CN101010235A - 混合式飞行器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种混合式飞行器(1)，包括细长的机身(2)、具有旋翼桨叶(7)的旋翼(3)和从机身(2)的各侧面伸出的机翼部分(4)。各机翼部分(4)绕其纵轴可旋转地设置到机身(2)上。

Description

混合式飞行器
本发明涉及混合式飞行器，其包括机身、旋翼和机翼。
本发明的背景是期望设计一种全新概念的混合式飞行器。它尽可能地在直升飞机和具有固定机翼的飞行器之间进行优化折衷。此概念起初旨在用于类似侦察机的无人驾驶的小型飞行器，这不应被认为是任何限制。此类型的飞行器显示在WO01/56879A1和WO02/096752A1中。
现有技术中有关具有可回缩旋翼的直升飞机的实例公开在US6062508和US5240204中。现有技术中的进一步实例公开在美国专利US1418248和US4913376中。
本发明的一个目的是提供一种混合式飞行器，其可以在从旋翼模式，即直升机驱动模式到固定机翼模式，即飞机驱动模式的转变中平稳和无级(infinitely variable)调整。
此概念在好几个方面改进了受控的转换或转变：
1)整个转变阶段的过程中，旋翼系统的总的周期变距和总变距控制(cyclic and collective control)-这意味着非常好地控制“滚转”、“俯仰”和垂直运动。
2)尾部部分的“推力矢量(thrust-vectoring)”为“俯仰”和“偏航”运动的控制提供了更大的可能性。
3)有高侧比(high side ratio)和可操作的动态控制表面的主翼在整个转变阶段遭受到“旋翼-下冲流”，这提供了“滚转”和“偏航”运动极好的控制。
该技术将提供从旋翼动力模式到固定翼模式以及其反向的受控的和安全的转变。它开创了许多应用：
1)有效的直升飞机性能且同时具有：如固定机翼的飞行器的高速度性能、范围和动作时间。
2)有效的固定机翼性能且同时具有：如传统直升飞机的良好的“盘旋”性能，慢飞性能和垂直起飞和降落的可能性。
这可以根据本发明得以实现，因为提供了引言所述的混合式飞行器，该飞行器特点在于机翼可倾斜地设置到机身上。
优选地，旋翼包括外壳，其容纳各可回缩的和可延伸的旋翼桨叶。
在一个实施方案中，旋翼的设计可以是挪威专利申请No.20035350公开和描述的那种类型。这里的旋翼结构结合了机翼，与早期提议的相比，旋翼桨叶的活动部分几乎翻倍。这意味着旋翼桨叶的活动部分不是仅相应于固定壳或固定翼的一个半径长度，而是实际上接近于直径长度。这种飞行器具有可回缩的旋翼叶片的本质目的是要减少高速下的空气阻力。在旋翼面积和旋翼将回缩进的主翼面积之间的比越高，其越好，即空气阻力越低。
优选地，各旋翼桨叶可绕其纵轴相对于所述旋翼壳而倾斜。
在优选的实施方案中，飞行器包括尾旋翼。尾旋翼优选地包括螺旋桨，该螺旋桨又被管所围绕。而且，管包括一个或更多个操纵舵。
混合式飞行器的机翼适合地包括各自的操纵面。各半翼可任选地包括若干可独立操作的操纵面。
从以下本发明一个优选实施方案的描述，其他的和进一步的目的、特征和优势将显而易见，其为了描述的目的并结合附图而给出，其中：
图1显示了根据本发明的、垂直上升过程中的飞行器的示意性透视图。
图2示意性地显示了根据图1的、以约50km/h向前加速运动过程中的飞行器。
图3示意性地显示了根据图1的、以约120km/h向前飞行过程中的飞行器。
图4示意性地显示了根据图1的、以约170km/h向前飞行过程中的飞行器。
图5示意性地显示了根据图1的、以约200km/h向前飞行过程中的飞行器。
参考附图1-5，现在将更详细描述在不同机动飞行阶段的混合式飞行器1。飞行器1包括机身2、主旋翼3和机翼4。主旋翼3包括旋翼壳6，其容纳具有至少两片旋翼桨叶7的旋翼装置(未示出)，该旋翼桨叶可完全缩进旋翼壳6内。特别地，应该注意旋翼壳6可与旋翼桨叶7一起旋转。旋翼桨叶7又可绕自身的纵轴相对于旋翼壳6而有些倾斜。
此外，飞行器具有尾旋翼5，其提供了用于推进的向前的推力。尾旋翼5包括螺旋桨5′，其可旋转地设置在环绕管9内，该环绕管又具有伸出的操纵舵(control fin)9′和稳定舵(stabilizing fin)9″。
图1显示了垂直上升过程中的飞行器且没有实质上的水平向前的推进。垂直上升由主旋翼3执行，其中各旋翼桨叶7在图中显示为完全延伸。每个半翼4′被可倾斜地支撑到机身2并在图1中显示为相对于它正常飞行时的位置转动大约90°。每个半翼4′具有各自的操纵面8，其可被遥控以执行相对于半翼4′的角偏转用于在不同的阶段和情况下飞行器的机动。在垂直上升过程中，操纵面8朝向下，半翼4′提供偏航力矩以反作用由主旋翼系统产生的力矩。应该补充尾旋翼5提供了进一步对偏航力矩的反作用。
飞行器1需要在6个自由度内受到控制，其通过：
1)“垂直上升”：主旋翼3总“变距”(collective pitch)
2)“滚转-控制”：主旋翼3周期“变距”(cyclic pitch)
3)“俯仰-控制”：主旋翼3周期“变距”+“推力矢量尾部部分”
4)“偏航-控制”：“倾斜的主机翼w/操纵面”+“推力矢量尾部部分”
5)“向前推力”：主旋翼3“周期变距”+“尾部螺旋桨”
6)“侧面-力”：主旋翼3“周期变距”
图2显示了在如50km/h的早期加速向前过程中的飞行器1。飞行器1通过设置在机身2后部的被管围绕的螺旋桨5′而加速向前。主旋翼3提供垂直上升，且具有对“俯仰”和“滚转”运动的主要控制。可倾斜的半翼4′逐渐朝飞行位置向上转以便在来自主旋翼3的空气流和因向前的速度产生的自由的空气流中形成小的上升分量。
飞行器1的6个自由度受到控制，其通过：
1)“垂直上升”：主旋翼3总“变距”+由主机翼产生的小的作用
2)“滚转-控制”：主旋翼3周期“变距”
3)“俯仰-控制”：主旋翼3周期“变距”+“推力矢量尾部部分”
4)“偏航-控制”：“倾斜的主机翼w/操纵面”+“推力矢量尾部部分”
5)“向前推力”：“尾部螺旋桨”+主旋翼3“周期变距”
6)“侧面-力”：-
图3显示了如120km/h的进一步加速向前过程中的飞行器1。飞行器1仍旧通过被管围绕的螺旋桨5′而加速向前。主旋翼3现在提供了较少的垂直上升，且旋翼桨叶7被部分拉进旋翼壳6。可倾斜的半翼4′进一步朝飞行位置向上转并提供大约一半的所需提升力。
飞行器1的6个自由度受到控制，其通过：
1)“垂直上升”：具有高升装置的主机翼+主旋翼3总“变距”
2)“滚转-控制”：“副翼+主旋翼3周期“变距”
3)“俯仰-控制”：升降舵+“推力矢量尾部部分”+主旋翼3周期“变距”
4)“偏航-控制”：“垂直尾翼部分/推力矢量”+“倾斜的主机翼w/操纵面”
5)“向前推力”：“尾部螺旋桨”
6)“侧面-力”：
图4显示了如170km/h的进一步加速向前过程中的飞行器1。飞行器1仍旧通过被管围绕的螺旋桨5′而加速向前。主旋翼3现在提供最少的垂直上升，且旋翼桨叶7完全收缩进旋翼壳6。旋翼壳6被逐渐减速并停止。可倾斜的半翼4′进一步朝飞行位置向上转且现在提供大部分所需的提升力。
飞行器1的6个自由度受到控制，其通过：
1)“垂直上升”：具有高升装置的主机翼+主旋翼3总“变距”
2)“翻滚-控制”：“副翼”
3)“俯仰-控制”：升降舵+“推力矢量尾部部分”
4)“偏航-控制”：“垂直尾翼部分/推力矢量”
5)“向前推力”：“尾部螺旋桨”
6)“侧面-力”：
图5显示了如以200km/h平稳、平滑的飞行过程中的飞行器1。飞行器1仍旧靠被管围绕的螺旋桨5′而向前推动，且原则上是按照与具有固定机翼的传统飞行器相同的方式飞行。旋翼壳6停止在横向于机身2的位置且旋翼桨叶7仍完全回缩进旋翼壳6中。可倾斜的半翼4′完全向上转到飞行位置，且现在提供所需的全部提升力。在向前飞行的过程中，旋翼壳6被调整从而产生最小的空气阻力。在飞行过程中，旋翼壳6不会对上升起作用。
飞行器1的6个自由度受到控制，其通过：
1)“垂直上升”：主机翼
2)“滚转-控制”：“副翼”
3)“俯仰-控制”：升降舵+“推力矢量尾部部分”
4)“偏航-控制”：“垂直尾翼部分/推力矢量”
5)“向前推力”：“尾部螺旋桨”
6)“侧面-力”。

Claims (8)

1.一种混合式飞行器(1)，包括细长的机身(2)、具有旋翼桨叶(7)的旋翼(3)和从所述机身(2)的各侧面伸出的机翼部分(4)，其特征在于各所述机翼部分(4)绕其纵轴可倾斜地设置到所述机身(2)上。
2.如权利要求1所述的混合式飞行器，其特征在于所述旋翼(3)包括旋翼壳(6)，其占有各自的可回缩的和可延伸的旋翼桨叶(7)。
3.如权利要求2所述的混合式飞行器，其特征在于所述各自的旋翼桨叶(7)可绕其纵轴相对于所述旋翼壳(6)倾斜。
4.如权利要求1或2所述的混合式飞行器，其特征在于所述飞行器(1)包括尾旋翼(5)。
5.如权利要求4所述的混合式飞行器，其特征在于所述尾旋翼(5)包括被管(9)围绕的螺旋桨(5′)。
6.如权利要求5所述的飞行器，其特征在于所述管(9)包括一个或更多个操纵舵(9′，9″)。
7.如权利要求1-6任一项所述的混合式飞行器，其特征在于所述机翼(4)包括各自的操纵面(8)。
8.如权利要求1-6任一项所述的混合式飞行器，其特征在于各半翼(4′)包括若干可独立操作的操纵面(8)。
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