一种新构型单兵飞行器的制作方法

1.本发明涉及飞行器制造技术领域，具体为一种新构型单兵飞行器。


背景技术：

2.单兵飞行器是一种驱动单人飞行的小型飞行器，可应用于观光旅游、海上救援、森林防护、短途出行等多个领域，拓展了立体交通网络，将在未来战场及城市立体交通领域发挥重要作用。
3.现有的单兵飞行器，如申请号为201310003160.7公开了一种旋翼式单人飞行器，包括背包、旋翼、外罩以及螺旋桨，其中旋翼设置在所述背包的上端，所述的外罩设置在背包的背面，在所述外罩内设置所述的螺旋桨，在所述的外罩上还设置有一驱动所述螺旋桨的发动机。此类旋翼式飞行器安全性较低，飞行动力单一飞行速度较慢。
4.又如申请号为202111608811.6公开了一种单兵飞行器，包括机体和位于机体上的发动机；所述机体包括相连接的机翼和端板，端板相对设置于机翼两侧；所述机翼中部设有人体机位，发动机相对设置于人体机位两侧，且发动机位于人体机位与端板之间；所述发动机内设有桨叶，且发动机内设有与桨叶相适配的涵道，涵道后端连接有与控制发动机的滑流舵。此类单兵飞行器采用翼身融合布局，结构复杂，造价成本高，体积质量大，在起飞阶段往往需要助推，难以实现垂直起降和空中悬停。
5.基于现有单兵飞行器存在的缺陷，需要一种安全性更高，布局更合理，轻量化和便携式相结合，且具有更高效动力系统的单兵飞行器。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供了一种新构型单兵飞行器，布局合理，安全性更高，实现小型单兵飞行器的轻量化和便携式相结合，动力系统更高效。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种新构型单兵飞行器，包括背包模块和动力模块，动力模块对称分布在背包模块的两侧，且均与背包模块可拆卸连接；
9.所述背包模块外部设置有用于固定人体的紧固件，内置有供电组件和供油组件；所述动力模块在竖直方向从上到下依次设置有旋翼系统、操作舵机和涡喷发动机，所述旋翼系统提供飞行主要动力和涡喷发动机的进气气流，涡喷发动机提供辅助升力，操作舵机和涡喷发动机共同构成矢量涡喷单元控制飞行姿态。
10.通过上述技术方案，动力模块和背包模块拆装方便，提高了便携度；旋翼系统提供飞行主要动力和涡喷发动机的进气气流，有利于燃油充分燃烧，降低发动机耗油率，提高发动机效能；旋翼系统和涡喷发动机作为两个独立的动力单元，形成了动力冗余，任一动力单元失效时，保证飞行器仍能安全降落，提高了飞行器的安全性；通过改变操作舵机的行程，对涡喷发动机动力输出方向进行调整，实现飞行器飞行中的姿态控制，使得飞行器姿态调整更方便。
11.优选的，当飞行器处于垂直起降阶段时，操作舵机驱动涡喷发动机喷气口竖直向下，旋翼系统和涡喷发动机共同提供的升力大于或小于飞行器和人体总重力。
12.优选的，当飞行器处于平飞状态时，操作舵机驱动涡喷发动机的轴向方向与竖直方向夹角为0～30
°
，旋翼系统和涡喷发动机共同提供的升力等于飞行器和人体总重力。
13.优选的，当旋翼系统关闭时，所述涡喷发动机提供的最大升力不小于飞行器和人体总重力。
14.通过上述技术方案，以旋翼系统提供飞行主要动力，涡喷发动机的部分推力作为飞行器的辅助升力，使得动力模块更高效，更节能减耗。
15.优选的，所述旋翼系统包括整流罩，整流罩内置有电机和螺旋桨，由电机提供螺旋桨旋转动力；若干个操作舵机与所述整流罩的底部固定连接，操作舵机的输出端固定在涡喷发动机外侧的舵机支架上。
16.通过上述技术方案，整流罩通过改善气流流动提高了旋翼的气动性能，同时防止操纵者与螺旋桨接触；涡喷发动机功率较小，噪声低，对操纵者的热辐射较小，进一步提高了安全性。
17.优选的，所述供电组件包括动力电池和电调，供电组件为电机提供电力来源；所述供油组件包括油箱和油管，供油组件为涡喷发动机提供动力来源。
18.优选的，所述紧固件包括背带和腰带，背包模块的前侧设置有一对手部担架，手部担架的前端设置有操纵杆，所述操纵杆和动力模块电性连接。
19.通过上述技术方案，通过背带和腰带将人体固定在背包模块上，背包内置的动力电池通过线束、电调将电量输送至电机，提供螺旋桨旋转动力。
20.优选的，所述背包模块和所述整流罩之间设置有锁紧组件，所述锁紧组件包括滑锁、滑轨和滑键，所述滑键和滑轨相互匹配且沿竖直方向滑动连接，滑键和滑轨通过滑锁进行锁止。
21.通过上述技术方案，将组装后的动力模块通过滑键沿着滑道滑入滑轨，通过滑锁进行锁止，方便拆装。
22.优选的，所述滑键剖面设置为t字型结构，所述滑轨设置为弧形结构。
23.通过上述技术方案，t字型滑键增大与滑轨的接触面积，可防止滑键在前后、左右滑动，弧面造型的滑轨可防止滑键在竖直方向上下滑动，进一步提高了安装稳定性。
24.优选的，当飞行器处于平飞状态时若干涡喷发动机同步运动且倾斜角度相同。
25.通过上述技术方案，若干涡喷发动机同步运动共同调整飞行姿态。
26.有益效果：
27.本发明采用动力组合方式，工作时旋翼系统提供飞行主要动力，并提供了涡喷发动机的进气气流，气流加速进入涡喷发动机，提高了进气压力，降低涡喷发动机内燃烧混合浓度，有利于燃油充分燃烧，降低发动机耗油率，提高发动机效能。在地面起飞阶段，涡喷发动机喷出的气流增强了螺旋桨系统的地面效应，由涡喷发动机的部分推力作为飞行器的辅助升力来源，组合式设计使得动力模块更高效，在实现载人飞行器轻量化的基础上增加飞行的续航时间。
28.本发明采用旋翼系统和涡喷发动机作为两个独立的动力单元，形成了动力冗余，当旋翼系统因故障失效，由涡喷发动机提供悬停升力，飞行器可以实现安全降落，克服了现
有单兵飞行器单一动力来源导致安全性较低的问题。
29.本发明由操作舵机和涡喷发动机共同构成矢量涡喷单元控制飞行姿态，操纵者通过操纵杆控制操作舵机的行程，实现发动机矢量推力控制，控制涡喷发动机的姿态，进而控制推力方向，控制整个飞行器的姿态，实现飞行器的垂起、前飞(前后)、侧飞(左右)，操纵性能优异。垂直起降，拓展了立体交通网络。
30.本发明通过对飞行器进行模块化设计，安装时将组装后的动力模块通过滑键沿着滑道滑入滑轨，通过滑锁进行锁止。使得动力模块和背包模块拆装方便，提高了便携度，克服了现有技术的载人飞行飞行器结构复杂、体积质量大、难以携带的缺陷。
附图说明
31.图1为本发明一种新构型单兵飞行器整体结构示意图；
32.图2为本发明一种新构型单兵飞行器动力模块的结构示意图；
33.图3为本发明一种新构型单兵飞行器背包模块的结构示意图；
34.图4为本发明一种新构型单兵飞行器锁紧组件的结构示意图。
35.图中：1、背包模块；11、手部担架；2、动力模块；3、紧固件；31、背带；32、腰带；4、旋翼系统；41、整流罩；42、电机；43、电机机座；44、螺旋桨；5、矢量涡喷单元；51、操作舵机；52、涡喷发动机；53、舵机支架；6、电调；7、油管；8、操纵杆；9、锁紧组件；91、滑锁；92、滑轨；93、滑键。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
37.下面对本发明的实施例进行详细阐述：
38.一种新构型单兵飞行器，如图1和图2所示，包括背包模块1和动力模块2，动力模块2对称分布在背包模块1的两侧，且均与背包模块1可拆卸连接；背包模块1外部设置有用于固定人体的紧固件3，内置有供电组件和供油组件；动力模块2在竖直方向从上到下依次设置有旋翼系统4、操作舵机51和涡喷发动机52，旋翼系统4提供飞行主要动力和涡喷发动机52的进气气流，涡喷发动机52提供辅助升力，操作舵机51和涡喷发动机52共同构成矢量涡喷单元5控制飞行姿态。优选的，动力模块2设置为至少一组，当飞行器处于平飞状态时一组涡喷发动机52同步运动且倾斜角度相同，同步运动共同调整飞行姿态。
39.通过对飞行器进行模块化设计，使得动力模块2和背包模块1拆装方便，提高了便携度。将旋翼系统4设置在矢量涡喷单元5的上侧，工作时旋翼系统4提供飞行主要动力，气流由旋翼系统4的上侧吸入，下侧吹出，并提供了涡喷发动机52的进气气流，气流加速进入涡喷发动机52，提高了进气压力，降低涡喷发动机52内燃烧混合浓度，有利于燃油充分燃烧，降低发动机耗油率，提高发动机效能。在地面起飞阶段，涡喷发动机52喷出的气流增强了螺旋桨44系统的地面效应，由涡喷发动机52的部分推力作为飞行器的辅助升力来源，组合式设计使得动力模块2更高效。旋翼系统4和涡喷发动机52作为两个独立的动力单元，形
成了动力冗余，任一动力单元失效时，保证飞行器仍能安全降落，提高了飞行器的安全性。通过改变操作舵机51的行程，对涡喷发动机52动力输出方向进行调整，实现飞行器飞行中的姿态控制，使得飞行器姿态调整更方便。
40.具体的，当飞行器处于垂直起降阶段时，操作舵机51驱动涡喷发动机52喷气口竖直向下，旋翼系统4和涡喷发动机52共同提供的升力大于或小于飞行器和人体总重力；当飞行器处于平飞状态时，操作舵机51驱动涡喷发动机52的轴向方向与竖直方向夹角为0～30
°
，旋翼系统4和涡喷发动机52共同提供的升力等于飞行器和人体总重力；当旋翼系统4关闭时，涡喷发动机52提供的最大升力不小于飞行器和人体总重力。工作时，以旋翼系统4提供飞行主要动力，涡喷发动机52的部分推力作为飞行器的辅助升力，使得动力模块2更高效，更节能减耗。当旋翼系统4因故障失效，由涡喷发动机52提供悬停升力，飞行器可以实现安全降落，克服了现有单兵飞行器单一动力来源导致安全性较低的问题。
41.具体的，旋翼系统4包括整流罩41，整流罩41内置有电机42和螺旋桨44，以及用于安装电机42的电机42机座，工作时由电机42提供螺旋桨44旋转动力；若干个操作舵机51与整流罩41的底部固定连接，操作舵机51的输出端固定在涡喷发动机52外侧的舵机支架53上。整流罩41通过改善气流流动提高了旋翼的气动性能，同时防止操纵者与螺旋桨44接触；涡喷发动机52功率较小，噪声低，对操纵者的热辐射较小，进一步提高了安全性。
42.具体的，如图3所示，供电组件包括动力电池和电调6，供电组件为电机42提供电力来源；供油组件包括油箱和油管7，供油组件为涡喷发动机52提供动力来源。作为一种优选的实施例，紧固件3包括背带31和腰带32，背包模块1的前侧设置有一对手部担架11，手部担架11的前端设置有操纵杆8，操纵杆8和动力模块2电性连接。启动涡喷发动机52，操纵舵机上电，操纵者通过操纵杆8调整旋翼转速，涡喷发动机52姿态，达到可飞行状态。飞行过程中旋翼提供升力，涡喷发动机52提供推力，使飞行器达到稳定飞行状态，操纵者通过操纵杆8控制操作舵机51的行程，实现发动机矢量推力控制，控制涡喷发动机52的姿态，进而控制推力方向，控制整个飞行器的姿态，实现飞行器的垂起、前飞(前后)、侧飞(左右)，操纵性能优异。
43.通过背带31和腰带32将人体固定在背包模块1上，背包内置的动力电池通过线束、电调6将电量输送至电机42，提供螺旋桨44旋转动力，电调6布置于背包模块1的上部。在整个飞行过程中，操纵者始终处于站立的状态，获得开阔的视野；手部担架11为操纵者的上肢提供支撑力，提高了使用舒适度。
44.作为一种优选的实施例，如图4所示，背包模块1和整流罩41之间设置有锁紧组件9，锁紧组件9包括滑锁91、滑轨92和滑键93，滑键93和滑轨92相互匹配且沿竖直方向滑动连接，滑键93和滑轨92通过滑锁91进行锁止。具体的，滑锁91滑轨92布置在背包模块1上，滑键93布置在整流罩41上，安装时：将组装后的动力模块2通过滑键93沿着滑道滑入滑轨92，通过滑锁91进行锁止。滑键93剖面设置为t字型结构，t字型滑键93增大与滑轨92的接触面积，增强连接稳定性，可防止滑键93在前后、左右滑动。滑轨92设置为弧形结构，弧面造型的滑轨92可防止滑键93在竖直方向上下滑动，安装滑锁91后可保证动力模块2和背包模块1安装后无滑动，进一步增强了安装稳定性。
45.工作原理：
46.本发明的单兵飞行器安装时：将组装后的动力模块2通过滑键93沿着滑道滑入滑
轨92，通过滑锁91进行锁止。通过对飞行器进行模块化设计，使得动力模块2和背包模块1拆装方便，提高了便携度，克服了现有技术的载人飞行飞行器结构复杂、体积质量大、难以携带的缺陷。
47.工作时由电机42提供螺旋桨44旋转动力，由旋翼系统4提供飞行主要动力，气流由旋翼系统4的上侧吸入，下侧吹出，并提供了涡喷发动机52的进气气流，气流加速进入涡喷发动机52，提高了进气压力，降低涡喷发动机52内燃烧混合浓度，有利于燃油充分燃烧，降低发动机耗油率，提高发动机效能。在地面起飞阶段，涡喷发动机52喷出的气流增强了螺旋桨44系统的地面效应，由涡喷发动机52的部分推力作为飞行器的辅助升力来源，组合式设计使得动力模块2更高效。旋翼系统4和涡喷发动机52作为两个独立的动力单元，形成了动力冗余，任一动力单元失效时，保证飞行器仍能安全降落，提高了飞行器的安全性。通过改变操作舵机51的行程，对涡喷发动机52动力输出方向进行调整，实现飞行器飞行中的姿态控制，使得飞行器姿态调整更方便。
48.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种新构型单兵飞行器，其特征在于：包括背包模块(1)和动力模块(2)，动力模块(2)对称分布在背包模块(1)的两侧，且均与背包模块(1)可拆卸连接；所述背包模块(1)外部设置有用于固定人体的紧固件(3)，内置有供电组件和供油组件；所述动力模块(2)在竖直方向从上到下依次设置有旋翼系统(4)、操作舵机(51)和涡喷发动机(52)，所述旋翼系统(4)提供飞行主要动力和涡喷发动机(52)的进气气流，涡喷发动机(52)提供辅助升力，操作舵机(51)和涡喷发动机(52)共同构成矢量涡喷单元(5)控制飞行姿态。2.根据权利要求1所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：当飞行器处于垂直起降阶段时，操作舵机(51)驱动涡喷发动机(52)喷气口竖直向下，旋翼系统(4)和涡喷发动机(52)共同提供的升力大于或小于飞行器和人体总重力。3.根据权利要求2所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：当飞行器处于平飞状态时，操作舵机(51)驱动涡喷发动机(52)的轴向方向与竖直方向夹角为0～30
°
，旋翼系统(4)和涡喷发动机(52)共同提供的升力等于飞行器和人体总重力。4.根据权利要求3所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：当旋翼系统(4)关闭时，所述涡喷发动机(52)提供的最大升力不小于飞行器和人体总重力。5.根据权利要求1所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：所述旋翼系统(4)包括整流罩(41)，整流罩(41)内置有电机(42)和螺旋桨(44)，由电机(42)提供螺旋桨(44)旋转动力；若干个操作舵机(51)与所述整流罩(41)的底部固定连接，操作舵机(51)的输出端固定在涡喷发动机(52)外侧的舵机支架(53)上。6.根据权利要求5所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：所述供电组件包括动力电池和电调(6)，供电组件为电机(42)提供电力来源；所述供油组件包括油箱和油管(7)，供油组件为涡喷发动机(52)提供动力来源。7.根据权利要求1所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：所述紧固件(3)包括背带(31)和腰带(32)，背包模块(1)的前侧设置有一对手部担架(11)，手部担架(11)的前端设置有操纵杆(8)，所述操纵杆(8)和动力模块(2)电性连接。8.根据权利要求5所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：所述背包模块(1)和所述整流罩(41)之间设置有锁紧组件(9)，所述锁紧组件(9)包括滑锁(91)、滑轨(92)和滑键(93)，所述滑键(93)和滑轨(92)相互匹配且沿竖直方向滑动连接，滑键(93)和滑轨(92)通过滑锁(91)进行锁止。9.根据权利要求8所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：所述滑键(93)剖面设置为t字型结构，所述滑轨(92)设置为弧形结构。10.根据权利要求3所述的新构型单兵飞行器，其特征在于：当飞行器处于平飞状态时若干涡喷发动机同步运动且倾斜角度相同。

技术总结
本发明公开了一种新构型单兵飞行器，包括背包模块和动力模块，动力模块对称分布在背包模块的两侧，且均与背包模块可拆卸连接；所述背包模块外部设置有用于固定人体的紧固件，内置有供电组件和供油组件；所述动力模块在竖直方向从上到下依次设置有旋翼系统、操作舵机和涡喷发动机，所述旋翼系统提供飞行主要动力和涡喷发动机的进气气流，涡喷发动机提供辅助升力，通过对飞行器进行模块化设计，使得动力模块和背包模块拆装方便，提高了便携度；组合式设计使得动力模块更高效，在实现载人飞行器轻量化的基础上增加飞行的续航时间；通过操纵杆控制操作舵机的行程，实现发动机矢量推力控制，控制涡喷发动机的姿态，操纵性能优异。操纵性能优异。操纵性能优异。


技术研发人员：何海滨 李宜恒 冯旭碧 杨超 张静
受保护的技术使用者：零重力飞机工业（合肥）有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/13