发动机的外侧。作为一个实施例，如图4所示，供油组件包括四个结构相同和大小相同的油箱160，相邻两个油箱160之间夹设一个侧板130。在该实施例中，油箱箱体的外形为90°圆弧状(也参看图5)，使得四个油箱对发动机构成360°环绕。

如图5所示，油箱160包括油箱箱体1604、油箱盖1602、安装螺栓1601、和密封条1603，油箱箱体1604的外形为弧形，油箱箱体1604内部设有至少一个防浪板1606，防浪板上设有多个通孔，以减小油箱晃动时的内部波浪。

如图5所示，油箱箱体1604的下部呈削尖的倒锥形，油箱箱体1604的下部设置有联通口1605，不同的油箱箱体之间的联通口通过管路联通，保证所有油箱的液位高度一致。具体地，管路穿过侧板的通孔1301(如图2和3)连接两个油箱的联通口。其中多个油箱箱体通过联通口两两相连，位于对称位置的油箱的出油口通过连接管两两连接，所有连接管与汇总管的一端连接，汇总管的另一端连接发动机的进油口，使供油组件为发动机供油。

如图4所示，油箱盖1602通过螺栓1601与油箱箱体1604连接。如图5所示，油箱箱体1604的顶面上设置有法兰连接面，法兰连接面上设置螺纹孔及密封槽，密封条安装在密封槽内部，露出约1/3高度，安装油箱盖1602后，密封条被压缩至与法兰连接面上表面平齐，从而达到密封效果。油箱盖1602上布置有出油口、进气口、加油口。

方向舵组件设置在发动机的下方，其包括多组方向舵，每组方向舵包括舵机、联轴器、连接轴和舵片，舵片位于所述发动机的喷口下方。舵机通过联轴器与连接轴连接，连接轴的另一端连接舵片，以使舵机驱动舵片。舵片和连接轴之间布置隔热板。

隔热板的材质是电木或其他耐高温隔热材料。连接轴的轴承采用耐高温陶瓷材质轴承。

如图1所示，电气系统20包括多个电气元件，集中布置在上板110的上表面，按质量布置调整位置，保证重心位于上板110的中心位置。特别地，信号接收天线布置在上板110两侧的较高处。

如图1所示，支腿系统包括在主体结构的外周均匀分布的多个结构相同的支腿组，支腿组的数量与侧板的数量相同。作为一个实施例，如图1所示，支腿系统30包括四个支腿组，支腿组和侧板在位置上一一对应。

如图1所示，支腿组包括主支腿组件、副支腿组件和足垫。主支腿组件包括主支腿302、第一连接头303和缓冲液压器304，缓冲液压器304通过第一连接头303与主支腿302连接，主支腿302的另一端与对应的侧板130通过第一安装座301铰接，缓冲液压器304的输出端与足垫306铰接。作为一个实施例，如图1所示，缓冲液压器304与足垫306之间通过关节轴承305铰接。

副支腿组件包括第二连接头308和副支腿307，副支腿307的一端与足垫306可拆卸连接，副支腿307的另一端与第二连接头308连接，第二连接头308的另一端通过第二安装座309(请参看图7)与下板120铰接。

优选地，主支腿和副支腿中至少一者为碳纤维。

作为一个实施例，如图8所示，第一安装座301包括基座3011，基座3011上对称设有两个孔座3012，孔座3012上设有轴孔，两个轴孔之间设有铰接轴。铰接轴与主支腿302的端部的轴孔转动连接，实现主支腿与第一安装座的铰接。基座3011与侧板130螺栓连接，实现基座与侧板的固定连接。优选地，主支腿302与第一安装座301通过关节轴承铰接。

飞行器着陆时，在外力作用下，缓冲液压器的输出端收缩变短，主支腿与侧板之间的铰接点、足垫处的铰接点以及第二连接头与底板之间的铰接点绕轴线转动以收缩支腿系统。

具体地，如图1和6所示，第二连接头308包括第一段和第二段，第二管接头308的第二段的端部与下板120铰接。第一段和第二段之间具有一定的夹角，即第二连接头308是具有一定的拐角。优选地，第一段和第二段之间的夹角为[10°,30°]。

作为一个优选实施例，如图1、6所示，副支腿组件包括第一副支腿3071、第二副支腿3072和两个第二连接头3081、3082，第一副支腿3071与第二副支腿3072之间具有一定的夹角，且相对于主支腿302对称。在该实施例中，如图6所示，同一副支腿组件的两个第二连接头3081、3082的第二段相互平行，并且这两个第二段与下板120连接的铰接轴共轴。在该实施例中，足垫包括基体和铰接座，基体上对称设有两个螺纹连接端，这两个螺纹连接端分别与第一副支腿3071、第二副支腿3072的端部可拆卸连接。铰接座自基体向外延伸，铰接座上设有两个轴孔，两个轴孔之间转动设有铰接轴，缓冲液压器304的输出端的关节轴承安装在该铰接轴上。

在该优选实施例中，如图7所示，第二连接头308的第二段的端部设有轴孔310。如图9所示，第二安装座309包括基座，基座包括两个呈一定角度的支座，支座上转动设有铰接轴，该铰接轴与第二连接头308的轴孔310转动连接，实现第二连接头308与第二安装座309的铰接。

相邻两个支腿组中，第一支腿组与第二支腿组中相邻的两个第二连接头通过同一第二安装座与底板连接。如图9所示，下侧(以图9的方位为准)的支腿组中与第一副支腿连接的第二连接头3081的第二段与右侧(以图9的方位为准)的支腿组中与第二副支腿连接的第二连接头3082的第二段通过同一个第二安装座309与下板120铰接。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。