一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器的制造方法论文和设计-王越

全文摘要

本发明涉及一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器，包括椭圆形环翼、木质材料硬盒式机身、垂尾及方向舵面、平尾及升降舵面、电机及旋翼组件、支撑杆，所述椭圆形环翼是采用对称翼型，翼型的上下弧线对称，中弧线与翼弦重合成一根直线，椭圆形环翼包括翼梁、翼肋和热缩膜蒙皮，翼肋与翼梁、桁条、蒙皮相连，为蒙皮提供支撑，发明采用椭圆形环翼设计产生飞行器飞行所需的升力，采用动力双螺旋桨设计产生飞行及起降时所需的拉力，并采用了垂尾起落装置一体化设计实现航向控制和垂直起降的功能。本发明具有比常规固定翼飞行器升力大、结构简单、重量轻、可垂直起降等优点，具有很好的推广使用价值。

主设计要求

1.一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器的制造方法，所述双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器包括：椭圆形环翼(1)、木质材料硬盒式机身(7)、垂尾(8)及方向舵面(10)、平尾(9)及升降舵面(11)、电机及旋翼组件(2)、支撑杆(5)，所述椭圆形环翼是采用对称翼型，翼型的上下弧线对称，中弧线与翼弦重合成一根直线，椭圆形环翼包括翼梁、翼肋和热缩膜蒙皮，翼肋与翼梁、桁条、蒙皮相连，为蒙皮提供支撑；所述椭圆形环翼(1)与木质材料硬盒式机身(7)的连接部位做加强设计，采用两个螺栓(12)固定连接；所述环翼飞行器采用双机身结构，每个机身的尾部安装有垂尾(8)，在尾部的加强部位安装平尾(9)，在机身的头部安装有电机座，用于安装电机(16)，在垂尾(8)上有方向舵面(10)，在平尾(9)上安装有升降舵面(11)，支撑杆(5)是维持机身构型的部件，通过固定块固定；其特征在于，所述双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器通过如下步骤制造：a.绘制撑杆固定块三维模型，通过计算机三维绘图软件按照设计要求和尺寸绘制固定块的结构形状，并存储为STL模型文件；b.激光切割零部件，将选择好的轻木层板、桐木层板板材放置在激光切割机的预切割位置，启动切割机切割出飞行器所需要的零部件；c.打印固定块实体部件，将固定块模型文件拷入到熔融沉积成型3D打印机的存储芯片中，装好ABS打印材料，启动打印设备，将三维模型打印成实体部件；d.粘接组装机翼、机身主要飞行器部件，将切割好的零部件用AB胶、502胶水进行粘接，在重要承力部位用胶接碳条、碳片进行加强；用砂纸进行打磨修型；将热缩膜铺置在机翼、机身、垂尾和平尾表面，并用电烙铁、吹风机工具使热缩膜粘贴、固定在部件表面；e.装配机翼机身，将支撑杆用固定块固定，并用支撑杆连接两个机身；调整支撑杆长度，使得机翼和机身的连接面能够贴合在一起，并用螺栓螺母固定机翼与机身；用螺栓固定好支撑杆；f.装配垂尾和平尾，将垂尾和平尾胶接在一起；用螺栓螺母将垂尾、平尾与机身固定在一起，用细线将承力支撑杆捆扎牢靠，防止在飞行中因振动和受力松脱；g.安装动力装置，将电机座安装在机身头部，用螺栓固定；将选配好的电机和螺旋桨组装在电机座上，并用扎带固定好缆线；用扎带和魔术贴将电池、电调绑束在机身上，并调整电池位置，使飞机重心在机翼弦线25％处附近；电调一端连接电机，另一端连接电池；h.安装电子设备，电子设备包括飞控板和接收机，全部用扎带或魔术贴固定在椭圆形环翼中心位置的支撑杆固定块上，并用扎带固定连接线缆。

设计方案

所述椭圆形环翼(1)与木质材料硬盒式机身(7)的连接部位做加强设计，采用两个螺栓(12)固定连接；

所述环翼飞行器采用双机身结构，每个机身的尾部安装有垂尾(8)，在尾部的加强部位安装平尾(9)，在机身的头部安装有电机座，用于安装电机(16)，在垂尾(8)上有方向舵面(10)，在平尾(9)上安装有升降舵面(11)，支撑杆(5)是维持机身构型的部件，通过固定块固定；

其特征在于，所述双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器通过如下步骤制造：

a.绘制撑杆固定块三维模型，通过计算机三维绘图软件按照设计要求和尺寸绘制固定块的结构形状，并存储为STL模型文件；

b.激光切割零部件，将选择好的轻木层板、桐木层板板材放置在激光切割机的预切割位置，启动切割机切割出飞行器所需要的零部件；

c.打印固定块实体部件，将固定块模型文件拷入到熔融沉积成型3D打印机的存储芯片中，装好ABS打印材料，启动打印设备，将三维模型打印成实体部件；

d.粘接组装机翼、机身主要飞行器部件，将切割好的零部件用AB胶、502胶水进行粘接，在重要承力部位用胶接碳条、碳片进行加强；用砂纸进行打磨修型；将热缩膜铺置在机翼、机身、垂尾和平尾表面，并用电烙铁、吹风机工具使热缩膜粘贴、固定在部件表面；

e.装配机翼机身，将支撑杆用固定块固定，并用支撑杆连接两个机身；调整支撑杆长度，使得机翼和机身的连接面能够贴合在一起，并用螺栓螺母固定机翼与机身；用螺栓固定好支撑杆；

f.装配垂尾和平尾，将垂尾和平尾胶接在一起；用螺栓螺母将垂尾、平尾与机身固定在一起，用细线将承力支撑杆捆扎牢靠，防止在飞行中因振动和受力松脱；

g.安装动力装置，将电机座安装在机身头部，用螺栓固定；将选配好的电机和螺旋桨组装在电机座上，并用扎带固定好缆线；用扎带和魔术贴将电池、电调绑束在机身上，并调整电池位置，使飞机重心在机翼弦线25％处附近；电调一端连接电机，另一端连接电池；

h.安装电子设备，电子设备包括飞控板和接收机，全部用扎带或魔术贴固定在椭圆形环翼中心位置的支撑杆固定块上，并用扎带固定连接线缆。

设计说明书

技术领域

本发明涉及一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器的制造方法，属于飞行器制造技术领域。

背景技术

环翼飞行器是采用环形固定翼设计的飞行器，其机翼的翼尖相连成为一个封闭的圆环，是联翼布局飞行器的一种。飞行中，环翼飞行器机翼产生的升力高于常规固定翼机翼产生的升力，不存在横滚稳定性问题。此外，环翼飞行器还具有诱导阻力小、失速特性好、结构重量轻、机翼展向尺寸小及易于安装垂直起降装置等优点。

1988年，白俄罗斯采用环翼设计制造了一种机动性能良好的轻型运动飞机，并在2004年研制了原型机EW-067LL，机翼的升力提升了30％。随着科学技术的发展，环翼飞行器必将成为新型飞行器研究的一个重要方向。

发明内容

本发明提供一种垂直起降椭圆形环翼飞行器结构设计方案和该飞行器的制造方法，用于实现环翼飞行器的垂直起降功能。

技术方案

本发明是通过这样的技术方案实现的，一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器，包括椭圆形环翼、木质材料硬盒式机身、垂尾及方向舵面、平尾及升降舵面、电机及旋翼组件、支撑杆，所述椭圆形环翼是采用对称翼型，翼型的上下弧线对称，中弧线与翼弦重合成一根直线，椭圆形环翼包括翼梁、翼肋和热缩膜蒙皮，翼肋与翼梁、桁条、蒙皮相连，为蒙皮提供支撑。

进一步地，所述的双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器，所述椭圆形环翼与木质材料硬盒式机身的连接部位做加强设计，采用两个螺栓固定连接。

进一步地，所述环翼飞行器采用双机身结构，每个机身的尾部安装有垂尾，在尾部的加强部位安装平尾，在机身的头部安装有电机座，用于安装电机，在垂尾上有方向舵面，在平尾上安装有升降舵面，支撑杆是维持机身构型的部件，通过固定块固定。

进一步的，上述飞行器制造方法步骤包括：

a.绘制撑杆固定块三维模型，通过计算机三维绘图软件按照设计要求和尺寸绘制固定块的结构形状，并存储为STL模型文件；

b.激光切割零部件，将选择好的轻木层板、桐木层板板材放置在激光切割机的预切割位置，启动切割机切割出飞行器所需要的零部件；

c.打印固定块实体部件，将固定块模型文件拷入到熔融沉积成型3D打印机的存储芯片中，装好ABS打印材料，启动打印设备，将三维模型打印成实体部件；

h.安装电子设备，电子设备包括飞控板和接收机，全部用扎带或魔术贴固定在椭圆形环翼中心位置的支撑杆固定块上，并用扎带固定连接线缆。采用上述制造方法制造的飞行器，采用了椭圆形环翼设计产生飞行器飞行所需的升力，采用动力双螺旋桨设计产生飞行及起降时所需的拉力，并采用了垂尾起落装置一体化设计实现航向控制和垂直起降的功能。本发明具有比常规固定翼飞行器升力大、结构简单、重量轻、可垂直起降等优点，具有很好的推广使用价值。

附图说明

图1:双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器外观图

图2:飞行器的垂直起飞姿态图

图3:飞行器的平飞姿态图

图4:飞行器各部位标注示意图

图5:环形椭圆机翼与机身连接示意图

图6:平尾垂尾与机身连接示意图

其中，1-椭圆形环翼，2-电机及旋翼组件，3-平尾固定螺钉，4-固定块，5-支撑杆，6-固定块，7-木质材料硬盒式机身，8-垂尾，9-平尾，10-方向舵面，11-升降舵面，12-环翼与机身固定螺栓,13-撑杆固定螺帽,14螺旋桨,15-螺帽,16-电机,17-撑杆固定块，18-垂尾固定螺栓；19-平尾固定螺栓。

具体实施方式

如图1-6所示，一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器，包括椭圆形环翼1、木质材料硬盒式机身7、垂尾8及方向舵面10、平尾9及升降舵面11、电机及旋翼组件2、支撑杆5。

椭圆形环翼是飞行器飞行性能的重要气动部件，主要功用是产生飞行所需的升力。机翼的翼型采用对称翼型，翼型的上下弧线对称，中弧线与翼弦重合成一根直线。此翼型的优点是阻力小，稳定性和操纵性好。椭圆形环翼包括翼梁、翼肋和热缩膜蒙皮，翼梁承受由外载荷转化而成的主要弯矩和剪力；翼肋形成机翼剖面所需的形状，与翼梁、桁条、蒙皮等相连，为蒙皮提供支持；蒙皮形成维持机翼外形、承受局部气动力，并和翼梁、翼肋一起构成封闭结构承受部分的扭矩及一部分剪力。在机翼与机身的连接部位做加强设计，采用两个螺栓12穿过机翼和机身，并用螺母固定链接。

进一步的，机身是飞行器的基体，主要功用是安装机翼、尾翼、动力装置等部件，使其成为能满足一定技术要求的飞行器。机身采用轻木材料制成硬盒式结构，外部包有热缩膜蒙皮，形成一个承载和传力的整体受力结构。环翼飞行器采用双机身结构，每个机身的尾部安装有垂尾，在尾部的加强部位安装平尾，在机身的头部安装有电机座，用于安装电机。

进一步的，垂尾是方向稳定性部件，主要功用是使飞行器的方向(偏航)具有一定的稳定性。在垂尾上安装有方向舵面10，功用是通过操纵方向舵实现飞行器的方向控制。环翼飞行器采用双垂尾结构，每个机身上各安装一个垂尾，垂尾尺寸完全相同，操纵的方向舵偏转方向相同。在起飞和降落阶段，飞行器的垂尾还具有起落架的功用，垂尾的最外端做了结构加强，与地面接触能够支撑飞行器保持垂直状态起飞和降落。

进一步的，平尾是俯仰稳定性部件，主要功用是使飞行器的俯仰具有一定的稳定性。在平尾上安装有升降舵，功用是通过操纵升降舵实现飞行器的俯仰控制。环翼飞行器采用单平尾结构，平尾两端翼肋做加强处理，制作时与垂尾连接成一体，提高结构强度。

进一步的，电机是飞行器的动力部件，主要作用是带动旋翼旋转产生拉力，从而带动飞行器前进、悬停或升降。

进一步的，支撑杆是飞行器维持机身构型的部件，主要功用是飞行器在飞行受力情况下保持机翼、机身结构整体形状，通过固定块进行固定。绘制零部件CAD图形。按照设计尺寸绘制椭圆环形机翼、机身、垂尾、平尾等主要部附件的CAD平面图，并保存成DXF文件。

绘制撑杆固定块三维模型。通过计算机三维绘图软件按照设计要求和尺寸绘制固定块的结构形状，并存储为STL文件。

激光切割零部件。将选择好的轻木层板、桐木层板等板材放置在激光切割机的预切割位置，启动切割机切割出飞行器所需要的零部件。

打印撑杆固定块实体部件。将撑杆固定块模型文件拷入到熔融沉积成型3D打印机的存储芯片中，装好ABS打印材料，启动打印设备，将三维模型打印成实体部件。

粘接组装机翼、机身等主要飞行器部件。将切割好的零部件用AB胶、502胶水进行粘接，在重要承力部位用胶接碳条、碳片进行加强；用砂纸进行打磨修型；将热缩膜铺置在机翼、机身、垂尾和平尾表面，并用电烙铁、吹风机等工具使热缩膜粘贴、固定在部件表面。

装配机翼机身。将承力撑杆用固定块固定，并用撑杆连接两个机身；调整撑杆长度，使得机翼和机身的连接面能够贴合在一起，并用螺栓螺母固定机翼与机身；用螺栓固定好撑杆。

装配垂尾和平尾。将垂尾和平尾胶接在一起；用螺栓螺母将垂尾、平尾与机身固定在一起。完成所有步骤后，用细线将承力撑杆捆扎牢靠，防止在飞行中因振动和受力松脱。

安装动力装置。将电机座安装在机身头部，用螺栓固定；将选配好的电机和螺旋桨组装在电机座上，并用扎带固定好缆线；用扎带和魔术贴将电池、电调绑束在机身上，并调整电池位置，使飞机重心在机翼弦线25％处附近；电调一端连接电机，另一端连接电池。

安装电子设备。电子设备包括飞控板和接收机，全部用扎带或魔术贴固定在椭圆形环翼中心位置的撑杆固定块上，并用扎带固定连接线缆。

设计图

一种双螺旋桨垂直起降椭圆形环翼飞行器的制造方法论文和设计

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主设计要求

设计方案

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