CN102490898A - 一种共轴式双旋翼直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴式双旋翼直升机，包括安装在机身上部的旋翼轴，所述旋翼轴包括外转轴和内转轴，所述旋翼轴上设有上旋翼和下旋翼，所述内转轴和外转轴之间通过轴承相互连接，上旋翼安装在内转轴上，下旋翼安装在外转轴上；上旋翼的浆叶长度小于下旋翼的桨叶的长度。上旋翼为四个桨叶；下旋翼为三个桨叶。采用上述技术方案，其结构简单，通过对上旋翼桨叶的长度、数量、旋转速度、材质的进行的实质性改进，使得操纵机构简单，避免了发生上下旋翼干涉造成桨叶碰撞的危险，同时两副旋翼的废阻面积较小，提高了直升机的上升动力、最大平飞速度和直升机的综合性能。

Description

一种共轴式双旋翼直升机

技术领域

本发明属于航空飞行器的技术领域，涉及直升飞机的技术，更具体地说，本发明涉及一种共轴式双旋翼直升机。

背景技术

直升机是一种由旋翼产生升力和推进力而进行飞行的航空器，与固定翼飞机相比，其重要特点在于，直升机可以实现空中悬停。主要有单旋翼直升机和双旋翼直升机两种类型：

单旋翼直升机一般采用尾桨来抵消主旋翼产生的反扭矩。单旋翼带尾桨直升机的一个突出问题是其自身的不稳定性。单旋翼直升机绕旋翼轴的转动惯量很大，一般完全依赖尾桨来平衡反扭矩。尾桨是单旋翼直升机飞行安全的最大挑战，主旋翼失去动力，直升机还可以自旋着陆；但尾桨一旦失去动力，那直升机就要打转转，失去控制。另外，尾桨还耗用相当一部分的发动机动力。

双旋翼直升机采用两个反向旋转的旋翼，按其排列方式，可分为纵列式、横列式、交叉式和共轴式四大类型。共轴式双旋翼直升机药基本特征是：两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼轴上，两旋翼间有一定间距。两副旋翼的旋转方向相反，它们的反扭矩可以互相抵消。这样，就用不着再装尾桨了。直升机的航向操纵靠上下两旋翼总距的差动变化来完成。

共轴式双旋翼直升机主要优点是发动机的全部功率都用来驱动旋翼，空气动力对称，悬停效率高，机械振动小，噪声低。这种直升机可以采用无尾桨的结构，所以也就不需要装长长的尾梁，机身长度也可以大大缩短。

共轴式双旋翼直升机的主要缺点是操纵机构复杂。而且由于飞行时前行桨叶和后行桨叶产生的非对称升力，上下旋翼的旋转平面有在一侧发生交会造成桨叶碰撞的危险。另外，两副旋翼的废阻面积较大，这样就限制了直升机的最大平飞速度。

发明内容

本发明提供一种共轴式双旋翼直升机，其目的是减少上下旋翼碰撞的危险，同时具有较小的废阻面积并进而获得较高的升力系数。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的共轴式双旋翼直升机，包括安装在机身上部的旋翼轴，所述旋翼轴包括外转轴和内转轴，所述旋翼轴上设有上旋翼和下旋翼，所述内转轴和外转轴之间通过轴承相互连接，所述的上旋翼安装在所述的内转轴上，所述的下旋翼安装在所述的外转轴上；所述上旋翼的浆叶长度小于下旋翼的桨叶的长度。

所述的上旋翼在所述的内转轴上通过桨毂安装回转方向均匀分布的四个桨叶；所述的下旋翼在所述外转轴上通过桨毂安装回转方向均匀分布的三个桨叶。

所述上旋翼、下旋翼之间的桨距分别通过上旋翼自动倾斜器、下旋翼自动倾斜器控制，所述上旋翼自动倾斜器安装在上旋翼和下旋翼之间，所述下旋翼自动倾斜器安装在下旋翼的下部。

所述外转轴和内转轴分别由发动机经过不同传动比的动力传输装置驱动。

所述的上旋翼自动倾斜器、下旋翼自动倾斜器的结构相同，均由球形铰链或万向节、内环、外环、扭力臂及若干拉杆组成。

所述的发动机至外转轴的传动比大于发动机至内转轴传动比。

所述发动机的输出轴上安装第一锥形齿轮，且所述第一锥形齿轮分别与外传动轴锥形齿轮及内传动轴锥形齿轮相啮合，所述的外传动轴锥形齿轮通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在外转轴上的外转轴齿轮传动连接；所述的内传动轴锥形齿轮通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在内转轴上的内转轴齿轮传动连接。

所述的共轴式双旋翼直升机设有尾桨，所述的尾桨为涵道式尾桨，其结构是将尾浆桨叶嵌入机尾的涵道内，所述的涵道的贯通方向为垂直于直升机机身的纵剖面。

本发明采用上述技术方案，其结构简单，通过对上旋翼桨叶的长度、数量、旋转速度、材质的进行的实质性改进，使得操纵机构简单，避免了发生上下旋翼干涉造成桨叶碰撞的危险，同时两副旋翼的废阻面积较小，提高了直升机的上升动力、最大平飞速度和直升机的综合性能。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中的上、下旋翼的平面结构示意图；

图2为本发明中上、下旋翼自动倾斜器的结构示意图；

图3为本发明中的传动装置的结构示意图。

图中标记为：

1、外转轴，2、内转轴，3、上旋翼，4、下旋翼，5、上旋翼自动倾斜器，6、下旋翼自动倾斜器，7、第一锥形齿轮，8、外传动轴锥形齿轮，9、内传动轴锥形齿轮，10、外转轴齿轮，11、外转轴齿轮。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2和图3所表达的本发明的结构，为一种共轴式双旋翼直升机，包括安装在机身上部的旋翼轴，所述旋翼轴包括外转轴1和内转轴2，所述旋翼轴上设有上旋翼3和下旋翼4，所述内转轴2和外转轴1之间通过轴承相互连接，所述的上旋翼3安装在所述的内转轴2上，所述的下旋翼4安装在所述的外转轴1上。

由于下旋翼4所产生的扭矩的相当一部分被上旋翼3的扭矩所平衡，共轴式双旋翼直升机绕轴的转动惯量大大小于普通单旋翼带尾桨直升机，这样不但提高了直升机的稳定性，而且减少了克服直升机的反向扭矩所需的尾桨功率，特别适合性能好但功率受尺寸限制的涵道式尾桨的使用。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现减少上下旋翼碰撞的危险，同时具有较小的废阻面积并进而获得较高的升力系数的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1至图3所示，本发明所提供的共轴式双旋翼直升机，所述上旋翼3的浆叶长度小于下旋翼4的桨叶的长度。

与普通单旋翼带尾桨直升机相比，上旋翼3的使用，能有效地提高直升机的爬升性能。反过来看，在同样的升力设计要求下，长度不等的共轴式双旋翼直升机的下旋翼4可以比普通单旋翼带尾桨直升机的旋翼做得短。

长度不等的共轴式双旋翼直升机的具体飞行驾驶操作与普通单旋翼带尾桨直升机基本相同。实际上，长度不等的共轴式双旋翼直升机可以最大限度地利用现有的单旋翼直升机技术，在不需要作很大技术改进的情况下，提高直升机的综合性能。

所述的上旋翼3在所述的内转轴2上通过桨毂安装均匀分布的四个桨叶；所述的下旋翼4在所述外转轴1上通过桨毂安装均匀分布的三个桨叶。

通过增加上旋翼3的桨叶数量来提高旋翼实际面积，也可以使上旋翼3在其桨盘面积内产生的升力比同等面积内下旋翼4所产生的升力大。

所述上旋翼3、下旋翼4之间的桨距分别通过上旋翼自动倾斜器5、下旋翼自动倾斜器6控制，所述上旋翼自动倾斜器5安装在上旋翼3和下旋翼4之间，所述下旋翼自动倾斜器6安装在下旋翼4的下部。

所述的上旋翼自动倾斜器5、下旋翼自动倾斜器6的结构相同，均由球形铰链或万向节、内环、外环、扭力臂及若干拉杆组成。

所述的上旋翼自动倾斜器5、下旋翼自动倾斜器6的结构原理与普通单旋翼带尾桨直升机的自动倾斜器基本相同。自动倾斜器的内环和外环则通过轴承连接，内环和外环之间可以自由滑动。上旋翼自动倾斜器5的内环通过扭力臂与内转轴2相连，随之同步旋转，并通过变距拉杆与上旋翼3的桨叶的变距摇臂相连。下旋翼自动倾斜器6的内环则通过操纵拉杆和总距套筒与驾驶舱中的驾驶杆和总距杆相连。上旋翼自动倾斜器5、下旋翼自动倾斜器6的外环都分别通过扭力臂与外转轴1相连，随外转轴1同步旋转，并有若干等长撑杆将它们相连，以使上旋翼自动倾斜器5、下旋翼自动倾斜器6实现同步升降、同步倾斜，始终保持平行状态。下旋翼自动倾斜器6的外环还通过变距拉杆与下旋翼4的桨叶的变距摇臂相连。

与普通单旋翼带尾桨直升机一样，直升机的前后和左右方向的飞行运动通过周期变距操纵来实现，直升机随之上升或下降通过总距操纵来实现。

所述外转轴1和内转轴2分别由发动机经过不同传动比的动力传输装置驱动。

所述的发动机至外转轴1的传动比大于发动机至内转轴2传动比。即上旋翼3的转速大于下旋翼4的转速。

本发明在设计允许的范围内，较短的上旋翼3的桨叶的旋转速度可以比下旋翼4的浆叶快，因此上旋翼3在其桨叶旋转的桨盘面积内产生的升力要比同等面积内下旋翼4所产生的升力大。在悬停时，上旋翼3的尾流会使上旋翼3的向下气流向内收敛，所以下旋翼4受上旋翼3影响的面积实际上要小于上旋翼3的桨盘面积，因而上旋翼3、下旋翼4的有效桨盘面积之和大于下旋翼4的桨盘面积。

所述发动机的输出轴上安装第一锥形齿轮7，且所述第一锥形齿轮7分别与外传动轴锥形齿轮8及内传动轴锥形齿轮9相啮合，所述的外传动轴锥形齿轮8通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在外转轴1上的外转轴齿轮10传动连接；所述的内传动轴锥形齿轮9通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在内转轴2上的内转轴齿轮11传动连接。

通过第一锥形齿轮7、将发动机的运动分两路传递给外转轴1和内转轴2，并且通过不同的传动比，实现不同的转速需要。

显然，在图3中，两个传动比是不相同的。

所述的共轴式双旋翼直升机设有尾桨，所述的尾桨为涵道式尾桨，其结构是将尾浆桨叶嵌入机尾的涵道内，所述的涵道的贯通方向为垂直于直升机机身的纵剖面。直升机的航向则通过尾桨来控制。

由于尾桨的使用，长度不等的共轴式双旋翼直升机不需要现有的共轴式双旋翼直升机复杂的航向控制系统。

发动机对尾桨的驱动与常规单旋翼带尾桨的直升机相同。涵道式尾桨的主要优点是其桨叶在嵌入机尾的涵道内，受外界气流干扰影响较小，噪声低，且不易发生伤人、撞物的事故，贴地飞行时十分安全。涵道式尾桨的主要缺点是增加了机尾的尺寸。尾部尺寸太大会影响飞机的整体性能，但是涵道式尾桨做的太小，其输出功率或反向推力往往又不能满足一般单旋翼直升机的要求。由于本发明所提供的长度不等的双旋翼共轴式直升机的反向扭矩相对较小，特别适合于涵道式尾桨的使用。

本发明结构简单，通过上、下旋翼桨叶的长度、数量、旋转速度、材质的进行改进，操纵机构简单，避免了上、下旋翼发生干涉、造成桨叶碰撞的危险，同时两副旋翼的废阻面积较小，提高了直升机的最大平飞速度和直升机的综合性能。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种共轴式双旋翼直升机，包括安装在机身上部的旋翼轴，所述旋翼轴包括外转轴(1)和内转轴(2)，所述旋翼轴上设有上旋翼(3)和下旋翼(4)，所述内转轴(2)和外转轴(1)之间通过轴承相互连接，所述的上旋翼(3)安装在所述的内转轴(2)上，所述的下旋翼(4)安装在所述的外转轴(1)上；

其特征在于：

所述上旋翼(3)的浆叶长度小于下旋翼(4)的桨叶的长度。

2.按照权利要求1所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述的上旋翼(3)在所述的内转轴(2)上通过桨毂安装回转方向均匀分布的四个桨叶；所述的下旋翼(4)在所述外转轴(1)上通过桨毂安装回转方向均匀分布的三个桨叶。

3.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述上旋翼(3)、下旋翼(4)之间的桨距分别通过上旋翼自动倾斜器(5)、下旋翼自动倾斜器(6)控制，所述上旋翼自动倾斜器(5)安装在上旋翼(3)和下旋翼(4)之间，所述下旋翼自动倾斜器(6)安装在下旋翼(4)的下部。

4.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述外转轴(1)和内转轴(2)分别由发动机经过不同传动比的动力传输装置驱动。

5.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述的上旋翼自动倾斜器(5)、下旋翼自动倾斜器(6)的结构相同，均由球形铰链或万向节、内环、外环、扭力臂及若干拉杆组成。

6.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述的发动机至外转轴(1)的传动比大于发动机至内转轴(2)传动比。

7.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述发动机的输出轴上安装第一锥形齿轮(7)，且所述第一锥形齿轮(7)分别与外传动轴锥形齿轮(8)及内传动轴锥形齿轮(9)相啮合，所述的外传动轴锥形齿轮(8)通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在外转轴(1)上的外转轴齿轮(10)传动连接；所述的内传动轴锥形齿轮(9)通过同轴安装的圆柱齿轮与安装在内转轴(2)上的内转轴齿轮(11)传动连接。

8.按照权利要求1或2所述的共轴式双旋翼直升机，其特征在于：所述的共轴式双旋翼直升机设有尾桨，所述的尾桨为涵道式尾桨，其结构是将尾浆桨叶嵌入机尾的涵道内，所述的涵道的贯通方向垂直于直升机机身的纵剖面。

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