CN102632992A - 一种单动力水平拉进式高速高机动直升机 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的直升机具有如下特点：1)单发动机，推进装置动力由中央发动机经机械传动输出；2)取消尾桨，短翼外端安装变螺距螺旋桨水平推进装置；3)两侧的推进装置同向推进使直升机高速飞行，反向差动推进实现直升机航向偏转；4)在机身两侧设置升力补偿短翼，增加升力；5)短翼后缘设置宽大的副翼，提高滚转机动性；6)设置尾翼，提高俯仰和偏航机动性。根据本发明的一个方面，提供了一种高速直升机，其特征在于包括：单尾撑的流线型机身；设在机身上方的主旋翼；设在机身两侧的升力短翼；安装在短翼外端的螺旋桨水平推进装置；位于机身后部旋翼滑流外的水平安定面，后缘设置升降舵；单垂直安定面，后缘设置有方向舵。

Description

一种单动力水平拉进式高速高机动直升机

技术领域

本发明涉及一种水平拉进式高速直升机，属于航空飞行器领域，特别是高速高效的复合式直升机布局。

背景技术

复合式直升机兼具悬停和高速飞行的能力。常规直升机，由于前飞工作环境下旋翼的气流不对称，使得前飞最大速度受到前行桨叶压缩性影响及后行桨叶气流分离的限制，最大巡航速度通常在300km/h左右；定翼机则无法完成悬停和低速飞行。而复合式直升机结合了直升机和定翼机的飞行特点，从而兼具两者能力，其应用前景十分宽广，经济前景良好。

国内外现有的复合式直升机，大致两种。其一，采用流线型机身追求低阻力，再外加前进方向的动力推进装置，机身尺寸及集合外形要求较高，其装载能力不强。其二，采用常规直升机布局外加升力小翼，为旋翼卸载，再加动力推进装置；机动性不足，且双垂尾结构重量大。总体而言，高速性能和机动性能无法兼备。

发明内容

本发明针对上述这一系列问题，提出了一种新型的水平拉进式高速高机动直升机布局。根据本发明的一个实施例的直升机具有如下特点：1)单发动机，推进装置动力由中央发动机经机械传动输出；2)取消尾桨，短翼外端安装变螺距螺旋桨水平推进装置；3)两侧的推进装置同向推进使直升机高速飞行，反向差动推进实现直升机航向偏转；4)在机身两侧设置升力补偿短翼，增加升力；5)短翼后缘设置宽大的副翼，提高滚转机动性；6)设置尾翼，提高俯仰和偏航机动性。

根据本发明的一个方面，提供了一种高速直升机，其特征在于包括：

单尾撑的流线型机身；

设在机身上方的主旋翼；

设在机身两侧的升力短翼；

安装在短翼外端的螺旋桨水平推进装置；

位于机身后部旋翼滑流外的水平安定面，后缘设置升降舵；

单垂直安定面，后缘设置有方向舵。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的高速直升机的总体布局图。

图2显示了根据本发明的一个实施例的高速直升机的动力分配与传动部分。

图3显示了根据本发明的一个实施例的高速直升机的变螺距螺旋桨机构。

图4显示了根据本发明的一个实施例的螺旋桨桨距变化的方案。

图5显示了根据本发明的一个实施例的高速直升机的悬停时推力与扭矩示意图。

图6显示了根据本发明的一个实施例的高速直升机的前飞时推力与扭矩示意图。

附图标记：

(1)机身；(2)主旋翼；(3)、(4)变螺距螺旋桨；(5)升力短翼；(6)副翼；(7)水平安定面；(8)垂直安定面；(9)方向舵；(10)升降舵；(11)中央发动机；(12)主动齿轮；(13)一级减速大齿；(14)小齿；(15)传动皮带；(16)皮带轮；(17)变螺距螺旋桨叶片；(18)连杆；(19)螺距控制滑块；(20)L型摇臂；(21)操纵杆；(22)变螺距螺旋桨轴；(23)高速伺服器。

具体实施方式

现有高速直升机往往要求高速飞行能力，在设计时着重考虑气动外形的减阻设计，后推式高速直升机采用高速流线设计，在高速飞行的状态阻力小，稳定性好；但是，机动性不高。两侧推进式高速直升机，推进装置往往采用独立发动机，但是其响应速度不高，机动性仍不足，而且多发布局使得其工作可靠性较低。

本发明主要提出一种两侧水平推进式的高速直升机，其具有动力输出分配的设计。

1)总体布局

根据本发明的一个实施例的高速直升机具有如图1所示的布局，包括单旋翼，两侧升力短翼，短翼外端变螺距螺旋桨拉进装置，流线型机身单尾撑和单垂直尾翼。

其中，流线型机身(1)为单尾撑；上方为主旋翼(2)；

升力短翼(5)平面形状为梯形。每侧机翼后缘设置有宽大的副翼(6)；短翼外端安装变螺距螺旋桨水平推进装置(3)、(4)，动力由中央发动机(11)输出，最终通过改变螺旋桨螺距而改变推进速度和推进方向；

水平安定面(7)位于机身后部旋翼滑流外，后缘设置升降舵(10)；单垂直安定面(8)，后缘设置有方向舵(9)。

2)动力分配与传动系统

如图2所示，根据本发明的一个实施例的动力分配与传动系统包括中央发动机(11)，其输出由主动齿轮(12)经一级减速大齿(13)减速驱动主旋翼(2)，大齿驱动小齿(14)和皮带轮(16)通过传动皮带(15)驱动外端的皮带轮(16)带动变螺距螺旋桨轴(22)，并且利用皮带可改变传动方向的特点，实现两螺旋桨旋转方向相反，使其对直升机滚转和力矩为零。

当两侧变螺距螺旋桨同时向前推进时，直升机获得前进速度，从而使升力短翼(5)逐渐加载，便可减小主旋翼的螺距，为其卸载，并减小阻力，将更多地功率输出给水平推进装置，以获得更大的前飞速度。

3)变螺距螺旋桨推进装置

根据本发明的一个实施例的短翼外端的推进装置包括变螺距螺旋桨，在螺旋桨转速一定的情况下，通过控制螺旋桨桨距变化，即可迅速改变其推力大小和方向(如图3、4所示)；由高速伺服器(23)驱动操纵杆(21)，推拉L型摇臂(20)使螺距控制滑块(19)上下滑动，再由连杆(18)驱动两叶片转动，实现螺旋桨螺距变化。悬停时，调整两侧的螺旋桨螺距，使之对机身产生的扭矩之和平衡主旋翼对机身产生的扭矩(图5)；前飞时亦是如此，两侧螺旋桨同时向前推进，但是两者推力不同，使得两螺旋桨对中心轴的合力矩平衡主旋翼的扭矩，并且同时利用方向舵提供扭矩，使两推进装置的推进力差值减小，获得更大的推力(图6)。同时，通过改变螺距，可实现高速响应，使得飞机具有很高的航向机动性和前飞速度。

4)升力短翼和尾翼

升力短翼位于机身两侧，短翼外端安装变螺距螺旋桨推进装置。短翼的后缘安装宽大的副翼，在悬停时可偏转垂直向下，以减少对主旋翼滑流的阻挡作用；高速飞行时，两侧副翼可差动偏转，提高直升机的滚转机动性。

尾翼位于机身后部，并于主旋翼(2)滑流之外，以保证其气动效果。单水平安定面(7)后缘安装可上下偏转的升降舵(10)，单垂直安定面(8)后缘安装可左右偏转的方向舵(9)。在前飞状态下，使升降舵或方向舵偏转，水平尾翼和垂直尾翼亦提供控制力矩，进一步提高机动性和稳定性。

根据本发明的一个具体实施例，动力装置安装于机舱内部，传动皮带穿过升力短翼内部，变螺距螺旋桨安装于升力短翼外端。使得传动结构完全包覆于机体气动外壳内部，能够在相对稳定的环境下工作，同时不影响机身的低阻力气动外形。

该飞行器具备垂直起降能力，由主旋翼提供升力，此时升力短翼的副翼偏转至竖直向下，减小对主旋翼滑流的阻碍；短翼外端两变螺距螺旋桨平衡主旋翼产生的扭矩，左螺旋桨呈正桨距，右螺旋桨呈负桨距，形成力偶，对机身合力为零，以确保悬停时机身姿态端正。

左螺旋桨正螺距增大，右螺旋桨负螺距减小最终呈正桨距，则此时两螺旋桨对机身的扭矩差值平衡主旋翼产生的扭矩，而两螺旋桨对机身的合力则变为向前推进，使飞机进入水平飞行状态。此后，方向舵偏转，产生扭矩与主旋翼扭矩相平衡，而两推进螺旋桨则可以减小螺距差，即右螺旋桨螺距进一步增大，使得两螺旋桨推力均达到最大，实现飞机高速飞行。并且副翼调平，增大翼面积，短翼逐渐加载，为主旋翼卸载，使得主旋翼与两侧的变螺距螺旋桨转速提高，增加水平推力。副翼可进行滚转控制，尾翼可进行航向控制，增加机动性。

2.有益效果

本专利的有益效果包括：

1)单动力装置，可靠性强；推进装置由机械传动，维护性强；

2)变螺距螺旋桨推进装置，响应速度快，实现高机动性；

3)升力短翼承载，使主旋翼卸载，提高推进装置的输出功率；

4)在前飞时，通过偏转短翼上宽大的副翼，有助于提高滚转机动性。

5)单垂尾常规布局，结构简单，重量轻；

尾翼在前飞时，辅助控制效果和稳定作用，实现高机动性。

Claims (8)

1.一种高速直升机，其特征在于包括：

单尾撑的流线型机身(1)；

设在机身(1)上方的主旋翼(2)；

设在机身(1)两侧的升力短翼(5)；

安装在短翼外端的螺旋桨水平推进装置(3、4)；

位于机身后部旋翼滑流外的水平安定面(7)，后缘设置升降舵(10)；

单垂直安定面(8)，后缘设置有方向舵(9)。

2.根据权利要求1的高速直升机，其特征在于进一步包括：

中央发动机(11)，用于为所述螺旋桨水平推进装置(3、4)提供动力。

3.根据权利要求2的高速直升机，其特征在于进一步包括：

其中所述螺旋桨水平推进装置包括变螺距螺旋桨(3、4)，通过改变变螺距螺旋桨(3、4)的螺旋桨螺距而改变螺旋桨水平推进装置(3、4)的推进速度和推进方向。

4.根据权利要求1的高速直升机，其特征在于所述升力短翼(5)的平面形状为梯形；

在所述升力短翼(5)的后缘设置有宽大的副翼(6)。

5.根据权利要求3的高速直升机，其特征在于进一步包括一个动力分配与传动系统，该动力分配与传动系统包括：

与所述中央发动机(11)的输出耦合的主动齿轮(12)，

与所述主动齿轮(12)啮合的一级减速大齿(13)，所述一级减速大齿(13)的轴与所述主旋翼(2)耦合，

与所述一级减速大齿(13)啮合的小齿轮(14)，

与所述小齿轮(14)耦合的第一皮带轮(16)和与所述变螺距螺旋桨(3、4)耦合的第二皮带轮(16)，用于通过传动皮带(15)驱动第二皮带轮(16)带动所述变螺距螺旋的桨轴(22)。

6.根据权利要求5的高速直升机，其特征在于

并且利用传动皮带(15可改变传动方向的特点，实现所述螺旋桨水平推进 装置(3、4)的两个所述变螺距螺旋桨(3、4)的方向相反的旋转，使所述两个所述变螺距螺旋桨(3、4)对直升机滚转和力矩为零，

其中当所述两个所述变螺距螺旋桨(3、4)同时向前推进时，直升机获得前进速度，从而使升力短翼(5)逐渐加载，从而可通过减小主旋翼的螺距，为其卸载，并减小阻力，将更多地功率输出给水平推进装置，以获得更大的前飞速度。

7.根据权利要求6的高速直升机，其特征在于进一步包括

高速伺服器(23)，

受所述高速伺服器(23)驱动的一个操纵杆(21)，

受到所述操纵杆(21)的推拉的L型摇臂(20)，

用于在所述L型摇臂(20)的作用下上下滑动的螺距控制滑块(19)，

用于所述螺距控制滑块(19)相连的连杆(18)，用于驱动所述变螺距螺旋桨(3、4)的叶片转动，从而实现螺旋桨螺距变化。

8.根据权利要求7的高速直升机，其特征在于

当所述高速直升机悬停时，调整所述变螺距螺旋桨(3、4)的螺旋桨螺距，使之对机身产生的扭矩之和平衡主旋翼对机身产生的扭矩；

当所述高速直升机前飞时，使所述变螺距螺旋桨(3、4)同时向前推进，但两个变螺距螺旋桨(3、4)的推力不同，使得两个变螺距螺旋桨(3、4)对中心轴的合力矩平衡主旋翼的扭矩，并且同时利用方向舵提供扭矩，使两个变螺距螺旋桨(3、4)的推进力差值减小，获得更大的推力；

通过改变螺距，可实现高速响应，使得飞机具有很高的航向机动性和前飞速度。 

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