一种展收式垂直起降个人飞行背包的制作方法

本申请涉及一种航空领域的个人飞行背包。

背景技术：

目前较为先进的飞行背包为jb11个人喷气式飞行背包，其使用微型涡喷发动机作为动力装置，这是因为虽然涡喷发动机推进效率很低，导致耗油量很大，但是在同等推力下涡喷的体积是最小的，所以采用涡喷能够在小尺寸的情况下产生大推力，这也是为了适应背包这种小尺寸结构而设计的。但无法回避的是即使油箱体积达到极限，续航时间也依然很短的弊端，这是因为微型涡喷极低的推进效率导致的极高的耗油率，所以推进效率与背包体积之间的矛盾是制约飞行背包发展的主要瓶颈。

要提高推进效率，只有使用尺寸较大的风扇、螺旋桨或旋翼，因为其与空气作用面积大，空气流量大，流速慢动能损失小，但问题是，风扇、螺旋桨或旋翼的尺寸会导致背包体形很大，背着这样的背包自由活动很难，不能称之为背包飞行器，也不具有实用意义，因为真正意义上的飞行背包体积必须足够小，便于使用者背负和携带，提供足够长的续航时间。

鸟类的翅膀是伟大的创造，作为鸟类的飞行动力装置，翅膀不仅有很大的尺寸、很高的效率，而且它还可以折叠和收回，让鸟类既可以高效灵活的在空中飞行又可以在不飞行时收回翅膀，从而在地上能够自由活动。而如果鸟类的翅膀是不能折叠的，翅膀就不可能太大，因为大的翅膀让鸟类无法在地上自由活动，而翅膀小就意味着低效率和高能耗，就如已知的飞行背包一样，甚至飞不起来，这是矛盾的，而且即便是小翅膀也会影响鸟类在地上的自由活动，当然，现实不是这样的。因此，鸟类之所以能够实现较高飞行效率和在地上自由灵活的活动兼顾，关键就在于其翅膀是可以伸出展开和折叠收回的。

技术实现要素：

本发明通过让飞行动力装置可伸出展开和折叠收回于背包主体上的独特构思，实现了将涵道风扇等有较高推进效率的动力装置应用于飞行背包的可行性，从而使飞行背包达到有更低的能耗和更长续航时间、又便于使用和携带的技术目标。同时，为了进一步提高在空中飞行的续航时间，并提高安全性，本发明还引入了升力装置。

一种展收式垂直起降个人飞行背包，其特征在于，包括一背在使用者身上的背包主体，背包主体上设有机械折叠伸缩机构，还设有飞行动力装置，且飞行动力装置与机械折叠伸缩机构连接，使所述飞行动力装置可在使用时通过所述机械折叠伸缩机构从背包主体上伸出，在不用时收回，

或者，包括一背在使用者身上的背包主体，背包主体上设有机械折叠伸缩结构，还设有飞行动力装置，且还设有升力装置，飞行动力装置和升力装置各自与所对应的机械折叠伸缩机构连接，使所述飞行动力装置或所述升力装置可在使用时通过所述机械折叠伸缩机构从背包主体上伸出，在不用时收回。

注：本发明申请所述的“机械折叠伸缩机构”可包括折叠结构或伸缩结构，而且与在先申请所述的“支撑结构”虽然名称不同但结构相同。机械折叠伸缩机构是实现让飞行动力装置可以收回于背包主体和展开使用的机械装置，包括的具体结构有很多。

背包主体上设有两组飞行动力装置，分别位于背包主体的两侧，可通过所述机械折叠伸缩结构从背包主体的两侧伸展出或收回于背包主体内，每组飞行动力装置包括一个或多个所述飞行动力装置，所述飞行动力装置为垂直起降飞行动力装置，其可带动使用者垂直起飞、持续平飞、降落。比如，每套飞行动力装置包括两个电动涵道风扇，即每侧设有两个，且各自通过机械折叠伸缩机构伸出或收回。

所述背包主体两侧的飞行动力装置均通过支臂与背包主体铰接，支臂在机械动力装置的带动下向背包两侧进行的摆动，使飞行动力装置伸展出或收回于背包主体内。（可在包括电动推杆等机械动力装置带动下摆动的支臂及其附属机构属于机械折叠伸缩机构）

注：如果要达到良好的技术目标，必须使用某些特制的涵道风扇发动机，其更加符合可进行折叠的尺寸条件，同时还具有能够载人垂直起降的强劲动力，比如：能够制成足够薄且推力足够大的发动机、或者体积小且推力足够大的发动机，才可以完美的实现折叠收纳和起飞，而普通的涵道风扇发动机很难满足条件，现有的涵道风扇发动机的要么推力不够，要么体积、重量都很大、要么效率不高（包括涡扇发动机、活塞发动机等等），若非使用所述特制的涵道风扇发动机，则很难达到技术目标，而所述特制的涵道风扇发动机还未在市场上出现。正因为如此，涵道风扇发动机没有被认识到可通过折叠而应用于真正的载人飞行背包（可以背负、行走、飞行、携带的背包）。为了更好的说明，本发明在解决技术问题的同时，还提供并推荐两种所述特制的涵道风扇发动机：一种是桨叶喷气式风扇发动机；一种是特制的大功率无刷电动涵道风扇发动机，其包括一种轴向很薄的电动涵道风扇（直径50厘米，厚度15厘米）或一种径向和轴向尺寸都在背包尺寸范围内的推力达到某一值的电动涵道风扇（直径不超过25厘米，单台推力至少40公斤以上），完全可以实现目标。

在设有飞行动力装置，且还设有升力装置的结构中，飞行动力装置从背包主体上伸展出后提供垂直推力（本发明所指的飞行动力装置必须能够垂直起降，其功率、电控系统等条件必须在现有技术下满足垂直起降的技术要求），推动使用者从地面飞起后，所述飞行动力装置由垂直推力转向前进推力（通过连接轴转动喷口朝向即可），所述升力装置伸出并展开，为平飞持续提供升力。（升力装置是可以在空中飞行时展开或收回的）

注：飞行动力装置可以是涵道风扇，升力装置可以是折叠的固定翼或旋翼机，飞行动力装置和升力装置两者组合是最佳组合，产生超出预期的效果，飞行动力装置虽然效率没有升力装置高，但是体积小，不占用空间，而且可以垂直起降，这样，在地面上的时候，可以随时随地起飞，但如果单单使用飞行动力装置提供前进的续航动力，则相比升力装置耗油量大，续航时间短，速度慢，此时，将升力装置展开，由于升力装置有很好的空气动力学效率，其可以使续航时间增加，使飞行器飞得更远、更快、更久，但是其占用空间较大，只适合在空中使用，在降落时收回，由飞行动力装置实现垂直降落，当然，如果场地允许，升力装置也可以辅助飞行动力装置实现降落。

所述飞行动力装置为微型涡轮喷气发动机、微型涡轮风扇发动机、涵道风扇或螺旋桨。

本发明推荐的是涵道风扇，涵道风扇大大提高热效率（涡轮机的）和推进效率，同时更有利于折叠收回。

所述风扇或螺旋桨的动力装置可以为内燃机、电动机、桨叶喷气式发动机或微型涡轮轴发动机。内燃机包括现有任何可以利用的内燃机，但是内燃机功重比小，包括转子发动机，转子发动机可以为三角转子发动机，这种发动机转速高效率高，但同样存在功重比小的问题，目前的技术可能还很难有足够功重比的内燃机，因此不推荐；电动机具有绝对的优势，好处是体积小结构简单，功重比大，但是依赖电池技术，推荐使用；桨叶喷气式发动机是将高压气体从螺旋桨或风扇的桨叶上喷出，推动风扇旋转，高压气体可以是涡轮尾喷口高温高压气体，也可以是其他任何来源的高压气体，功重比大，体积小结构紧凑，外形可以是碟型可实现折叠叠放，推荐使用；微型涡轮轴发动机由于有减速机构，所以体积大，不推荐。折叠方式多种多样。为了推进效率的最大化，应尽量使风扇直径大，而为了便于折叠，应尽量使风扇的轴向尺寸小，保证风扇不会有太大的轴向高度，可以叠放，这样，就需要采用合适的发动机，电动机和桨叶喷气式发动机是首选的方案，电动涵道风扇，使用轴向尺寸小的无刷电机，配合大口径短涵道，折叠后叠放，或者使用中口径的非短涵道，折叠后左右对置，桨叶喷气式发动机也可以制成较为合适的尺寸，因为其推重比大，结构简单紧凑，是可以实现上述能够满足可折叠的尺寸条件和强劲的动力的发动机。所述桨叶喷气式发动机包括一种如下结构：

一种叶片喷气式动力装置，包括一涵道风扇，设有燃烧室，压气机设置于涵道风扇的主轴处，压气机转子包括叶轮和与叶轮一体式连接的转轴，且所述压气机转子的转轴与所述主轴的理论轴线共轴，还设有一个套接在压气机转子上的旋转壳体，所述旋转壳体与涵道风扇一同旋转，涵道风扇的叶片内部为中空式结构，所述涵道风扇的叶片沿周向设置于所述旋转壳体的外壁上且叶片内部与旋转壳体内部直接连通；或者所述叶片设置于主轴上且每个叶片的内部通过一传输管道与旋转壳体内部连通，所述涵道风扇的叶片上设有与叶片内部连通的叶片喷口或者所述涵道风扇的叶片上设有环绕并连接各叶片且其内部与叶片内部连通的且与主轴的理论轴线同轴的环形体，所述环形体上设有喷口，所述压气机产生的高压空气进入燃烧室与燃油混合燃烧后由叶片喷口或所述环形体喷口喷出通过反作用力驱动涵道风扇转动，所述压气机转子由涡轮带动或者由旋转壳体通过齿轮传动机构带动：

在压气机转子由涡轮带动的结构中，燃烧室设置于旋转壳体内，压气机转子的转轴上一体式连接有一涡轮，所述涡轮为径流涡轮，所述径流涡轮包括一涡轮盘和立于涡轮盘盘面上的周向排列的一圈或多圈涡轮叶片，燃烧室喷口设置在所述涡轮叶片围成的圈的内侧，向外对准涡轮叶片，燃烧室喷口喷出的高压燃气吹动涡轮叶片后进入所述旋转壳体内，然后进入叶片内部，由叶片喷口或环形体喷口喷出；

在压气机转子由旋转壳体通过齿轮传动机构带动的结构中，所述燃烧室设置于旋转壳体内或涵道风扇的叶片内部，或者在设有所述环形体的结构中设置于环形体内，在燃烧室设置于旋转壳体内的结构中，燃烧室喷口通过叶片内部连通至叶片喷口；在燃烧室设置于涵道风扇的叶片内部的结构中，所述燃烧室设置于所述叶片的根部或中部或端部或全部，燃烧室喷口在叶片内部与叶片喷口连通；在燃烧室设置于环形体内的结构中，压气机出来的高压空气通过叶片内部进入燃烧室，燃烧室喷口与环形体喷口连通。

在背包主体的两侧均设有主轴，所述支臂的一端与涵道风扇连接，另一端与主轴铰接，支臂以主轴为轴摆动，实现摆动伸出和摆动收回，支臂的摆动通过机械动力装置完成，使用者通过有线或无线设备控制所述机械动力装置。

所述背包主体上设有可容纳所述飞行动力装置的槽，每个槽至少单侧开口，使飞行动力装置从背包主体两侧收回时，可置于槽内，且所述与涵道风扇连接的支臂可绕自身轴自转，从而可调整涵道风扇角度以调整飞行姿态或利于折叠。

注：主轴可以横向设置也可以为纵向设置，所述两个支臂的根部套在主轴上与主轴转动连接，使支臂以主轴为轴摆动，如果两个风扇叠放，则支臂可以沿主轴轴向滑动以达到在伸出时左右对称，支臂还通过轴承实现以自身为轴可扭转，可以是所述支臂包括可相对转动的一个杆和一个套杆，使支臂可以以自身为轴扭转，所述支臂的扭转、支臂以主轴为轴摆动通过机械动力装置完成，使用者通过有线或无线设备控制所述机械动力装置，实现对涵道风扇伸出和收回的控制。当然，还有很多折叠伸缩和控制机构可以由已知技术常规手法实现。

所述两个支臂共同设置在一个连接体上，所述连接体与背包主体铰接，并与操控杆连接，操控杆由使用者操控，可调整连接体的角度，从而调整支臂以致调整飞行动力装置的方向；当然，也可以采用遥控器的手动操控来电子控制连接体，此时连接体需要与控制电机连接。

所述升力装置为被动式自转旋翼、固定翼或主动式旋翼，被动式自转旋翼或主动式旋翼的叶片本身为可折叠或伸缩式结构。（被动式自转旋翼是一种利用平飞时前方气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼，实际上就是将旋翼机的旋翼设置于飞行背包上。）

在所述升力装置为被动式自转旋翼的结构中：包括一设置于背包主体上的旋翼支撑杆（就是支撑架），所述旋翼支撑杆的一端与背包主体铰接，另一端与被动式旋翼轴转动连接，（旋翼支撑杆通过机械动力装置，可摆动伸出收回或滑动伸出收回，取决支撑杆与背包主体采用哪种铰接方式。）

在所述旋翼叶片为可折叠式的结构中，所述旋翼的叶片包括互相铰接的数段叶片，且通过机械动力装置实现以铰接轴为轴转动，实现折叠或伸展（包括叶片与桨榖铰接）；在所述旋翼叶片为伸缩式的结构中，旋翼叶片为多个空心叶片相套可抽拉的结构，并通过机械动力装置使其相套缩回或抽拉伸出（包括利用离心力伸出）；

在所述升力装置为固定翼的结构中：所述固定翼的翼片与背包主体铰接，翼片包括一段或数段且相互铰接的翼片，各铰接处以铰接轴为轴转动，实现折叠或伸展；或者所述翼片为多个空心翼片相套可抽拉的结构且翼片与背包主体铰接，可相套缩回、抽拉伸出；或者翼片为充气式软体结构，并在充气后形成硬体固定翼；还包括软膜机翼。

在所述升力装置为主动式旋翼的结构中，是在所述被动式自转旋翼的结构中，设有一动力装置与旋翼连接使旋翼保持主动旋转，持续提供升力。（其折叠机构与被动式自转旋翼相同，只是多了一个持续输出动力使旋翼旋转的动力装置，可以用电动机和减速器，同时，飞行动力装置起到抵消反扭矩作用，主动式旋翼也可以设有改变桨距的装置，也可以不设有，其悬停时可以依靠所述飞行动力装置来控制方向。）

本申请所述带动支臂摆动的等机械动力装置可以为电动机所带动的机械传动装置，包括电动推杆，齿轮传动机构等等，也可包括弹簧等结构。

本申请的的不同构思在于，通过让飞行动力装置可折叠收回于背包主体，突破性的实现了将涵道风扇等有较高推进效率的动力装置能够应用于飞行背包这样的小型结构中，从而大幅提升热效率、推进效率、续航时间和实用性，同时引入升力装置可折叠式设置于背包主体上，两者之间互相配合，实现了飞行背包的便携化、发挥作用最大化、效率最高化，降低了能耗、提高了安全性、进一步提高了续航时间，打造出一种不同于现有任何一种结构的独特的飞行背包，解决了人们一直渴望但始终未能获得成功的技术难题，取得了超出预期的效果，而折叠伸缩结构是解决这一问题的必要条件，不仅是为了便携，更主要的是为了提高推进效率，可以真正的实现像鸟儿一样飞行。

可折叠伸缩式的涵道风扇和被动式自转旋翼在不用时折叠于背包上，使用时展开，在飞行时，涵道风扇提供垂直动力，飞到空中后，自转旋翼展开，涵道风扇提供向前的动力，旋翼被动旋转提供平飞时的升力，降落时自转旋翼收回，涵道风扇转为提供垂直动力，落地后涵道风扇也收回，这样不但解决了起飞和降落时空间的局限问题，也解决了飞行时效率不高的问题，因此提高了燃油或电能的利用率，从而大幅提高了续航时间，解决了现有飞行背包续航时间不足的问题。在单纯使用可折叠伸缩式风扇飞行的时候，其推进效率和续航时间也超过现有任何一款飞行背包。本申请提供的飞行背包便于携带，可用于边境巡逻、特种作战、空投救援、野外勘探、山地代步、山地救援、科学探险、休闲娱乐、海岸救援、应急运输等等。

附图说明

下面结合附图和较佳实施例对本申请做详细说明，其中：

图1为一种设有涵道风扇的可折叠展收式飞行背包涵道风扇收回后的后视图；

图2为一种设有涵道风扇的可折叠展收式飞行背包涵道风扇展开后的后视图；

图3为一种设有微型涡喷的可折叠展收式飞行背包微型涡喷展开后的后视图；

图4为一种设有微型涡喷的可折叠展收式飞行背包微型涡喷收回后的后视图；

图5为两个支臂共同设置在一个连接体上的飞行背包后视图；

图6为两个支臂共同设置在一个连接体上的飞行背包带人侧视图；

图7为设有升力装置且升力装置为被动式自转旋翼的飞行背包旋翼收回后的带人后视图；

图8为设有升力装置且升力装置为被动式自转旋翼的飞行背包旋翼展开后的带人侧视图；

图9为设有升力装置且升力装置为固定翼的飞行背包固定翼收回后的带人后视图；

图10为设有升力装置且升力装置为固定翼的飞行背包固定翼展开后的带人后视图；

图11为涵道风扇通过背包主体两侧的主轴与飞行背包主体铰接的涵道风扇收回于背包主体上的槽内的带人侧视图；

图12为涵道风扇通过背包主体两侧的主轴与飞行背包主体铰接的涵道风扇展开后的后视图；

图13为涵道风扇通过背包主体两侧的主轴与飞行背包主体铰接的涵道风扇展开后旋转到预备收回状态的后视图；

图14为涵道风扇通过背包主体两侧的主轴与飞行背包主体铰接的涵道风扇收回后的后视透视图；

图15、16为被动式自转旋翼叶片为折叠式示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述飞行背包主体1上设有两个已经收回于背包主体上的涵道风扇3，其包括八个叶片7，电动机6是风扇的动力装置，与涵道风扇连接的是两个支臂2，支臂通过轴4与飞行背包主体铰接，并通过电动推杆5推动支臂2，使涵道风扇3伸出或收回于背包主体1上。

如图2所示，电动推杆（电动缸）5推动支臂2，支臂2以轴4为轴上摆，带动涵道风扇3伸出于背包主体1，实现可飞行状态。

如图3、图4所示，背包主体34上两侧设有微型涡轮喷气发动机8，其通过支臂10支撑，支臂10通过背包两侧的主轴9与背包主体铰接，通过具体的机械动力装置，实现图3的伸出背包主体外，或图4的收回在背包主体上，当然，微型涡喷也可以是微型涡扇或无刷电动涵道风扇。

如图5、图6所示，所述两个支臂14共同设置在一个连接体15上，所述连接体15与背包主体12通过轴16铰接，并与操控杆18连接，操控杆由使用者操控，可调整连接体15的角度，从而调整支臂14以致调整飞行动力装置13的方向。

如图7所示，包括一个叶片可伸缩的旋翼25和可摆动的旋翼支撑架23，所述旋翼支撑架23的一端与背包主体22通过轴24铰接，另一端与被动式自转旋翼轴26转动连接，旋翼支撑架收回于背包主体上，可伸缩式旋翼25为跷跷板式旋翼，包括两个叶片，每个翼片为多个空心翼片20相套可抽拉的结构，其内部设有一个拉力弹簧使其在旋翼支架收回于背包主体上时相套缩回，飞行背包的飞行动力装置为两个微型涡喷21。

如图8所示，旋翼支撑架23摆动抬起至伸出背包主体外，在其与背包主体22的铰接轴24处设有电机使其实现摆动，旋翼支撑架23的端部与旋翼轴26连接，还设有一个小型预旋转电机使旋翼25旋转，旋翼25的所有叶片在离心力作用下被甩出，随后，在飞行器已经具有一定速度的情况下，飞行员调整飞行角度，使旋翼迎风旋转，产生升力，飞行动力装置为两个微型涡喷21。

如图9、图10所示，飞行背包上设有两个可折叠固定翼27，通过电动机械装置实现收回和伸出于背包主体，固定翼能实现飞行员平飞，在一定速度的情况下提供升力。

如图11所示，支臂30的端部与涵道风扇33固定连接，在背包主体31上两侧各设有一个主轴29，所述两个支臂的根部28套在主轴上与主轴29转动连接，使支臂30以主轴29为轴摆动，且支臂30可以沿主轴29轴向滑动，所述支臂30包括可相对转动的一个杆和一个套杆，使支臂30可以以自身为轴自转（此图未展示，实际上就是支臂可以扭转），所述支臂30的自转、支臂30沿主轴29轴向滑动、支臂30以主轴29为轴摆动均通过机械动力装置完成，机械动力装置为电机和齿轮、丝杠或传动带等传动机构，在背包主体31上设有两个槽32，两个槽的开口各位于背包主体的一侧，涵道风扇33收回于槽32内。在涵道风扇33伸出于背包主体外时，支臂30在主轴29上滑动到适当位置，以使左右两侧的涵道风扇位于同一直线上对称设置。

如图12所示，背包主体31上设有两个主轴29，支臂的根部28套在主轴29上，涵道风扇33在支臂30的支撑下，由机械动力装置带动向上摆动到适当位置。

如图13所示，背包主体31上设有主轴和支臂30，支臂30是可以自转的，其使涵道风扇33转动至可以回收的方向。

如图14所示，以主轴29为轴，两个涵道风扇33收回至背包主体31上。

如图15、16所示，在所述升力装置为被动式自转旋翼38的结构中，包括一设置于背包主体35上的可摆动的旋翼支撑架37，所述旋翼支撑架37的一端与背包主体35铰接，铰接轴42，另一端与被动式自转旋翼38的轴转动连接，旋翼支撑架37通过机械动力装置可摆动伸出或收回于背包主体上，被动式自转旋翼38包括两个叶片，每个旋翼叶片包括互相铰接的两段叶体，两段叶体通过铰接轴39铰接，且叶片与旋翼的桨榖铰接，铰接轴41，（桨榖也可包括一部分与桨榖固定连接的叶片，此时均视为是桨榖），铰接处41和39通过电机带动丝杠和齿轮实现以铰接轴为轴转动折叠或伸展且设有定位装置，在图16中，旋翼38的叶片折叠后收回在背包主体35上，支撑架37收回于背包主体上，所述飞行动力装置为四台电动涵道风扇36，可通过背包两侧的主轴收回于背包主体内部，背包主体35上还设有可伸出的脚蹬40，起飞时飞行动力装置涵道风扇36提供推力开始垂直起飞，然后折叠的被动式自转旋翼打开，并开启预旋，涵道风扇通过其连接轴向前旋转一定角度提供向上向前推力，向前飞行，平飞气流使自转旋翼旋转，当自转旋翼在向前飞行时的气流作用下转速达到升力所需时，涵道风扇完全转向向前提供推力。