一種前后雙槳雙翼可變形飛機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種前后雙槳雙翼可變形飛機(jī)。雙翼雙垂尾，有利低速重載巡航;雙翼可變形，有利變速巡航和機(jī)務(wù);前后反槳驅(qū)動(dòng)，避免翼根應(yīng)力集中及氣流干擾;光伏及蜂窩復(fù)材層壓工藝，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)及實(shí)時(shí)充電，屬于飛行器總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自由飛翔是人類(lèi)自古以來(lái)追求的夢(mèng)想，萊特兄弟追求飛行夢(mèng)發(fā)明了第一架飛機(jī)，然而不久第一次世界大戰(zhàn)、第二次世界大戰(zhàn)，飛機(jī)因技術(shù)難度大和過(guò)度重視其軍事用途，忽視了人類(lèi)最初的愿望一一自由飛翔。雖然戰(zhàn)后民航基于軍用運(yùn)輸機(jī)大力發(fā)展，產(chǎn)生世界兩大航空公司美國(guó)波音和歐洲空客，但通用航空發(fā)展緩慢，人類(lèi)仍未真正實(shí)現(xiàn)自由飛翔的夢(mèng)雄I
雙翼飛機(jī)流行于一戰(zhàn)期間，因其表現(xiàn)出的低速性能曾風(fēng)靡一時(shí)，后期因二戰(zhàn)對(duì)高速性能的要求，雙翼機(jī)沒(méi)有得到推廣，目前雙翼機(jī)主要用于特技表演、農(nóng)業(yè)作業(yè)等領(lǐng)域。以往雙翼機(jī)因機(jī)翼上下布置導(dǎo)致機(jī)身截面積很大，上下支撐桿較多，結(jié)構(gòu)緊湊性較弱，為使平尾控制俯仰效果明顯，需要機(jī)頭與機(jī)尾前后距離較大，導(dǎo)致機(jī)身縱向尺寸仍然較大，飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，飛行阻力很大，若存放時(shí)為減小橫向尺寸，機(jī)翼設(shè)計(jì)成可變形是比較難的，除非每次飛行后將機(jī)翼拆除達(dá)到減小橫向空間的目的，給用戶(hù)帶來(lái)使用不便。而單翼機(jī)為實(shí)現(xiàn)同樣低速大升力效果，翼展將更大，翼弦將更寬，機(jī)身截面將更粗，不適合低速重載作業(yè)。
[0003]通常航空動(dòng)力分為內(nèi)燃、外燃和電動(dòng)三大類(lèi)，航空燃油發(fā)動(dòng)機(jī)一直以來(lái)是技術(shù)含量最高的部件之一，價(jià)格一直很高，尤其國(guó)外進(jìn)口航空發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格不菲，況且未來(lái)幾年即便價(jià)格下降被通用航空所接受，加上民航線，航空燃油尾氣直接進(jìn)入大氣，而大氣污染程度現(xiàn)在已經(jīng)成為衡量地區(qū)生產(chǎn)生活質(zhì)量甚至幸福指數(shù)的因素之一，燃油航空未來(lái)將不愿被民眾和國(guó)家所接受。因電機(jī)和電池技術(shù)趨于成熟，電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)將成必然，市面已有電動(dòng)飛機(jī)普遍采用單槳布局或左右雙槳布局，但通常情況下，單槳布局可靠性弱且需實(shí)時(shí)舵面配平螺旋槳扭矩，而機(jī)翼動(dòng)力短艙布局對(duì)飛機(jī)翼身鏈接強(qiáng)度、剛度要求很高，翼根截面要求很大，且機(jī)翼前或后螺旋槳對(duì)機(jī)翼表面氣流干擾較大，高速螺旋槳?dú)饬鞒?dǎo)致翼面氣流分離。
[0004]太陽(yáng)能是我們地球上的終極能源，經(jīng)過(guò)一系列環(huán)節(jié)存儲(chǔ)到物質(zhì)當(dāng)中，再被人類(lèi)消耗，效率不到10%，目前高效光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率超20%，直接利用太陽(yáng)能提供飛機(jī)動(dòng)力雖未成熟，但直接用太陽(yáng)能為機(jī)載設(shè)備供電及實(shí)時(shí)充電技術(shù)可行，有效延長(zhǎng)工作時(shí)間及減少大氣污染，太陽(yáng)能也有望成為輕型飛機(jī)的主動(dòng)力能源(如瑞士solar impulseΠ環(huán)球飛行)。
[0005]中國(guó)小型私人飛機(jī)以前因技術(shù)、價(jià)格、機(jī)場(chǎng)、機(jī)庫(kù)、政策等因素，僅被少數(shù)人接受。目前互聯(lián)網(wǎng)全球化導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)全球化，又值我國(guó)進(jìn)入世貿(mào)組織十五年關(guān)稅減免，全球公平競(jìng)爭(zhēng)與技術(shù)共享的環(huán)境已漸成熟，區(qū)域技術(shù)壁皇和地方價(jià)格保護(hù)將被淘汰，產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵轉(zhuǎn)至政策、機(jī)場(chǎng)、機(jī)庫(kù)及運(yùn)輸問(wèn)題的解決。近年，我國(guó)實(shí)施開(kāi)放低空的紅利政策，民航和通航有望成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)，而我國(guó)耕地資源缺乏，公路及城建已占用大量耕地，數(shù)以幾十萬(wàn)計(jì)的通航機(jī)場(chǎng)和機(jī)庫(kù)占地是個(gè)問(wèn)題，將是限制人民自駕飛行的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種前后雙槳雙翼可變形飛機(jī)總體設(shè)計(jì)，解決的問(wèn)題及目的如下:
(I)傳統(tǒng)低速重載單翼機(jī)面臨翼展大、剛度弱、單翼重、氣動(dòng)彈性大、機(jī)身橫截面大及可靠性弱問(wèn)題，而傳統(tǒng)上下雙翼飛機(jī)機(jī)身截面大、上下結(jié)構(gòu)笨重、受光面少，傳統(tǒng)飛機(jī)平尾或鴨翼面積小，不利低速操縱性，前后雙翼可解決這些問(wèn)題。
[0007](2)傳統(tǒng)單翼或雙翼飛機(jī)不易變形，翼展橫向尺寸及滾動(dòng)慣量不變，強(qiáng)制變速巡航容易導(dǎo)致氣動(dòng)效率明顯下降，且因翼展大，不利于存儲(chǔ)和搬運(yùn)，機(jī)翼可變形以解決這些問(wèn)題。
[0008](3)機(jī)頭機(jī)尾采用一對(duì)前后反槳驅(qū)動(dòng)，螺旋槳轉(zhuǎn)軸為機(jī)身中軸線，動(dòng)力系統(tǒng)置于機(jī)身內(nèi)部。一對(duì)反槳共軸避免傳統(tǒng)機(jī)翼短艙動(dòng)力飛機(jī)的翼根應(yīng)力集中，保證機(jī)翼上下表面氣流為層流，又避免了傳統(tǒng)單槳飛機(jī)由于單槳旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的飛機(jī)滾轉(zhuǎn)力矩。
[0009](4)通常飛機(jī)航空電子系統(tǒng)消耗動(dòng)力能源，尤其電動(dòng)飛機(jī)常動(dòng)力不足，減重的同時(shí)，航空電子系統(tǒng)常增加獨(dú)立電源。即便如此，仍存在航空電子系統(tǒng)能源隱患，本發(fā)明采用光伏充電+獨(dú)立電源解決這個(gè)問(wèn)題。
[0010](5)本發(fā)明一方面要輕質(zhì)高強(qiáng)度剛度整機(jī)結(jié)構(gòu)，另一方面要太陽(yáng)能為系統(tǒng)電源充電，通過(guò)光伏組件蒙皮與蜂窩復(fù)材層壓的工藝實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)與功能。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
(I)本發(fā)明設(shè)計(jì)了前后雙翼、雙槳和左右雙垂尾的總體布局。如圖1，前翼1、后翼2構(gòu)成前后雙翼，雙垂尾及其前部短艙將后翼分為后外翼和內(nèi)翼身融合段兩部分，垂尾短艙又與內(nèi)翼身融合段連為一體，外翼折疊執(zhí)行機(jī)構(gòu)及兩后起落架鉸鏈位于垂尾短艙內(nèi)部，機(jī)身前后雙螺旋槳5，四水平舵4和雙垂尾后部方向舵3總體氣動(dòng)布局。飛行時(shí)，前翼I和后翼2處于全面展開(kāi)狀態(tài)，雙翼面適用于低速重載巡航。地面時(shí)，如圖2，前翼I和后翼2處于完全收回狀態(tài)，縮小飛機(jī)翼展和滾動(dòng)慣量。該前后雙翼機(jī)身截面小，整機(jī)風(fēng)阻小，雙翼大翼面提高升力，尤其適合噴灑、載人等低速大載荷作業(yè)，且前后雙翼可無(wú)平尾或鴨翼，雙翼具有更大縱向操縱面，提高低速飛行縱向操縱性和安全性。
[0012](2)本發(fā)明采用前后翼可變形，根據(jù)需要調(diào)整橫向尺寸和飛機(jī)滾轉(zhuǎn)慣量。一方面，飛行控制系統(tǒng)控制率根據(jù)電機(jī)動(dòng)力、螺旋槳轉(zhuǎn)速指令，自動(dòng)調(diào)整機(jī)翼折疊和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而調(diào)整前翼I及后翼2的翼展及后掠角，進(jìn)而調(diào)節(jié)整機(jī)氣動(dòng)效率，實(shí)時(shí)最佳升阻比，實(shí)現(xiàn)變速巡航效率最大化。另一方面，地面翼展完全收回也便于地面行駛、牽引、搬運(yùn)和存儲(chǔ)。
[0013](3)本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)沒(méi)有采用左右雙槳或四槳布局，而是最終采用機(jī)頭機(jī)尾雙槳驅(qū)動(dòng)，如圖1，前后一對(duì)螺旋槳5，箭頭表示轉(zhuǎn)向，這是一對(duì)電驅(qū)動(dòng)反槳，整機(jī)扭矩大小相等方向相反相互抵消，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)整機(jī)大小相等方向向前的拉力和推力，對(duì)此動(dòng)力布局，內(nèi)部動(dòng)力系統(tǒng)采用兩種方案:I)、動(dòng)力系統(tǒng)置于機(jī)頭和機(jī)尾艙內(nèi)部，雙電源+雙電機(jī)的前后獨(dú)立動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；2)、采用動(dòng)力源置于中機(jī)身艙內(nèi)部，單電源單電機(jī)的共軸雙傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。無(wú)論哪種方案，動(dòng)力重量和震動(dòng)都位于機(jī)身內(nèi)，相比機(jī)翼短艙動(dòng)力情況，動(dòng)力重量和震動(dòng)更加靠近飛機(jī)中軸線，滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，翼身結(jié)合處應(yīng)力集中更小，機(jī)翼剛度和強(qiáng)度要求更低，也不需要方向舵配平螺旋槳產(chǎn)生的自扭矩。
[0014](4)本發(fā)明主動(dòng)力電源和航空電子系統(tǒng)電源均采用獨(dú)立鋰電二次電池，光伏實(shí)時(shí)為航空電子系統(tǒng)供電及為其二次電池充電。飛機(jī)起飛前，動(dòng)力電池和航空電子系統(tǒng)電池起飛前充滿(mǎn)，容量由全功率和續(xù)航時(shí)間確定。如圖4，飛機(jī)上表面布置光伏組件蒙皮8，采用單晶硅或砷化鎵高效組件(目前光電轉(zhuǎn)換效率分別為單晶硅21%，單結(jié)砷化鎵28%，多結(jié)砷化鎵33%)，機(jī)身上表面整張為非一次曲面，整張模具成型，機(jī)翼上表面同理。對(duì)此，在光伏發(fā)電單元材料生長(zhǎng)過(guò)程中，采用曲面襯底開(kāi)始生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)曲面光伏發(fā)電單元，再采用熱壓罐，通過(guò)抽真空、加壓、加熱工藝制作翼身多層結(jié)構(gòu)，最后整體層壓成型。光伏蒙皮通過(guò)光伏控制器(MPPT)與航空電子系統(tǒng)二次電池并聯(lián)，為航空電子系統(tǒng)電池實(shí)時(shí)充