[0001] 本发明属于分体式飞行器和车辆自动驾驶技术领域，具体涉及一种具备多种起飞方式的模块化交通工具。

[0002] 目前，随着国家针对低空经济的倡导与推动，迅速涌现出了一批较小型化的先进飞行器，其实现起降和飞行的方式主要包括：使用可倾转旋翼或涵道风扇的垂直起降方式、使用螺旋桨+固定翼的传统滑跑起降方式，以及可倾转旋翼/涵道风扇+固定翼的复合式起降方式三类。其中，使用可倾转旋翼/涵道风扇的动力布局由于所占空间较小、飞控技术相对成熟等优点，在现有的验证机型中被较多的采用，但由于垂直起降时能耗较高，再加上现阶段作为飞行器能源的动力电池较重等因素影响，导致有效航程与载荷均不能满足实际需要；传统滑跑起降对跑道具有较高的要求，因而限制了这种动力布局在低空飞行场景的实用性；复合式起降兼具了可垂直起降不需要跑道，以及固定翼平飞时航程大、速度快、能耗低、有效载荷高、飞控相对简单等诸多优点，但也同样难以克服体积大、起降时能耗高等缺点。因此，如何进一步开发出综合上述各类飞行器优势，并尽可能削弱各方面劣势的飞行解决方案，是本领域有待解决的难题之一。

[0003] 另一方面，本领域对于低空经济具体落地的探索，催生了许多不同以往的交通工具新形式，譬如不少新能源汽车企业在近期提出的飞行汽车概念，通过将自动驾驶与飞行器结合实现陆空两用，并由此来拓宽包括客运、应急救援、物流配送、低空旅游等的众多新场景。一些飞行汽车现有技术中，提出了飞行部分与陆地行驶部分分体式的设计形式，不仅可以组合作为一个整体运行，也能够分别自主运行；部分现有技术还提出了能够与飞行部分或陆地行驶部分单独组合的乘运座舱模块，可在低空运输和公路运输间灵活切换。公路行驶需要严格限制包括飞行汽车在内的交通工具尺寸，这意味着占地较小的垂起布局更为实用，虽然个别现有技术中提出了具有可折叠固定翼的飞行汽车设计，但目前路网中适合作跑道的路段仍极为有限。然而如前所述，垂直起降方式也使现有飞行汽车均不能较好解决航程、有效载荷低、能耗高的问题，继而阻碍了多种低空场景的落地。

[0004] 垂直起降飞行器在发动机停车、飞控故障等情况下其相比固定翼飞行器难以实现紧急迫降，更容易导致严重人员伤亡和财物损失，因此其安全性问题也是一个值得重视的方面。

[0027] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0029] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0030] 本发明所提供的具备多种起飞方式的模块化交通工具，如图1‑4所示，由可相互组合或分离独立运行的复合翼飞行模块1和自主行驶底盘2组成；

[0031] 其中，复合翼飞行模块1的机身两侧安装可折叠的固定翼3，固定翼3上设置与机身平行的侧边梁4，侧边梁4上安装有垂直放置的旋翼5；每个侧边梁4后端均设置一垂尾6，一平尾7的水平两端分别与两垂尾6的上端形成可枢转连接，平尾7前端中部与机尾部的中间垂尾8形成可枢转连接；平尾7在陆地行驶或停放时下摆折叠，以及在滑跑起降或平飞时展开，在垂直起降时则可根据需要选择展开或下摆状态。

[0032] 这种高平尾+三垂尾的布局相比其他布局更有利于增大航程，也为机翼和载运舱的设计提供了更好的冗余度和灵活性。同时，三垂尾布局相比采用双尾撑形式的现有技术，能够在尾翼强度与重量方面实现更好的平衡。

[0033] 平尾7下方设置一对涵道风扇9分别位于机尾两侧，每个涵道风扇9分别与其同侧的垂尾6内侧面形成可枢转连接，两涵道风扇9与中间垂尾8形成共轴的可枢转连接，用于在垂直起降时提供上升推力，以及在滑跑起降与平飞过程中提供推力或减速反推力；复合翼飞行模块1上设置有用于载运驾乘人员或货物的载运舱；

[0034] 自主行驶底盘2作为复合翼飞行模块1的起降平台，其具备自动驾驶功能，在与复合翼飞行模块1组合时也能够自动驾驶或在驾驶员的操作下行驶。在复合翼飞行模块1起飞时，自主行驶底盘2带动其加速能够获得辅助升力。通过这种设计，本发明的交通工具可以根据实际需要自由地选择不同起飞方式，譬如在开阔道路、郊野环境可进行滑跑起降并节省能耗，在交通拥挤的城市道路则进行垂直起降，如此也不需要进行过多的已有道路改造。对于空气稀薄的高原等不利于垂直起飞的特殊环境，自主行驶底盘也能够在垂起过程中发挥助推作用，进而使本发明所适用的环境与场景均得以大大丰富。

[0035] 复合翼飞行模块1与自主行驶底盘2组合并在陆地行驶或停放时，固定翼3与平尾6折叠，使复合翼飞行模块1的外周在水平方向上不超出自主行驶底盘2的外周范围，并符合行驶时的道路限高要求。这种设计不仅使本发明在陆地上的尺寸能够满足现有的城市道路宽、高以及相关交通安全法规的要求，也可以借助自主行驶底盘上的前后防撞梁结构对折叠后的复合翼飞行模块形成一定保护，减少碰撞事故时的损失。

[0036] 在本发明的一个优选实施方式中，载运舱为能够与复合翼飞行模块或自主行驶底盘相组合或分离的单独模块(图中未示出)；当载运舱与复合翼飞行模块分离时，复合翼飞行模块能够自主飞行和起降；当载运舱与自主行驶底盘组合时，可作为一车辆进行自动驾驶或在驾驶员操作下行驶；在客运场景下，可选择将舱门设置在载运舱侧面；在货运场景下，则可选择将舱门设置在载运舱前下方或后下方。值得说明的是，本发明的高平尾+三垂尾的布局是综合考虑了独立载运舱、飞行动力布局、复合翼飞行模块折叠后尺寸等设计需要的最优选择，在一些采用低平尾布局的现有技术中显然无法实现上述多种载运舱门与客货运功能设计，在折叠后尺寸、飞行航程方面也达不到本发明同等的指标。

[0037] 在本发明的一个优选实施方式中，每个涵道涡扇9能够单独进行俯仰方向上的倾转，用于在飞行时提高复合翼飞行模块1的机动性。

[0038] 在本发明的一个优选实施方式中，固定翼由机身到远端依次包括中央翼和外翼，以及根据升力指标需求选装的翼梢小翼，在升力要求不高、仅利用中央翼和外翼即能实现起降时则可以省略；侧边梁设置在中央翼与外翼的连接处；外翼上设有襟翼和副翼，或只包含副翼的简化形式。

[0039] 在本发明的一个优选实施方式中，每个侧边梁4上设置一对带锁止机构的可倾转旋翼或者不可倾转的共轴反浆旋翼，对称地分布在固定翼3的前后两侧从而实现更好的动力冗余，采用共轴反桨结构时可提供更大的推力；侧边梁的前端能根据需要选择增设一对可倾转的螺旋桨，如图7所示，在垂起呈垂直方向时可增加上升推力，平飞时则转向水平增加水平推力。

[0040] 在本发明的一个优选实施方式中，自主行驶底盘上2设置有弹性缓冲吸能材料，用于降低复合翼飞行模块1起降时的冲击。

[0041] 在本发明的一个优选实施方式中，如图5和6所示，复合翼飞行模块或者载运舱的下方设置有精定位销钉，自主行驶底盘上设置有对应的精定位销孔，和用于定位复合翼飞行模块的粗定位导向块，通过相互配合实现复合翼飞行模块与自主行驶底盘组合时的定位。

[0042] 在本发明的一个优选实施方式中，复合翼飞行模块1上还设置有起落架，可以根据实际需要选择能够收起的隐藏式起落架，或者是外置起落架。起落架的设置能够使本发明进一步作为一种水陆空三栖的跨介质交通工具，也能使其应用场景得到拓展，例如在某些不具备陆地行驶条件的灾区，即需要复合翼飞行模块使用起落架自行起降；在执行抢救落水人员的救援任务时，则可以为复合翼飞行模块配备水上起落架在水上完成起降。另外，固定翼与起落架的设置也为发动机空中停车等故障时的紧急迫降提供了可能性，相比多旋翼飞行器显著增加了机上人员、财物的安全性和生存几率。

[0043] 本发明的复合翼飞行模块与自主行驶底盘的动力系统均可根据实际需要选择纯电动、油电混合、氢燃料电池混动等现有动力系统。在本发明的一个优选实施方式中，复合翼飞行模块采用燃料电池作为动力，燃料电池包括钛合金双极板，其同时也作为复合翼飞行模块的机身如机体、机翼、蒙皮等部位的承载结构。

[0044] 在本发明的一个优选实施方式中，复合翼飞行模块上的侧边梁能够带动左右垂尾以及平尾前后伸缩移动；中间垂尾采用可伸缩结构或者与平尾可断开的连接结构，用于实现平尾随垂尾的前后移动；

[0045] 或者，采用如图8所示的中间垂尾与平尾分离不相互连接的结构，取代两者间可枢转连接的方式，以实现平尾和垂尾可伸缩移动的功能。

[0046] 通过上述伸缩式的尾翼形式，能够进一步缩小复合翼飞行模块在陆地行驶或停放时的纵向尺寸，也能够在飞行过程中灵活地调节配平力矩。

[0047] 本发明所提供的模块化交通工具在陆地行驶或停放时，翼梢小翼(如已选装)收纳至滑板底盘车尾位置，外翼竖直向上(或向内略微倾斜)并锁止，平尾向下摆折叠，涵道风扇向前，定位销钉与定位孔结合锁止。陆地行驶模式日常作为汽车使用，可以仅安装独立载运舱运行。

[0048] 在进行垂直起降时，可采用的工作顺序如下：

[0049] 1、垂直起飞，如图2所示，首先行驶至适合垂直起飞的地点，外翼与翼梢小翼(如已安装)旋转至飞行状态并锁止；平尾展开至水平状态，涵道风扇旋转至向上；四旋翼、前端螺旋桨(如已安装)以及涵道风扇同时启动等待起飞指令，当飞机自检状态和天气搜索等情况判定适航，电气与通讯接口脱离，定位销钉与定位孔解除锁定，四旋翼电动螺旋桨和涵道风扇同时加大推力竖直起飞，飞控系统控制飞行姿态快速爬升。

[0050] 2、切换平飞，当竖直爬升至一定高度后(如：距离地面50m)，涵道风扇向逐渐倾转至水平，调节四旋翼、前端螺旋桨(如已安装)推力保持平衡，复合翼飞行模块逐步加速向前飞行，切换至如图3所示的平飞状态。

[0051] 3、准备降落，如图5和6所示，调度滑自主行驶底盘至降落地点，复合翼飞行模块下降至其正上方，首先进行视觉算法跟踪，对两者(相对静止)进行对接调姿，使两者逐渐靠近，B‑精定位导向销钉从起落架伸出。

[0052] 4、控制机头接近A‑粗定位导向块，复合翼飞行模块减小升力，并向前靠紧A‑粗定位导向块。

[0053] 5.降落组合，如图1所示，确认对正后，复合翼飞行模块继续下降，B‑精定位导向销钉插入销孔后锁止，完成精准定位对接。平尾下摆收回，涵道风扇旋转至向前，四翼旋、前端螺旋桨(如已安装)转至竖直状态，翼梢小翼(如已安装)通过折叠或拆卸方式收纳。复合翼飞行模块和自主行驶底盘的控制、通讯和电力接口接通，行驶至停车位置。

[0054] 在进行滑跑起降时，可采用的工作顺序如下：

[0055] 1、滑跑起飞，如图4所示，首先行驶至适合滑跑起飞的地点(100m左右跑道)，外翼与翼梢小翼(如已安装)旋转至飞行状态并锁止；平尾展开至水平状态，涵道风扇旋转至向前；涵道同时开始旋转等待起飞指令，当飞机自检状态和天气搜索等情况判定适航，电气与通讯接口脱离，定位销钉与定位孔解除锁定，自主行驶底盘起步同时涵道风扇加力，加速至起飞速度(如：120km/h)后，襟翼、副翼、平尾等舵面向下旋转为机翼提供升力，四旋翼、前端螺旋桨(如已安装)适时开启增加升力，涵道风扇继续加速，定位销钉解锁，复合翼飞行模块脱离滑板底盘，斜向上快速爬升至如图3所示的平飞状态。

[0056] 2、准备降落，如图5和6所示，调度滑自主行驶底盘至降落地点，复合翼飞行模块下降至其正上方，首先进行视觉算法跟踪，对两者(相对静止)进行对接调姿，使两者逐渐靠近，B‑精定位导向销钉从起落架伸出。

[0057] 3、控制机头接近A‑粗定位导向块，复合翼飞行模块减小升力，并向前靠紧A‑粗定位导向块。

[0058] 4.降落组合，如图1所示，确认对正后，复合翼飞行模块继续下降，B‑精定位导向销钉插入销孔后锁止，完成精准定位对接。平尾下摆收回，涵道风扇旋转至向前，四翼旋、前端螺旋桨(如已安装)转至竖直状态，翼梢小翼(如已安装)通过折叠或拆卸方式收纳。复合翼飞行模块和自主行驶底盘的控制、通讯和电力接口接通，行驶至停车位置。

[0059] 应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

[0060] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。