CN102001446A - 一种垂直起降旋翼式飞行器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直起降旋翼式飞行器结构，包括飞翼式机身、以及与该飞翼式机身相连接的机翼，所述飞翼式机身的后部设有垂直尾翼、水平尾翼和襟翼，所述飞翼式机身的两侧各设有一副机翼，所述机翼为扁长状，在机翼的中部通过倾转机构与飞翼式机身连接，所述机翼的两端各设有旋翼系统，且在所述机翼的两端部于所述旋翼系统的下方设有方向舵。该飞行器结构将飞翼式机身和旋翼系统相结合，通过合理的结构设计，使其不但能够垂直起降，而且能够达到固定翼飞机的飞行速度和航程，并且其结构相对简单。

Description

一种垂直起降旋翼式飞行器结构
技术领域
本发明属于航空技术领域，涉及一种飞行器，尤其是一种垂直起降旋翼式飞行器结构。
背景技术
现有技术的直升机虽然能够垂直起降，但是前飞速度低，航程短；而固定翼飞机虽然飞行速度快，航程远，但是不能垂直起降，也就不能在空中悬停了。
目前，现有的倾转旋翼机既能够垂直起降，又能以较高的速度前飞还可以达到比较大的航程，但是其结构复杂，倾转机构复杂且可靠性低，技术要求高，全机气动力复杂且机动性差。又由于旋翼的下洗气流一部分被机翼所阻挡，导致其悬停效率低下。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种垂直起降旋翼式飞行器结构，该飞行器结构将飞翼式机身和旋翼系统相结合，通过合理的结构设计，使其不但能够垂直起降，而且能够达到固定翼飞机的飞行速度和航程，并且其结构相对简单。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
该种垂直起降旋翼式飞行器结构，包括飞翼式机身、以及与该飞翼式机身相连接的机翼，所述飞翼式机身的后部设有垂直尾翼、水平尾翼和襟翼，所述飞翼式机身的两侧各设有一副机翼，所述机翼为扁长状，在机翼的中部通过转轴机构与飞翼式机身连接，所述机翼的两端各设有旋翼系统，且在所述机翼的两端部于所述旋翼系统的下方设有方向舵。
上述垂直尾翼垂直固定在所述飞翼式机身后部上方，所述垂直尾翼的后部设有垂直尾舵。
上述水平尾翼设在所述飞翼式机身的正后端。
上述襟翼分别设置在所述飞翼式机身的后端两侧位置，所述襟翼与水平尾翼夹角小于180°。
上述机翼两端的旋翼系统通过动力连接杆连接。
上述旋翼系统包括发动机、减速器和一副共轴刚性双旋翼；所述发动机通过减速器驱动所述共轴刚性双旋翼转动。
上述旋翼系统是单旋翼结构，分别设置在两幅机翼两端的四个旋翼系统的旋转扭矩相互抵消。
本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
本发明的垂直起降旋翼式飞行器结构采用飞翼式机身与旋翼系统相结合的结构方式，首先采用飞翼式机身的飞翼式布局与传统的圆柱形机身+传统机翼的布局方式比起来，在相同的起飞重量下，飞翼式布局的结构重量更轻，阻力更小，气动载荷分布均匀，内部空间更大。也因为采用飞翼式机身布局，其与机翼连接处的厚度大，因此更有利于倾转机构的设计。本发明在扁长形的机翼两端设置旋翼系统，该结构不仅能够使飞行器实现垂直起降，而且机身结构对旋翼系统的下洗气流几乎没有阻挡，因此其全部动力都可以拿来用在悬停上面，使飞行器的悬停效率提高。另外本发明在飞翼式机身上设置垂直尾翼、水平尾翼和襟翼，并在机翼两端设置方向舵，能够方便有效地控制飞行器的飞行状态。
附图说明
图1为本发明飞行器结构的飞行状态一结构示意图；
图2为本发明飞行器结构的飞行状态二结构示意图；
图3为本发明飞行器结构的飞行状态三结构示意图。
其中：1为飞翼式机身；2为机翼；3为旋翼系统；4为垂直尾翼；5为水平尾翼；6为襟翼；7为垂直尾舵；8为方向舵；9为动力连接杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1、图2或图3，本发明的垂直起降旋翼式飞行器结构，包括飞翼式机身1、以及与该飞翼式机身1相连接的机翼2。其中在飞翼式机身1的后部设有垂直尾翼4、水平尾翼5和襟翼6，在飞翼式机身1的两侧各设有一副机翼2，如图所示，该机翼2为扁长状，在机翼2的中部通过倾转机构与飞翼式机身2连接。在机翼2的两端各设有旋翼系统3，且在机翼2的两端部于旋翼系统3的下方设有垂直向下的方向舵8。
图1是本发明的技术方案中一个较佳实施例的结构示意图，在该结构示意图中，首先将飞翼式机身1设计成如图所示的七边形结构，在飞翼式机身1的头部是三角形结构，驾驶舱设在三角形的顶上。在飞翼式机身1的两侧各有一与飞行方向一致的边，该两侧的边用于连接机翼。在飞翼式机身1的后部是一个具有轴对称形状的三边形，其中水平尾翼5设在飞翼式机身1的正后端形成中部的一边；两幅襟翼6分别设置在飞翼式机身1的后端两侧位置(与水平尾翼5相邻)，襟翼6与水平尾翼5成一定夹角(小于180°)。垂直尾翼4垂直固定在飞翼式机身1后部上方，另外在垂直尾翼4的后部设有垂直尾舵7，用于控制整个机身的方向。
本发明中，旋翼系统3可以采用多种结构形式，其中较佳的一种是：旋翼系统3包括发动机、减速器和一副共轴刚性双旋翼；发动机通过减速器驱动所述共轴刚性双旋翼转动。另外每个机翼2两端的旋翼系统3通过动力连接杆9连接，这样可以平衡两端旋翼系统3的动力。
另外，旋翼系统3除了采用以上的双旋翼结构外，还可以采用单旋翼结构，这样需要调整分别设置在两幅机翼两端的四个旋翼系统的转动方向，使这四个旋翼系统产生的旋转扭矩相互抵消。
基于以上结构，以具有共轴刚性双旋翼的旋翼系统3的结构为例，以下介绍本发明的飞行原理和控制原理：
飞行原理
在机翼2处于水平面时(如图1所示的状态一)，各旋翼系统3开始转动产生拉力，拉着整个飞行器垂直升空；然后机翼2向前倾转一定的角度就产生一个向前的拉力(如图2所示的状态二)，飞行器变前飞。随着前飞的速度逐渐增大，飞翼式机身1产生的升力也慢慢增大，此时需要旋翼系统3产生垂直向上的拉力就减小，这样机翼2可以进一步向前倾转最后转到垂直方向就变成固定翼模式(如图3所示的状态三)，此时旋翼系统3产生的所有拉力都用作前飞的动力。
控制原理
本发明较佳实施例中，每个旋翼系统3的共轴反转双旋翼的最低要求是只需要调节总距。由于旋翼系统3的下洗气流时刻都存在，两副机翼2两端的四个方向舵8在任何时候都有很高的操作效率。因此，在直升机模式(图1所示的状态一)下，通过操纵四个方向舵8，可以使飞行器原地顺时针旋转，逆时针旋转，向左平行移动，向右平行移动；通过同时改变前后旋翼系统3的总距可以实现俯仰或前进后退。在倾转过程阶段，由四个方向舵8，旋翼总距，襟翼6，垂直尾翼4和水平尾翼5共同作用来进行控制；在固定翼模式(即如图3所示的状态三)，四个方向舵8提供翻滚和平移控制，襟翼6提供上升或下降控制，垂直尾翼4提供方向控制，水平尾翼5和旋翼6总距提供俯仰控制。
综上所述，本发明具有以下优越的特点：
(1)旋翼系统可以采用刚性共轴反转双旋翼，在旋翼尺寸不变的情况下降低桨盘载荷，或者在桨盘载荷不变的情况下尽可能缩小旋翼尺寸，这样有利于缩短机翼长度，减少转轴机构的转动惯量，增加机翼结构强度，减少固定翼模式下机翼的阻力。采用刚性可调总距的旋翼简化了结构，提高了结构强度，降低了结构重量。
(2)飞翼式机身结构。如前所述，飞翼式布局与传统的圆柱形机身+传统机翼的布局方式比起来，在相同的起飞重量下，飞翼式布局的结构重量更轻，阻力更小，起动载荷分布均匀，内部空间更大。也因为采用飞翼式机身布局，其与机翼连接处的厚度大，因此更有利于倾转机构的设计。
(3)本发明旋翼系统的旋翼尺寸小转速高，其对减速器的技术要求降低，因此可以减小减速器的体积和重量。
(4)本发明在任何飞行状态下都有很高的操作效率，使其有很高的机动性。
(5)本发明悬停效率高。如前所述，本发明的机体结构对旋翼系统的下洗气流几乎没有阻挡，因此其全部动力都可以拿来用在悬停上面。
(6)另外，本发明的气动力简单，悬停时机体不对下洗气流做阻挡，前飞时两副旋翼系统在机身上面，两副在机身下面，旋翼间气流不存在干扰，效率和可靠性高。由于本发明机翼内有一根连接两端发动机的动力连杆，使得即使机身两边各有一台发动机失效仍能继续飞行。并且该结构的外形有一定的隐身功能。

Claims (7)

1.一种垂直起降旋翼式飞行器结构，包括飞翼式机身(1)、以及与该飞翼式机身(1)相连接的机翼(2)，其特征在于：所述飞翼式机身(1)的后部设有垂直尾翼(4)、水平尾翼(5)和襟翼(6)，所述飞翼式机身(1)的两侧各设有一副机翼(2)，所述机翼(2)为扁长状，在机翼(2)的中部通过转轴机构与飞翼式机身(2)连接，所述机翼(2)的两端各设有旋翼系统(3)，且在所述机翼(2)的两端部于所述旋翼系统(3)的下方设有方向舵(8)。
2.根据权利要求1所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述垂直尾翼(4)垂直固定在所述飞翼式机身(1)后部上方，所述垂直尾翼(4)的后部设有垂直尾舵(7)。
3.根据权利要求1所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述水平尾翼(5)设在所述飞翼式机身(1)的正后端。
4.根据权利要求1或3所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述襟翼(6)分别设置在所述飞翼式机身(1)的后端两侧位置，所述襟翼(6)与水平尾翼(5)夹角小于180°。
5.根据权利要求1所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述机翼(2)两端的旋翼系统(3)通过动力连接杆(9)连接。
6.根据权利要求1或5所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述旋翼系统(3)包括发动机、减速器和一副共轴刚性双旋翼；所述发动机通过减速器驱动所述共轴刚性双旋翼转动。
7.根据权利要求1所述的垂直起降旋翼式飞行器结构，其特征在于：所述旋翼系统(3)是单旋翼结构，分别设置在两幅机翼两端的四个旋翼系统的旋转扭矩相互抵消。
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