CN102030105A - 直接倾斜操纵旋翼直升机 - Google Patents

Abstract

本发明为直接倾斜操纵旋翼直升机，属于直升机技术领域。由于采用了作为本发明关键技术的倾斜操纵器，因此可以省去传统直升机上的桨叶周期变距系统，减速器和尾桨系统，使得直升机的结构简化；设计制造难度降低；成本减少；使用寿命提高；维修容易；振动和噪音强度减弱。本发明适用于单旋翼直升机、双(多)旋翼直升机、带推力高速直升机、无人机以及有关的其它形式的飞行器和机械装置。

Description

直接倾斜操纵旋翼直升机

技术领域：

本发明为直升机技术领域。

背景技术：

直升机发明至今近一百年的历史中，其设计制造技术和各项飞行性能都有了很大的提高，但直升机操纵的基本原理、基本结构形式始终没有大的变化。直升机作为一种机械装置，有着一个人为设置的起着空气动力作用的振动系统，完全可以说直升机是在振动中求得飞行的平衡；在振动中求得对飞行姿态的操纵，正因为此使得直升机的旋翼系统、尾桨系统处在一种极不均衡的运动状态中，这是造成直升机的结构复杂；设计制造难度大；成本高；使用寿命低；维修复杂；振动和噪音强度大的根本原因。直升机技术的发展历来主要是靠经验；靠试验；靠资料积累。西方发达国家的各直升机公司都将这些技术的研究发展放在首位，投入了大量的人力、财力，形成了有各自特色的技术诀窍。且将其视为本企业生死存亡的核心机密。正因此，由于我国直升机工业基础相对落后，资金投入少，经验和试验资料积累少，使得直升机的研究和生产与发达国家相比有着相当的差距，生产的机型和数量性能远远不能满足军用和民用的需要。

发明内容：

本发明打破原常规机械设计领域的习惯思维方式，设计了一个称为“倾斜操纵器”的机械装置，可以使旋翼在作任意方位的倾斜时都能保持动力输入轴和旋翼的旋转轴之间的角速度、力和力矩不变，因此可以用一个均匀旋转的整体旋翼系统代替原传统直升机在机械运行上极不匀衡的桨叶周期变距系统、减速器和尾桨系统，使得直升机的结构简化，设计制造难度降低；成本减少；使用寿命提高；维修容易；振动和噪音强度减弱。本发明适用于单旋翼直升机、双(多)旋翼直升机、带推力高速直升机、无人机以及有关的其它形式的飞行器和机械装置。这必将能迅速的改变我国直升机技术的落后面貌而在短期内跃升为世界直升机生产强国。本发明在政治上、军事上、经济上有巨大价值，在提高我国的国际地位；保卫我国国防上有重要意义，在经济上可以形成一个新的消费热点，成为国家一个新的经济增长点。在上世纪初发明了汽车，使社会发生巨大变化，西方工业国家因此创造了经济起飞的奇迹，美国被称为是“装上了轮子的国家”。而在本世纪初，我国将完全有资格被称为是“插上了翅膀的国家”。下面对本发明作具体的描述：

相反转动的锥齿轮(1)和(9)为二个齿数和直径相同的同轴齿轮，分别以外轴(5)和内轴(10)为旋转轴。锥齿轮(2)同时与(1)和(9)垂直地啮合。锥齿轮(2)和(3)同轴地固定连接，转轴(6)为它们的共同旋转轴。(3)是幅腔式锥齿轮，它和锥齿轮(4)垂直地啮合。锥齿轮(或皮带轮)(14)和锥齿轮(4)由共同的转轴(8)相固定连接。转轴(15)是一个叉形结构的轴，锥齿轮(1)和(9)就安装在这个叉形的上层和下层。这个叉形轴(15)和锥齿轮(2)和(3)的共同轴(6)重合，叉形轴(15)的两端安装在框架(16)内，而框架(16)通过总轴(17)安装在直升机机身的承力樑(18)上。锥齿轮(4)、(14)的转轴(8)和总轴(17)重合。

整个倾斜操纵器的动力是这样传递的：由安装在直升机机体上的发动机转轴发出的动力通过锥齿轮(或皮带轮)(14)、锥齿轮(4)、幅腔式锥齿轮(3)、锥齿轮(2)、同轴反转锥齿轮(1)和(9)、外轴(5)和内轴(10)而带动上下层旋翼(或阻力板)(11)、(12)转动。

整个旋翼的直接倾斜操纵是这样实现的：锥齿轮(1)和(9)的转轴(5)和(10)(即直升机旋翼的旋转轴)能在叉形轴(15)的带动下围绕着锥齿轮(2)和(3)的转轴(6)在其垂直平面内转动，转轴(6)和叉形轴(15)重合，即为旋翼倾斜操纵器横轴。而锥齿轮(2)和(3)也能在叉形轴(15)的带动下，围绕着锥齿轮(4)的转轴(8)(即直升机的动力输入轴)在其垂直平面内转动，轴(8)即为旋翼倾斜操纵器的纵轴。在叉形轴(15)的上层支撑面(19)上固定有二个悬臂(20)，在操纵杆的操纵下，这二个悬臂(20)若等量同向的移动，旋转轴(5)和(10)就带动整体旋翼作纵向的倾斜操作。这二个悬臂若等量反向的移动，旋转轴(5)和(10)就带动整体旋翼作横向的倾斜操作，从而就实现了对直升机的俯仰和滚转控制，因此可以省去传统直升机的桨叶周期变距系统。

整个倾斜操纵器的减速功能是这样实现的：为了使锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)的传动兼备有足够的减速功能，应尽可能增大(1)和(3)的齿数而减少(2)和(4)的齿数。并要将锥齿轮(3)设计成幅腔式的形式，以便有一个足够大的部件安装空间。通过锥齿轮(4)至(3)及(2)至(1)的二级减速，使轴(5)和轴(10)的最终转速达到直升机旋翼的转速要求，因此可以省去传统直升机上的减速器。

直升机的航向操纵是这样实现的：在外轴(5)的顶端为直升机的下层旋翼(11)。如果在内轴(10)的顶端再安装一个上层旋翼(12)，那就是共轴双桨形式的直升机。如果在内轴(10)的顶端桨根部位安装一个阻力板(12)，那就是单旋翼无尾桨形式的直升机。操纵改变阻力板(12)迎风面积就可以改变旋翼转轴的扭转力矩，达到稳定操纵直升机飞行航向的目的。改变阻力板(12)迎风面积可以通过在内轴(10)里同心地设置一根能上下移动的控制顶杆(13)来实现。因此可以省去传统直升机的尾桨系统。

附图说明：

图1显示了二对垂直啮合的锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)相互铰接为一个传动轴系的示意图。

图2显示了将这个传动轴系设计成二对相互垂直啮合的锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)它们转轴的交点相重合为一所组成的同心结构的示意图。

图3为倾斜操纵器的顶视图(从直升机上方向下看)。

图4上为倾斜操纵器的后视图(从直升机后方向前看)。下为叉形轴(15)的上层支撑面(19)和悬臂(20)。

图5作为一个实例，一架单人直升机的构造图。

具体实施方式：

本发明适用于单旋翼直升机、双(多)旋翼直升机、带推力高速直升机、无人机以及有关的其他形式的飞行器和机械装置。这里仅以一架单人直升机为例来说明倾斜操纵器和整机系统结构安排上的相互关系。其他形式不再赘述。

倾斜操纵器的框架(16)上的总轴(17)被设置在直升机的机身承力樑(18)上，并框架(16)能绕总轴(17)倾斜。而整体旋翼能以总轴(17)为纵轴以叉形轴(15)为横轴在任意方位上倾斜。发动机(21)用皮带(22)传动力至皮带轮(14)从而使外轴(5)和内轴(10)带动旋翼(11)和桨根部位的阻力板(12)旋转。缓冲座椅(23)上的驾驶员操纵驾驶杆(24)带动左右二根拉杆(25)使悬臂(20)作等量相同或相反方向移动，从而可以操纵直升机作俯仰和滚转动作。二根拉杆(25)上各有一个桨盘缓冲器(26)，这桨盘缓冲器可以用液压元件或拉簧制作，更简单的办法也可将悬臂(20)做成板簧式的来代替。设置桨盘缓冲器(26)是为了当直升机飞行在遇到突风干扰时使桨盘能得到卸荷，而不至于将扰动直接传给机身，并且调节左右二个桨盘缓冲器(26)的拉力大小能平衡掉由于二对锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)在传动时齿间侧压力造成的对操纵力的不均匀影响。操纵脚蹬(27)可以通过拉杆(28)使顶杆(13)作上下移动来改变阻力板(12)的迎风面积的大小进行航向控制。驾驶杆和脚蹬的结构原理都是现有技术。为了稳定飞行方向，在机尾设置一个固定的垂直尾翼(29)。机身下部为机轮(30)。

Claims (8)

1.直接倾斜操纵旋翼直升机，其特征是：采用作为本发明关键技术的倾斜操纵器对直升机进行直接倾斜旋翼的操纵，因此可以省去传统直升机上的桨叶周期变距系统、减速器和尾桨系统。

2.根据权利要求1所述的倾斜操纵器，其特征是：由二对锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)相互铰接而成为一个传动轴系，每对锥齿轮都相互垂直啮合，且其中一个锥齿轮(1)或(3)的转轴(5)或(6)分别能在另一个锥齿轮(2)或(4)的转轴(7)或(8)垂直平面内环绕(7)或(8)转动。锥齿轮(2)和(3)固连，它们的转轴(6)和(7)是同一轴。这样，转轴(5)相对于转轴(8)就可以进行任意方位的倾斜而保持二传动轴之间的角速度、力和力矩不变。这样的一种传动轴系可以根据不同的结构要求做出多种形式的设计，这样的一种传动结构也可称为“万向不变铰”。

3.根据权利要求2所述的倾斜操纵器，其特征是：可以设计成为一种同心结构：即转轴(5)和转轴(7)的交点与转轴(6)与转轴(8)的交点相互重合。

4.根据权利要求3所述的倾斜操纵器，其特征是：以(6)为横轴以(8)为纵轴，旋翼的旋转轴(5)相对于动力输入轴(8)进行任意方位的倾斜操纵时都能保持二传动轴之间的角速度、力和力矩的不变，故能满足对直升机姿态控制的要求，因此可以省去传统直升机的桨叶周期变距系统。

5.根据权利要求1所述的倾斜操纵器，其特征是：为了使锥齿轮(1)、(2)和(3)、(4)的传动兼备有足够的减速功能，应尽可能增大(1)和(3)的齿数而减少(2)和(4)的齿数，并要将锥齿轮(3)设计成“幅腔式”的形式，以便有一个足够大的部件安装空间。

6.根据权利要求5所述的倾斜操纵器，其特征是：通过锥齿轮(4)至(3)及(2)至(1)的二级减速，使转轴(5)和(10)的最终转速达到直升机旋翼的转速要求，因此可以省去传统直升机上的减速器。

7.根据权利要求1所述的倾斜操纵器，其特征是：将传动轴系统设计成为共轴双层的结构形式，为此在锥齿轮(1)的下面同轴地再安装一个相同的另一个锥齿轮(9)，也同样和锥齿轮(2)垂直地啮合。相反转动的锥齿轮(9)的转轴(10)和锥齿轮(1)的转轴(5)是同心轴，转轴(5)是外轴，转轴(10)是内轴。

8.根据权利要求7所述的倾斜操纵器，其特征是：在外轴(5)的顶端为直升机的下层旋翼(11)。如果在内轴(10)的顶端再安装一个上层旋翼(12)，那就是共轴双桨形式的直升机。如果在内轴(10)的顶端桨根部位安装一个阻力板(12)，那就是单旋翼无尾桨形式的直升机。操纵改变阻力板(12)迎风面积就可以改变旋翼转轴的扭转力矩，达到稳定操纵直升机飞行航向的目的。改变阻力板(12)迎风面积可以通过在内轴(10)里同心地设置一根能上下移动的控制顶杆(13)来实现，因此可以省去传统直升机的尾桨系统。

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