单人飞行器革命性设计----动力装置悬浮式喷气背包飞行器

单人飞行器革命性设计----动力装置悬浮式喷气背包飞行器

单人飞行器革命性设计----动力装置悬浮式喷气背包飞行器

单人飞行器革命性设计----动力装置悬浮式喷气背包飞行器

这张照片显示的是,当年的美女Suzy Busch妹妹,抱着当年最小的Williams International WR-19微型涡扇发动机坐在当年最大的商用发动机 Pratt & Whitney的JT9D上。

JT9D不需要描述了。美女怀里的WR-19,被用于喷气背带(Jet Belt)项目,用作单人飞行器的动力。第二张则是JET BELT单人飞行喷气背包飞行示意图。由图上可以看出;

这种涡扇飞行背包方案存在着一个很大的设计问题;为了飞行中的安全,得把两个喷管设置在人体重心的上方,为了照顾喷管必须设置在人体重心上方的设计特点,涡扇发动机只能是头朝下布置,通过损失推力的办法让喷管位于人体重心的上方。让发动机头朝下进气口会产生向下的负升力,而且这个负升力还很大。让发动机燃气流来个180度的大转弯再喷出,也会损失很大推力。发动机推力越大,这些负升力损失就越大,这就使得涡扇发动机的经济性在飞行背包上表现不出来,损失竟然能达到得不偿失的程度,既使能飞,飞行背包重量体积也很大,飞行成本相对较高,实用性非常差,因此尽管已经出现了推重比为12甚至更高的微型涡扇发动机,始终未出现批量生产的涡扇飞行背包。

本方案把产生向上推力的动力装置与捆扎在人体上的背包架分开来,整个装置通过摇臂连杆与背包架铰接在一起,在起飞之前发动机没有工作的时候,整套动力装置是通过摇臂式连杆吊挂在背包架上,此时是人背着飞行背包,当发动机工作产生推力后,整套动力装置就会在推力作用下向上升起,一直上升到背包架的上方,通过连杆对背包架产生提升力,此时飞行者被吊挂在动力装置的下面,这样产生推力的喷管位置就上升到人体重心的上方,使人体和飞行器两者形成的重心能处于动力装置产生升力位置的下方,可以让位于人体重心上部的喷口产生的推力能始终作用在人体重心上方的合适部位,使整个飞行器具有自稳定的作用。具有自稳定趋势趋势后,飞行者就可以很容易地利用身体向前后左右摆动的办法改变飞行姿态,再结合自动飞控系统改变动力装置喷管角度或动力装置与自身的角度就可达到实现安全自由飞行的目的。

参照附图1;吊挂式个人飞行背包由背包架和动力装置两大部分组成,两者之间用两个承力联杆和一个保持平行的联杆联接在一起。动力装置由涡扇发动机本体、主油箱、加力溶液箱、发动机进气罩、承力架等组成。背包架由背包板架和人体紧固带等部件组成。涡扇发动机的两个喷管被设计成类似于垂直起降的鹞式飞机可转喷管结构,可转动喷管通过轴承铰接在发动机燃料室的壳体上,由两个轻重量高功率作动电机控制转动角度。喷管的推力方向被设计指向铰接轴线的中间部位,或在

垂直于这个轴线的情况下适当靠前或靠后,通过作动电机的转动可使推力改变角度,或通过两个喷管的差动实现调节飞行方向或围绕自身轴线转动。为适合保管携

带的需要,两个喷管可以从旋转轴承套中拧下来,以缩小装箱尺寸。背包板架后面正对发动机高温区涂有热反射材料,喷管正对人体的部位上也包裹一层隔热材料。在背包架和动力装置之间设置有微型电动卷扬作动装置,可在自动飞行控制系统的“操纵”下自动调节两者之间的角度。当使用者背上飞行背包后,就会与飞行背包之间形成总体重心,这个重心会随着背包架与动力装置架之间的角度发生前后的微小距离摆动,推力线同时也发生变化,通过与重心形成的夹角变化,再加上使用者用肢体重量进行调整,就可完成飞行过程中的调整。

为提高推重比,飞行背包采用的涡扇发动机在成熟发动机基础上专门进行了改进,发动机壳体适当进行了加固,以避免额外的联接重量,初级风扇叶片的角度缩小的迎角,以适应飞行背包的低速飞行特点。本方案还为涡扇发动机专门设置了较大尺寸的柔软高分子材料制成的可充气定形折叠整流罩,在飞行背包工作时利用压气机中气压使其鼓起,可为发动机提供一个比较理想的进气通道,可以提高涡扇发动机的工作经济性和增加至少20%的推力,而在储存时这个整流罩可以随箱“变形”,并不会增加箱子尺寸。考虑到垂直起飞要考虑到及时加速,对推力的需求很大,而在平飞时,为增加升力,还配备了掺有特种燃料的加力溶液箱,可以需要时向发动机中喷入这种水溶液增加发动机推力。


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