在保持垂直起降飞行器的水平飞行稳定性的同时获得飞行器的水平飞行升力和推力的方法以及实现其的飞行器与流程

本发明的主题是在保持垂直起降飞行器的水平飞行稳定性的同时获得该飞行器的水平飞行升力和推力的方法以及实现该方法的飞行器，其适用于航空领域的人员运输、货物运输、局部检查、区域巡逻、拍摄、扫描或搜救作业。

背景技术：

1、从中国实用新型专利申请cn107140205a中已知一种碟型垂直起降飞行器，其包括主体、两个风扇和四个风门，其中主体的截面为椭圆结构，并且主体短轴两端延伸并形成外部凸起。主体内设有腔体，两个风扇串联设置于腔体的顶部，四个风门设置于腔体的下壁上。根据本发明，风扇和风门安装在主体的腔体内部，避免了高速旋转的风扇桨叶外露。

2、从波兰专利申请p.311837中已知一种垂直升降飞行船。驱动压缩机的电机内置在机身内。压缩机下方具有压缩空气室。压缩空气通过通道流向位于主体周边的排气口。以适当的速度从排气口流出的空气在机身的上表面周围流动。这些空气在形成压缩机入口的边缘处再次被压缩机吸入。由于空气以适当的速度在机身上表面流动，因此降低了机身表面正上方的静压。机身下方和上方的压力差使飞行器获得升力。

3、欧洲专利申请ep1384662al公开了一种微型垂直起降(vtol)飞行器，其包括相互对齐并远离公共轴线的第一和第二通道旋翼，其螺旋桨以相反方向旋转驱动。在所述两个通道旋翼之间放置机身和机翼装置，所述机身和机翼装置由形成x或h配置的翼型形成并装备有控制襟翼。

4、已知欧洲专利申请ep1396423a1包括一种vtol飞行器，该飞行器包括位于垂直机身端部的第一和第二通道旋翼，其螺旋桨被推进以沿相反方向旋转。用于定向和横向飞行的控制襟翼应至少与下部通道旋翼主动连接。

5、从波兰专利申请p.350150中已知一种类似于运动盘的空中飞盘，其由机舱构成。通过机舱的轴承安装上下两个涡轮机。在涡轮机内部固定结构下具有钛盘，该钛盘沿着支撑叶片设置，喷气发动机的气流作用在这些钛盘上，带动上涡轮机向右旋转，下涡轮机向左旋转。在涡轮机旋转过程中，机舱静止不动，涡轮机旋转时产生的离心力使支撑翼面上升30°。在更高转速下，涡轮机可将整个飞盘非常轻松抬升至所需高度。气体和空气的压力以及涡轮机的运转使得飞盘在水平和重力方面保持稳定，同时有利地减少了地球引力。然后，气流被转换到涡轮机外部。圆盘的水平飞行和气流压力将飞行器紧紧关闭，自动将舵杆向外抬起，圆盘飞行器获得喷气式飞行器的控制效率。其着陆路线是相反的。使用发动机进行制动，当飞行器开始下降时，将气流重新到达涡轮盘上，然后在任意位置着陆。飞行器具有一个平台，具有塑料腔，其内4/5空间装有聚苯乙烯泡沫，其允许飞行器在水面上着陆。此外，涡轮舱、控制室和平台均由钛板制成。

6、从美国专利申请us3584810a中已知一种vtol飞行器，其包括机架、安装在所述机架上的适于在基本平行的平面内以基本相等的速度沿相反方向旋转的上部旋翼升降元件和下部旋翼升降元件、沿公共轴线布置在附接至所述机架本体上的基本相等的上部环形防护装置和下部环形防护装置。上部旋翼升降元件可以在上盖板中旋转，下部旋翼升降元件可以在下盖板中旋转。飞行员的盖板安装在上部旋翼升降元件与下部旋翼升降元件之间大致位于轴上的机身上。用于旋转每个旋翼升降元件的电机装置位于上部防护件与下部防护件之间的空间中，具有上部输出功率和下部输出功率，延伸到由上部防护件和下部防护件围成的空间并远离轴。推进装置可操作以将上部输出功率和下部输出功率连接到所述上部旋翼升降元件和下部旋翼升降元件。控制装置的作用是有选择地改变所述旋翼提升元件相对于彼此的顺序。

7、从美国专利申请us4214720a中已知一种能够垂直起飞、悬停或水平推进飞行的飞行盘。飞行盘包括圆形的盘状机翼，其上侧表面凸起，下侧表面凹陷。翼板还包括内导边，该内导边标记出以垂直中心轴为中心的圆孔。拱形表面汇聚在前缘和外部同心后缘上。盘状机翼可在中央支撑结构上自由旋转，该结构也支撑驾驶舱。两组涡轮机叶片安装在前缘附近的盘状机翼上。推力产生电机安装在中央支撑结构上，通过涡轮机叶片将推力径向向外引导。这使盘状机翼旋转并上升。推力角可以调整，使推力只指向其中一组或另一组叶片，以改变承载特性。在驾驶舱附近的圆盘上表面周围有一组压缩机叶片。压缩机叶片与盘状机翼一起旋转，接收空气并将其向下引导至中央支撑结构。它们为发动机提供助燃空气，并降低圆盘上方的气压。水平推力马达位于机翼凹面下方，以确保水平推力。驾驶舱和中央支撑结构的控制和旋转稳定性由推力变化机构提供。

8、有人驾驶的直升机和无人驾驶的无人机为可用的垂直发射飞行器。这两种类型的飞行器和垂直起降设计都使用多个螺旋桨转子的旋转功能，由于这种旋转功能，从而获得飞行和稳定性所需的升力。

9、已知一种卡莫夫(kamow)直升机，其使用了同轴反向旋转布置的载旋翼。这种配置不需要使用尾桨，因为扭矩补偿是由第二个反向旋转的旋翼提供的。这样，可以制造出比传统系统中的同类飞行器尺寸更小的紧凑型飞行器，消除了因需要将其部件传输到尾桨而造成的功率损失。不需要尾桨也消除了传统结构对地面人员的威胁。

10、已知飞行器的水平飞行是由于飞行器的一个或多个旋翼的水平失衡以及推力矢量沿与飞行方向相反的方向偏转而造成的。在最新型号的直升机中，水平推力矢量由独立的螺旋桨驱动装置负责。这些飞行器由各种类型的内燃机驱动，例如，活塞、单引擎或多引擎系统中的涡轮以及无人机中的电动机。这类飞行器的最新系列是evtol(电动垂直起降)飞行器。这些是电动推进的多旋翼飞行器，是直升机与无人机的混合体，在某些项目中还与飞行器混合，采用手动或自动控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是开发一种带电力驱动装置的垂直起降机，其无需倾斜就能获得水平方向的飞行，即在飞行的所有阶段均能保持水平稳定性。

2、一种为垂直起降飞行器的水平飞行获得升力和推力的同时保持飞行器的水平飞行稳定性的方法，其通过将大气吸入同轴安装的多叶片涡轮机之间形成的空间来实现。所述多叶片涡轮机，即上部涡轮机和下部涡轮机，相对于彼此反向旋转，并将空气从所述飞行器下方向外排出。所述方法的特征在于：所述圆锥形涡轮机具有较宽的圆形基座，所述基座朝向前方并且通过轴承沿着外环轮廓边缘两侧安装固定。所述外环从内侧按一定距离连接到所述锥形中央壳体上，所述两个涡轮机通过直线马达从基座较小侧固定在所述中央壳体上。空气压缩空间中积聚的空气在压力作用下通过所述外环周围的驱动喷嘴喷射到所述外环之外，以获得水平飞行所需的推力，或通过稳定喷嘴获得所述中央壳体的旋转稳定性。

3、电动垂直起降飞行器配备有通信、导航和控制系统，包括中央壳体，所述中央壳体上通过轴承同轴安装有两个多叶片涡轮机。在启动所述飞行器后，上部涡轮机和下部涡轮机沿相反方向旋转。根据本发明，所述电动垂直起降飞行器的特征在于所述中心机身呈截锥体形，上部有周向固定的上部涡轮机驱动线性马达，下部有周向固定的下部涡轮机驱动线性马达。所述线性马达之间连接有刚性水平梁，外环连接在所述水平梁上。所述顶部涡轮机和所述底部涡轮机均为圆锥形支撑涡轮机，具有较大的彼此相向的基座，所述基座通过磁性轴承沿外环边缘两侧周向安装固定。所述外环对面至少有两个稳定喷嘴，其间至少有四个驱动喷嘴。上部涡轮机的叶片面积大于下部涡轮机的叶片面积。

4、优选地，所述通信、导航和控制系统的电子模块位于所述中央壳体的上部，并且所述中央壳体内部设有位于其壁附近的电池舱，并且所述中央壳体的内腔为货舱。

5、优选地，所述飞行器包括三脚底盘和装载坡道。

6、优选地，所述稳定喷嘴和所述驱动喷嘴配备有由步进电机驱动的襟翼。

7、根据本发明，所述飞行器的特征在于其在每个飞行阶段都具有完全的水平稳定性。在启动起飞程序并获得涡轮盘的适当旋转之后，飞行器在水平面上发生回转稳定，并且在飞行的所有阶段(起飞、上升、水平飞行、降低、着陆)中保持不变。飞行器和无人机的控制依赖于操作员和飞行员的专业培训和经验，并且在很大程度上依赖于机动飞行动作的感觉，因为机动飞行动作包括将无人机置于不平衡状态，以便在空中获得任何机动动作。得益于本发明所提供的稳定性，实现了控制的简化，即，没有经过培训、没有控制飞行器和无人机经验的人也能控制该飞行器。在众所周知的垂直起降飞行器中，所有的机动飞行都非常复杂，并且需要对飞行员进行专门培训，或者需要复杂的软件来进行自主飞行，而本发明由于操纵简单并且不需要进行专门培训，因而解决了这一问题。圆锥形涡轮机的运行不会对飞行器附近的外部人员造成威胁。根据本发明，没有任何因素会威胁到在起降机附近逗留的人。在vtol飞行器运行期间，外部人员也看不见移动的螺旋桨，这是巨大威胁和结构问题。

8、所采用的形状可以节约能源，是航空领域空气动力学上最理想的形状。在已知无人机中，发动机的故障会导致灾难性危害，而两台运载涡轮机的系统是一种简化系统，其不易发生故障，这增加了vtol飞行器的飞行安全性。经简化的控制系统不需要使用装有复杂软件的计算机来执行高难度的机动动作，简单的旋转车紧急着陆系统就提供了执行完全自主vtol飞行的可能性。圆盘形状使得气流对飞行稳定性的影响降到了最低。根据地理极点自动定位，简化了飞行方向的确定，避免了错误飞行出现的可能性，允许应用简单而精确的飞行控制系统。