一种无尾地效翼布局的人力飞机转让专利
申请号 : CN200910045857.4
文献号 : CN101786502A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 李军 , 施商涛 , 蔡钊勇 , 申洋 , 田似营 , 薛栋 , 季青 , 姜益昊
申请人 : 同济大学
摘要 :
本发明涉及一种无尾地效翼布局的人力飞机，包括机身、机翼、一对端板、螺旋桨、方向舵、起落架以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼固定于机身的上部，所述的一对端板分别悬挂于机翼两侧的外端，所述的螺旋桨、方向舵以及起落架分别设置于机身的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨、方向舵以及起落架传动连接。与现有技术相比，本发明升阻特性好、结构轻巧，并且简单实用。
权利要求 :
1.一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，包括机身、机翼、一对端板、螺旋桨、方向舵、起落架以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼固定于机身的上部，所述的一对端板分别悬挂于机翼两侧的外端，所述的螺旋桨、方向舵以及起落架分别设置于机身的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨、方向舵以及起落架传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，所述的机翼采用S翼型、大安装角(α)和小展弦比的地效翼布局。
3.根据权利要求1所述的一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，所述的大安装角(α)为6°～7°角。
4.根据权利要求1所述的一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，所述的小展弦比为2。
5.根据权利要求3或4所述的一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，所述的机翼的展长为8m。
6.根据权利要求3或4所述的一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，所述的机翼的弦长为4m。
说明书 :
技术领域
本发明涉及人力飞行器、超低空动力飞行器，特别是涉及一种无尾地效翼布局的人力飞机。
背景技术
成功飞行的人力飞机通常采用脚蹬曲轴驱动螺旋桨，为了匹配成年人能够提供的动力，飞机空机重通常在30kg左右，翼展大约在30m左右，20倍以上的展弦比，为了控制重量，飞机采用高等级碳纤维材料制造。人力飞机能够以低于10m/s的速度在3m以下持续飞行。
目前，在我国人力飞机还未见有成功的报道，原因就在于人能够提供的动力太小，大约只有360W左右，因此飞机必须做得足够轻的同时，又必须有足够大的升阻比和升力面。国外的人力都采用滑翔机布局，即通过增大展弦比来减小诱导阻力，提高升阻比，这就带来一个问题，机翼设计的又窄又长，弦长的减小又使得结构高度非常有限，所以必须采用比强度非常高的超轻质材料，而且对制造工艺的要求非常高，因此制造一架没有任何动力和机载设备的人力飞机比一架正常的轻型飞机要昂贵的多，难度也要大得多。
另一方面，按此布局的人力飞机翼展通常都在30米左右，因此只能进行验证实验，无法作为商品为广大航空爱好者进行飞行体验，不具备市场推广价值。
目前，在我国人力飞机还未见有成功的报道，原因就在于人能够提供的动力太小，大约只有360W左右，因此飞机必须做得足够轻的同时，又必须有足够大的升阻比和升力面。国外的人力都采用滑翔机布局，即通过增大展弦比来减小诱导阻力，提高升阻比，这就带来一个问题，机翼设计的又窄又长，弦长的减小又使得结构高度非常有限，所以必须采用比强度非常高的超轻质材料，而且对制造工艺的要求非常高，因此制造一架没有任何动力和机载设备的人力飞机比一架正常的轻型飞机要昂贵的多，难度也要大得多。
另一方面，按此布局的人力飞机翼展通常都在30米左右，因此只能进行验证实验，无法作为商品为广大航空爱好者进行飞行体验，不具备市场推广价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种升阻特性好、轻巧实用的无尾地效翼布局的人力飞机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，包括机身、机翼、一对端板、螺旋桨、方向舵、起落架以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼固定于机身的上部，所述的一对端板分别悬挂于机翼两侧的外端，所述的螺旋桨、方向舵以及起落架分别设置于机身的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨、方向舵以及起落架传动连接。
所述的机翼采用S翼型、大安装角α和小展弦比的地效翼布局。
所述的大安装角α为6°～7°角。
所述的小展弦比为2。
所述的机翼的展长为8m。
所述的机翼的弦长为4m。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、升阻特性好：机翼采用大安装角和小展弦比的典型地效翼布局，外端悬挂端板，螺旋桨安装在机身前部，充分利用地效原理和气动增升作用，以获得更大的升力和升阻比，从而减小起飞速度，降低对飞行员的体力要求，这种在人力飞行器上结合地效原理的思路在国内外都是首创。
二、结构轻巧：由于采用地效翼布局，机翼的弦长增大而展长减小，机翼结构高度也随弦长同比增加，从而使得机翼上的弯矩减小的同时结构强度却得以加强，因此机翼结构重量大幅度降低，对材料和制造工艺的要求都明显降低。
三、简单实用：该发明结构简单，生产成本低廉，结构尺度只有传统人力飞机的三分之一到四分之一，因此适合推广使用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无尾地效翼布局的人力飞机，其特征在于，包括机身、机翼、一对端板、螺旋桨、方向舵、起落架以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼固定于机身的上部，所述的一对端板分别悬挂于机翼两侧的外端，所述的螺旋桨、方向舵以及起落架分别设置于机身的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨、方向舵以及起落架传动连接。
所述的机翼采用S翼型、大安装角α和小展弦比的地效翼布局。
所述的大安装角α为6°～7°角。
所述的小展弦比为2。
所述的机翼的展长为8m。
所述的机翼的弦长为4m。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、升阻特性好：机翼采用大安装角和小展弦比的典型地效翼布局，外端悬挂端板，螺旋桨安装在机身前部，充分利用地效原理和气动增升作用，以获得更大的升力和升阻比，从而减小起飞速度，降低对飞行员的体力要求，这种在人力飞行器上结合地效原理的思路在国内外都是首创。
二、结构轻巧：由于采用地效翼布局，机翼的弦长增大而展长减小，机翼结构高度也随弦长同比增加，从而使得机翼上的弯矩减小的同时结构强度却得以加强，因此机翼结构重量大幅度降低，对材料和制造工艺的要求都明显降低。
三、简单实用：该发明结构简单，生产成本低廉，结构尺度只有传统人力飞机的三分之一到四分之一，因此适合推广使用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图一；
图2为本发明的立体结构示意图二；
图3为本发明的侧视结构示意图；
图4为图3的左视结构示意图；
图5为图3的俯视结构示意图。
图2为本发明的立体结构示意图二；
图3为本发明的侧视结构示意图；
图4为图3的左视结构示意图；
图5为图3的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1～5所示，一种无尾地效翼布局的人力飞机，包括机身1、机翼2、一对端板3、螺旋桨4、方向舵5、起落架6以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼2固定于机身1的上部，所述的一对端板3分别悬挂于机翼2两侧的外端，所述的螺旋桨4、方向舵5以及起落架6分别设置于机身1的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨4、方向舵5以及起落架6传动连接。
所述的机翼2采用S翼型21、大安装角α和小展弦比的地效翼布局；所述的大安装角α为6°～7°角；所述的小展弦比为2；所述的机翼的展长7为8m；所述的机翼的弦长22为4m。
本发明采用无尾布局，只有端板、机身、方向舵、机翼、起落架、螺旋桨等部件组成，没有水平尾翼和垂直尾翼，全机飞行阻力将减小20％左右。全机的纵向稳定由S翼型保证；人力飞机机翼采用大安装角和小展弦比的典型地效翼布局，外端悬挂端板，充分利用地效原理以获得更大的升力和升阻比。同时螺旋桨安装在机身前部，能在提供前进拉力的同时将气流吹入机翼下部的半封闭空间，形成气动增升作用，进一步改善升阻特性；
人力飞机由于采用地效翼布局，机翼的弦长倍数增长，机翼结构高度大幅度增加，同时机翼展长则只有国外人力飞机的三分之一到四分之一，因此机翼结构重量大幅度降低，使用普通复合材料或木制结构即可满足强度和刚度要求；
人力飞机的机翼面积和结构尺寸只有国外人力飞机的三分之一到四分之一，由于几何尺寸和成本适度，更适合在全国各城市的青少年科普基地进行推广，满足广大航空爱好者飞行体验，在全国各城市的青少年科普基地有可观的推广价值；
本发明利用了地效增升的原理，可以显著提高飞机的升阻比，从而克服人体动力不足的弱点，同时地效布局小翼展大翼弦的特点，解决了结构刚性和重量的矛盾，降低机翼结构重量和制造成本。
实施例
本实施例的无尾地效翼布局人力飞机，主要由机翼、端板、机身、方向舵、起落架、螺旋桨等部件组成，一位飞行员以骑行姿态坐在机身中，通过脚蹬的方式驱动螺旋桨旋转，以产生拉力驱动飞机前行。机翼采用S翼型将保证纵向稳定，弦线与机身水平基准面之间的安装角α取6-7度，机翼展弦比取2，考虑螺旋桨气流的增升左右，升阻比将超过20。一位成年人持续可产生360w的功率约5kg拉力，设计飞机展长为8m，弦长为4m，以5m/s的速度在2m高度飞行，产生100kg的升力，假设人体重量65kg，则飞机空重必须控制在35kg以内。除链条齿轮轴承外，传动系统和螺旋桨全部采用复合材料，传动系统、螺旋桨和支承部件重12kg，机翼和机身框架全部采用复合材料重14kg、机翼蒙皮采用聚酰亚胺重2.5kg，机身座舱采用聚碳酸酯重1.5kg，起落架重2.5kg，重量满足要求。
如图1～5所示，一种无尾地效翼布局的人力飞机，包括机身1、机翼2、一对端板3、螺旋桨4、方向舵5、起落架6以及人力起飞滑跑系统，所述的机翼2固定于机身1的上部，所述的一对端板3分别悬挂于机翼2两侧的外端，所述的螺旋桨4、方向舵5以及起落架6分别设置于机身1的前端、后端以及下部，所述的人力起飞滑跑系统分别与螺旋桨4、方向舵5以及起落架6传动连接。
所述的机翼2采用S翼型21、大安装角α和小展弦比的地效翼布局；所述的大安装角α为6°～7°角；所述的小展弦比为2；所述的机翼的展长7为8m；所述的机翼的弦长22为4m。
本发明采用无尾布局，只有端板、机身、方向舵、机翼、起落架、螺旋桨等部件组成，没有水平尾翼和垂直尾翼，全机飞行阻力将减小20％左右。全机的纵向稳定由S翼型保证；人力飞机机翼采用大安装角和小展弦比的典型地效翼布局，外端悬挂端板，充分利用地效原理以获得更大的升力和升阻比。同时螺旋桨安装在机身前部，能在提供前进拉力的同时将气流吹入机翼下部的半封闭空间，形成气动增升作用，进一步改善升阻特性；
人力飞机由于采用地效翼布局，机翼的弦长倍数增长，机翼结构高度大幅度增加，同时机翼展长则只有国外人力飞机的三分之一到四分之一，因此机翼结构重量大幅度降低，使用普通复合材料或木制结构即可满足强度和刚度要求；
人力飞机的机翼面积和结构尺寸只有国外人力飞机的三分之一到四分之一，由于几何尺寸和成本适度，更适合在全国各城市的青少年科普基地进行推广，满足广大航空爱好者飞行体验，在全国各城市的青少年科普基地有可观的推广价值；
本发明利用了地效增升的原理，可以显著提高飞机的升阻比，从而克服人体动力不足的弱点，同时地效布局小翼展大翼弦的特点，解决了结构刚性和重量的矛盾，降低机翼结构重量和制造成本。
实施例
本实施例的无尾地效翼布局人力飞机，主要由机翼、端板、机身、方向舵、起落架、螺旋桨等部件组成，一位飞行员以骑行姿态坐在机身中，通过脚蹬的方式驱动螺旋桨旋转，以产生拉力驱动飞机前行。机翼采用S翼型将保证纵向稳定，弦线与机身水平基准面之间的安装角α取6-7度，机翼展弦比取2，考虑螺旋桨气流的增升左右，升阻比将超过20。一位成年人持续可产生360w的功率约5kg拉力，设计飞机展长为8m，弦长为4m，以5m/s的速度在2m高度飞行，产生100kg的升力，假设人体重量65kg，则飞机空重必须控制在35kg以内。除链条齿轮轴承外，传动系统和螺旋桨全部采用复合材料，传动系统、螺旋桨和支承部件重12kg，机翼和机身框架全部采用复合材料重14kg、机翼蒙皮采用聚酰亚胺重2.5kg，机身座舱采用聚碳酸酯重1.5kg，起落架重2.5kg，重量满足要求。