CN101525049A

CN101525049A - 高速转体式直升机

Info

Publication number: CN101525049A
Application number: CN200910029576A
Authority: CN
Inventors: 张峰彬; 尹健龙; 潘珍; 吕开龙; 张晶; 赵素伟
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: CN101525049B

Abstract

本发明提供一种高速转体式直升机，它在保持直升机的悬停技术和垂直起降免跑道的优点前提下，通过设计旋转机翼，带动机身转体来实现高速水平飞行。该高速转体式直升机，该直升机包括机身、整流罩、应急装置、螺旋桨、主动力装置、座椅、尾桨和主控装置，其特征是：该机身两侧还设有一对机翼，两机翼的前端相对设置并通过控制两者开合的外齿相啮合，其中一机翼的外齿与主动齿轮I相啮合，主动齿轮I安装在马达I的转轴上；两机翼的转轴固定在支座上，支座套装在一旋转轴上，该旋转轴连接在机身上，支座下部设有调整机翼与机身之间角度的弧形齿轮，该弧形齿轮与主动齿轮II相啮合，主动齿轮II安装在马达II的转轴上，马达I和马达II与控制装置相连。

Description

高速转体式直升机

技术领域：

本发明涉及一种高速转体式直升机，属于飞行器技术领域。

背景技术：

直升机是飞机的一种，与其他飞机最大的区别是以一个或多个大型水平旋转的旋翼提供向上升力。直升机可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行，特别是垂直起降，它无需跑道，可在狭窄场地垂直起降。

直升机的速度之所以这么低，主要是由于它本身的动力设计，直升机的动力来源只有一个，就是机身顶部的螺旋桨，而这个螺旋桨不论在起飞，悬停还是前进，几乎都是把空气往下排，以得到飞机克服重力的浮力。在前进时，只能提供很小的前进动力，也就是说，目前直升机一个螺旋桨就要承担浮力和前进的两项动力，可想而知剩下的飞行动力有多少。

发明内容：

本发明的主要目的是在保持直升机的悬停技术和垂直起降免跑道的优点前提下，通过设计旋转机翼，带动机身转体来实现高速水平飞行。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种高速转体式直升机，该直升机包括机身、整流罩、应急装置、螺旋浆、主动力装置、座椅、尾浆和主控装置，其特征是：该机身两侧还设有一对机翼，两机翼的前端相对设置并通过控制两者开合的外齿相啮合，其中一机翼的外齿与主动齿轮I相啮合，主动齿轮I安装在马达I的转轴上；两机翼的转轴固定在支座上，支座套装在一旋转轴上，该旋转轴连接在机身上，支座下部设有调整机翼与机身之间角度的弧形齿轮，该弧形齿轮与主动齿轮II相啮合，主动齿轮II安装在马达II的转轴上，马达I和马达II与控制装置相连。

所述机翼的迎风面采用流线型设计。

所述支座与机身最大调整角度为15°，以适于直升机的转向过程中调整角度。

两机翼张开的最大角度为90°，适于直升机的飞行。

本发明的直升机还包括定位机翼的插销，用于机翼完全张开时的定位。

座椅为旋转座椅，座椅中部设有靠重力调整座椅方位的转轴，转轴的两端安装在机身的舱壁上。

所述座椅两侧还装有旋转圆盘，所述圆盘也穿套在转轴上。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明设计的转体高速直升机，它在起飞的时候，浮力由螺旋桨提供，螺旋桨在此时只提供浮力，在转体完成时，整个飞机的浮力不再由螺旋桨来提供，而是由展开的两个旋转机翼提供的。而此时的螺旋桨把所有的空气都往后排，只提供前进的动力。这样来说动力远远超过了目前的直升机，所以可以达到高速的目标。

本发明设计的直升机可用于执行一般直升机任务以及无人侦查和执行特殊任务，尤其是环境条件恶劣并对时间要求极高的任务，是军事和抢险任务的首选工具。

附图说明：

图1为本发明直升机的总体结构示意图。

图2为本发明旋转机翼的结构示意图。

图3为旋转机翼打开时的结构示意图。

图4为机翼的截面图。

图5为机翼定位电动插销的示意图。

图6为电动插销的电原理图。

图7为旋转座椅的结构示意图。

图中：1-整流罩；2-螺旋桨；3-主动力装置；4-机翼；5-主尾翼；6-旋转尾桨；7-副尾翼；8-传动杆；9-撑杆；10-底座；11-旋转轴；12-支座；13-马达I；14-马达II；15-外齿；16-弧形齿轮；17-电动插销；18-座椅；19-旋转圆盘；20-转轴；21-舱壁；22-动轴；23-弹簧线圈；24-线圈；25-定轴；26-电源；27-开关。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1、图2所示，本发明的高速转体式直升机包括机身、整流罩1、应急装置、螺旋浆2、主动力装置3、座椅、尾翼和主控装置。尾翼包括主尾翼5和副尾翼7。螺旋桨1由三个叶片组成。主动力装置3由两个相同的马达组成，通以相反的电流，使它们的旋转方向相反。传动杆8设在两马达转轴连线的中心位置，两个马达的齿轮同时和传动杆8上的齿轮啮合，实现双动力系统。该设计还有可以让两个马达从两面用同样的力挤压着传动杆，防止传动杆8左右摇晃。传动杆8下端外边固定有齿轮，与主动力装置3的马达上的齿轮相啮合，上端外边固定有螺旋桨2。这样实现了马达带动螺旋桨2的转动。

机身内部设有撑杆9，它有三个作用：一是固定传动杆8，防止传动杆8摇摆，二是连接传动杆8和机身，因为升力由螺旋桨2传给传动杆8，再由传动杆8传给内部撑杆9，而内部撑杆9与机身连接，所以带动整个机身。三是将整流罩1固定在内部撑杆上。

尾翼尾部开有一个圆孔，在个位置安装平衡旋转尾桨6。在起飞时由于向下流动的空气会受到螺旋桨2的作用力而出现涡旋，从而使得机身会绕中轴线旋转，在此时，可以启动旋转尾桨6，向相同方向快速排空气，获得相反的力，从而稳定机身的旋转问题。

该机身两侧还设有一对机翼4，两机翼4的前端相对设置并通过控制两者开合的外齿15相啮合，其中一机翼4的外齿15与主动齿轮I相啮合，主动齿轮I安装在马达I13的转轴上；两机翼4的转轴固定在支座12上，支座12套装在一旋转轴11上，该旋转轴11连接在机身上，支座12下部设有调整机翼4与机身之间角度的弧形齿轮16，该弧形齿轮16与主动齿轮II相啮合，主动齿轮II安装在马达II14的转轴上，马达I13和马达II14与主控装置相连。两机翼4能够通过马达带动，旋转伸开、收缩；并能由支座12带动实现前后倾斜，和机身中线成一定角度。飞机转体和稳定飞行时的升力完全靠这两个旋转机翼来完成

机翼的迎风面采用流线型设计，以减小直升机飞行过程中的气流阻力。机翼前段迎风，造成上表面流速快，压强小，下表面流速相对慢，压强大，提供水平飞行时的升力。截面结构如如图4所示。

支座12与机身最大调整角度为15°，以适于直升机的转向过程中调整角度。

两机翼4张开的最大角度为90°，适于直升机高速飞行。机翼4完全打开状态如图2所示。

本发明的直升机还包括定位机翼的电动插销，用于机翼完全张开时的定位。

本发明设计的机翼是直升机垂直上升和垂直上升到水平飞行转向飞行的要点，也是与现在的直升机的不同所在。本发明的直升机上升时，两个旋转机翼收缩，整体机身处于平衡状态，便于起飞；在达到一定高度(根据要求提前设定)准备转向到水平飞行时发出信号，缓缓使两侧旋转机翼4倾斜，最大倾斜角为15°时，由于此时机翼已经受到一个斜向下的压力，因此机身开始缓慢转向，此时再缓慢展开机翼4，使机翼4受到大气的具有较大向上分力的支持力，机身在这个力的作用下缓慢转向，当机身转向达到30°(此时机身与水平面角)时，由于此时机翼4倾斜的角度已经较大，不便于提高水平飞行时的速度，因此此时需要调整倾斜角度变小，控制倾斜角度减小到5°，也就是水平飞行时的迎角。

为了在水平飞行时机翼能够固定，本发明还设置了一个由继电器控制的电动插销来固定机翼4，其示意图如图5所示。电动插销17包括动轴22、定轴25，绕在动轴22上的弹簧线圈23，绕在定轴25上的线圈24，电源26和开关27；断电情况下，弹簧线圈23压缩动轴22打开电动插销17；通电情况下，因斥力，电动插销17插入机翼4。在机翼上和和在机翼4完全展开时接触的机身上分别安装一个金属片，在机翼4完全展开时两个金属片接触，此时电动插销17作用固定机翼4。

当直升机要降落时，发出信号继电器起作用，拔开电动插销17，马达S1同时加反向电压，收缩机翼4，开始降落。该电动插销17的工作过程如图6所示：J1和J2为单刀双掷开关，J1的作用是控制马达的电压方向，J2的作用控制马达S1和电动插销电源的开关。当飞机起飞时，J2接通马达S1，带动旋转机翼旋转，当旋转到预定角度时，通过J2开关使电动插销接通电源，伸出动轴，固定机翼。当降落，需要机翼收缩时，J2接通马达S1，电动插销此时没有电流，动轴就会缩回。然后再由J1控制电动马达S1转变电流方向，实现马达S1翻转，实现旋转机翼的收回。

由于此直升机具有的特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。有这些优点主要是因为它的高速垂直起降和高速水平飞行。

旋转机翼的工作原理：起飞时，螺旋桨2提供升力，达到一定高度时，通过马达I13转动带动整个装置向一个方向倾斜，最大角度为15°。此时会收到来自这个方向的压力，飞机机身向相反方向旋转(即转向水平)。当飞机旋转过15°时，然后开动马达II14，带动旋转机翼展开，当飞机机身转到于水平方向30°时，由主控装置的单片机给马达I13加反向电压，调整倾斜角度减小到5°，即是水平飞行时的迎角。

降落时，先由单片机给马达II14提供反向电压，此时旋转机翼收缩，在收缩时同时给马达I13加反向电压，使机翼4向相反方向倾斜，这时飞机机身向相反方向旋转(即转向竖直)，当机身竖直时，降低螺旋桨2的转速，减小升力，飞机缓慢下降。

如图7所示，本发明的座椅为旋转座椅，座椅18中部设有靠重力调整座椅方位的转轴20，转轴20的两端安装在机身的舱壁21上。座椅18两侧还装有旋转圆盘19，旋转圆盘19也穿套在转轴20上。由于飞机在起飞和降落时是竖直的，当水平飞行时机身为水平姿势，故而里面的人会颠倒，为防止这样的问题发生，设计了这个旋转座椅。

旋转座椅的工作原理：旋转座椅的原理是利用重力保持座位始终保持竖直向上。当人坐在旋转座椅上或没人在椅子上时，整个座椅18的重心始终保持在旋转圆盘19圆心的正下方。当机身转体时，由于重力作用，座椅会绕转轴20旋转，始终保持竖直向上，坐在上面的人就不会随着飞机机身的旋转而翻滚颠倒。

本发明的直升机可以装备在航母上，由于是垂直起飞占用面积很小，因此在同样大小的地方可以多停放很多直升飞机，而且反应速度块。也可用在一些抢险工作上，比如海上救援，森林灭火等。

Claims

1、一种高速转体式直升机，该直升机包括机身、整流罩、应急装置、螺旋浆、主动力装置、座椅、尾浆和主控装置，其特征是：该机身两侧还设有一对机翼，两机翼的前端相对设置并通过控制两者开合的外齿相啮合，其中一机翼的外齿与主动齿轮I相啮合，主动齿轮I安装在马达I的转轴上；两机翼的转轴固定在支座上，支座套装在一旋转轴上，该旋转轴连接在机身上，支座下部设有调整机翼与机身之间角度的弧形齿轮，该弧形齿轮与主动齿轮II相啮合，主动齿轮II安装在马达II的转轴上，马达I和马达II与控制装置相连。

2、根据权利要求1所述高速转体式直升机，其特征是：所述机翼的迎风面采用流线型设计。

3、根据权利要求1所述高速转体式直升机，其特征是：所述支座与机身最大调整角度为15°。

4、根据权利要求1所述高速转体式直升机，其特征是：所述两机翼张开的最大角度为90°。

5、根据权利要求1、2、3或4所述高速转体式直升机，其特征是：还包括定位机翼的电动插销。

6、根据权利要求5所述高速转体式直升机，其特征是：所述座椅为旋转座椅，座椅中部设有靠重力调整座椅方位的转轴，转轴的两端安装在机身的舱壁上。

7、根据权利要求6所述高速转体式直升机，其特征是：所述座椅两侧还装有旋转圆盘，所述旋转圆盘也穿套在转轴上。