具体实施方式

图1图2示出，本发明对称翼垂直起降智能起重运输飞行器，机身8为支架式机身；左右机翼和左右喷流管4群以及左右荷载系统9均以机身的支架中心面3为对称面，几何对称和物理对称地设置在机身8上；其中，右机翼的俯视形状采用矩形、曲边矩形或多边形或它们的组合，且右机翼的迎风侧朝向支架中心面3，即朝向喷流管口固定右机翼的旋转轴2平行于支架中心面3，旋转轴2由作动机制驱动而使右机翼能在90°～180°～270°之间偏转，位于支架中心面3与右机翼之间的右喷流管群的若干喷流管沿右机翼的长度方向等间距布置，若干喷流管的管口与右机翼等距且若干喷流管的轴心线垂直并交于机翼迎风面。由于迎风面随着机翼旋转角度而变化高度，若干喷流管的高度可调，以适应因机翼转动引起的迎风面位置上下变化，使喷流气体始终从正面击中迎风面。喷流管高度调节可采用螺杆、齿条、链条、液压或电磁装置等实现，由控制系统精确控制；左机翼与右机翼对称，而在90°～0°～270°之间偏转图1中，以旋转轴心为坐标原点；；动力源6设置在机身的支架中心面3位置处，动力源组成为：由燃油或燃气发动机驱动或者由电池组驱动的空气压缩机分别经左右管路与左右喷流管群连接，该左右管路上分别安装有风量控制阀5，且该左右管路以支架中心面左右对称设置；机身下部有以支架中心面3为对称设置的多个支脚；还具有由驾驶系统和精确定位系统组成的传感控制系统；机身上安装有对位传感器10，对位传感器10的输出信号传送至传感控制系统。

图1为笛卡尔三维坐标系的xy面，图2为该坐标系的zx面，支架中心面为该坐标系的yz面。参见图2，右喷流管群的所有管口与右机翼等间距。旋转轴作动机制为：步进电机的轴经联轴器与旋转轴连接，或者采用两个步进电机分别经联轴器与旋转轴两端连接，作动机制驱动旋转轴而使左机翼在90°～0°270°之间偏转(参见图1)。

飞行器的升力来自一组(或几组)“头对头”左右对称布置的机翼形部件(以下简称“机翼”，叙述中主要介绍单组机翼的情形；两组以上机翼的情况同理。这里“‘头对头’左右对称布置”是关键)和压缩空气喷流管群。机翼和压缩空气喷流管群共同构成升力系统(图1)，左右对称，即一侧升力系统是另一侧的“镜像”，对称面为支架的纵向中心面(图1中点画线3是支架中心面)。飞行器静态总质心也位于中心面内。升力系统安装在机身承载结构上。机身带支脚，用于停机期间承载机身自重(见图1)。同样布置其上的还有机载传感控制系统(含驾驶系统、精确对位系统以及视频音频信息收集设备、测重设备、测距设备、数据处理和转换系统、指令系统，其作用是收集和处理环境、重量、距离和高程等信息，将其转换成升力和驾驶系统的指令，自动驾驶或人工驾驶指挥飞行器飞向目的地，并精确对位)、荷载系统、动力源(发动机、油箱、电池组、空气压缩机)等。传感控制系统收集记录飞行器自身以及周围一定范围内各类有关目标和障碍物的位置和特性信息，在此基础上控制飞行器的行驶速度，优化其飞行路线，使其在最短的时间内安全到达预定位置上方，并且按照设定的前后左右上下位置精确对位后释放荷载。例如，在建筑和安装工程中，每块砖头或预制件的角点均可作为位置控制点，飞行器在释放荷载前复核控制点坐标(比如经纬度加高程，或者与北斗系统/GPS结合)。荷载系统包括吊索、吊钩、吊机(卷扬机)等，用于将荷载与飞行器连接成整体并且调节其位置使之适合运输；

驾驶系统包括自动驾驶和人工驾驶两种模式，可根据需要切换。驾驶系统决定飞行器的运动方向，有前后左右上下六个方向，主要通过调节机翼的角度、襟翼伸缩以及特定喷流管空气流速流量实现机动。也可根据需要，在机身不同的位置设置小型螺旋桨等设备，加快飞行器的机动速度。

“对称机翼”包含几何和物理方面的对称性。

几何对称：左右机翼大小尺寸及功能部件(如压缩空气喷流管或螺旋桨、机翼旋转轴等)配置完全对称，图1中③即为对称轴，箭头方向表示压缩空气流向，右侧喷流管向右喷流，左侧的喷流管向左喷流，口径相同；机翼可以按照指令围绕旋转轴旋转一定的角度，顺时针或逆时针均可(图1，图2)；两侧机翼的旋转方向和角度可独立控制。

物理对称：以支架中心面为界(同样是图1中③)，左右侧重量基本相等，整个飞行器的重心位于支架中心面内或附近。

基于上述对称性可知：当左右机翼状态对称、喷流管风量和风速也对称时，飞行器将直线巡航；否则，只要机翼状态、风量和风速有一项不对称，飞行器将不再直线巡航，而是作曲线运动。根据这个特点，可以指挥飞行器在三维空间作曲线运动。

喷流管的作用是向机翼迎风面(头部)喷射压缩空气以产生升力(图3)，因此实际制作中可以用螺旋桨代替喷流管(类似螺旋桨飞机原理)。

压缩空气由动力源提供，后者一般由空压机、压缩空气容器以及控制阀组成，空压机可由(燃油、燃气)发动机或者电池组驱动。也可以不采用压缩空气，而是按照对称原则布置螺旋桨，可取得同样效果。

飞行器的机身采用钢材或其它材料如碳纤维制成，确保强度足够。同时，支架的尺寸足够大，确保空气补充畅通。

飞行器带三个或四个以上的支脚并以支架中心面对称设置，平时停放在停机坪或类似的场地上。其正视图见图1。图中①为机翼，②为机翼旋转轴，虚箭头表示机翼可绕旋转轴的旋转方向。由图可见：机翼状态对称时，左右机翼所受合力也对称，其竖向分量大小和方向均相同，形成升力，而水平分量大小相等，方向相反，合力为零。

由于喷流管同样对称布置，只要左右管喷流速度、流量、角度相同，其对飞行器的水平推力合力为零。但是如果有一项或者多项不同，就会有水平方向的合力。这一点可以用来微调飞行器姿态或位置。

由于对称性，图1中所有的部件仅标注一侧(右侧)。

机翼横截面形状和作动方式与现代航空机翼完全相同，包括襟翼的设置。沿着机翼长度(即旋转轴方向)，本发明可灵活采用多种截面(机翼在长度方向的横截面为等截面或变截面)，机翼轮廓(即图2中俯视形状)可采用矩形、曲边矩形、多边形等。在机翼长度方向两个端头设挡板，以达到整流作用。也可以设置中间整流板；甚至将机翼沿着长度分成若干段，每段独立控制，且带整流板。

机翼的旋转轴(图3)是机翼升力向支架传递的部件，如果旋转轴较长，可在中间设置支撑点，或者将机翼沿着长度分成若干段，以免旋转轴局部变形过大。中间支撑点个数根据需要确定。

喷流装置的布置：如图1，在适当位置对称布置有多个可独立控制的喷流装置，如压缩空气喷管、螺旋桨等。喷流装置的作用是将有一定流速的空气或混合气体吹向两侧机翼迎风侧，击中机翼后空气分为上下两股，分别吹过机翼上表面和下表面，使机翼产生升力，见图1和图4。

因为同时向左右机翼喷流(图1)，两个机翼分别产生合力和将其分别分解成水平分力和竖向分力：

上述公式中字母H和V分别表示水平分量和垂直分量，字母上方的小箭头表示该量是矢量，因此上述公式是矢量公式(不是代数公式)。由图1可知，和大小相等、方向相反，相互抵消(水平合力为零)；和大小相等、方向相同，因此形成垂直向上的合力(升力)。

本发明基于空气动力学原理，亦即航空机翼产生升力的原理：机翼的形状决定了流经上下表面的空气流速不同，根据伯努利原理，上表面流速高，压强低，下表面相反，因此产生升力。升力大小按照下式计算：

L＝0.5C·ρ·V²·A,

其中L表示升力，单位是牛(N)；

C表示升力系数，无量纲；

ρ表示空气密度，与海拔高度有关，低海拔地区可取每立方米1.2公斤(kg/m³)；

V表示空气流速，单位是每秒多少米(m/s)；

A表示机翼面积，单位是平方米(m²)。

机翼产生的合力的方向取决于机翼的角度等因素，一般不会垂直向上，而是有一定的夹角，可分解成垂直分量V和水平分量H。由于采用“头对头”对称布置的机翼，左右机翼的水平分量大小相等方向相反，从而抵消；垂直分量大小相等方向相同，合成垂直向上的升力。

由此可知，当几何和物理对称性均满足时，飞行器不会有水平方向的运动，而只能垂直上升、悬停或降落。通过控制左右机翼角度、风量、风速等参数即可调节升力大小，使飞行器足以携带荷载升空、到达目的地后降落。

升空后，可独立调节各个喷流管参数和机翼角度，从而形成一定的水平分力或扭矩，推动飞行器做曲线运动(拐弯)或原地转动，实现符合前后左右上下坐标的目的。

如果采用发动机(如燃油燃气发动机)作为动力源，则除了正常的喷流，还可以将尾气混入喷流气体，从而增加喷流管出口处气流流速。可通过实验或者理论分析找出最优分配。

飞行器下方设置吊具，如吊钩、卷扬机等，用以悬挂荷载，包括各种构件、新鲜混凝土、救援机具、集装箱等。根据需要设单点或多点吊挂，以维持飞行器及荷载在作业期间的稳定和安全为原则。

应用举例：在智能建造中，该飞行器可以携带荷载在三维空间准确对位，设备具有精确定位功能，包括两层意思，其一是目的地卸载位置的精确定位，如北斗系统位置信息；其二是荷载接收设计位置的精确定位，如高层建筑中某个预制件的设计位置；以保证建筑物某件构件准确放置到设计位置。根据需要，飞行器在卸载前可复核前置作业是否达到设计要求，主要是位置坐标，如果控制点坐标超出允许误差，则飞行器通过适当的声光信号提示，并且暂缓卸荷载，为修正前置工艺留出时间和空间。对于高层建筑或者超高桥梁工程施工，飞行器通过控制系统携带荷载升高，自动寻的到达工作面上空，准确对位后悬停、卸载，也可由现场人员指挥卸载(智能与手动模式之间可切换)。在救援及灭火中，飞行器可以携带相关器械和材料赶赴现场，而不受地面情况的影响。

在施工组织上，可以与BIM相结合，在规划设计阶段就考虑施工，使预制件或者现场制作部件适合飞行器高效运输对位，从而大大提高效率、节省成本。