CN102632994B

CN102632994B - 倾转旋翼飞机

Info

Publication number: CN102632994B
Application number: CN201210136482.4A
Authority: CN
Inventors: 姜铭; 朱望东; 孙钊; 李鹭扬
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2012-05-05
Filing date: 2012-05-05
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-05-05
Also published as: CN102632994A

Abstract

倾转旋翼飞机，属于直升机制造技术领域。包括机体，左、右旋翼和机载飞行设备，其特征在于，设有左混联倾转驱动机构、右混联倾转驱动机构、固定旋翼机构，所述左、右旋翼分别通过左混联倾转驱动机构、右混联倾转驱动机构对称安装在机体两侧机翼上，固定旋翼机构安装在机体后方的轴线上，固定旋翼机构的旋翼轴线和飞机的轴线保持垂直。本发明结构设计科学合理，采用两个混联倾转驱动机构和固定旋翼机构，使飞机在X轴、Y轴方向上实现倾转旋翼灵活布局，使旋翼下洗气流对升力的影响将大大减小，提高飞机的机翼刚度和提升力。具有垂直/短距起降能力，与常规直升机相比，速度快、噪声小、航程远、载重量大、耗油率低、运输成本低。

Description

倾转旋翼飞机

技术领域

本发明涉及一种倾转旋翼飞机，尤其是倾转旋翼直升机螺旋桨部分的结构，属于直升机制造技术领域。

背景技术

倾转旋翼直升飞机主要由机体、旋翼和机载飞行设备等组成。美国V22“鱼鹰”倾转旋翼飞机是比较成功的，它在机翼翼尖处安装做倾转运动的发动机和旋翼，通过旋翼偏转来调节飞机的飞行状态，当螺旋桨的轴线处于水平时，就给飞机一个向前的拉力；当螺旋桨轴线处于竖直时，则给飞机提供一个向上的升力。

倾转旋翼机在巡航飞行时，因机翼可产生升力，旋翼转速较低，基本上相当于固定翼飞机的两副螺旋桨，所以耗油率比直升机低，直升机旋翼机构通过桨距的变化实现飞机姿态的调节。

美国V22“鱼鹰”存在如下缺点：1）机翼刚度弱，容易颤振安装沉重发动机的短舱远离重心，像扁担两头挑的一对哑铃，这样的布局造成机翼刚度弱，在高速飞行时，容易造成颤振，限制了飞行速度的进一步提高；2）横向稳定性比较差飞机两侧如因为某种原因而有所不平衡，两侧的升力差别将会被翼展放大，很难恢复安全的飞行状态，横向稳定性比较差；3）升力削弱大为保证在平飞时有足够的升力，V22机翼的面积必须足够大，但为避免机翼受力悬臂过长而导致刚度薄弱， V22的机翼只能是粗短，因此在起飞阶段，旋翼下洗气流受机翼遮挡严重，很大程度上削弱了螺旋桨升力。

为便于说明，坐标系建立如下：两旋翼的旋转发动机的连线和飞机机身轴线的交点为坐标原点o,飞机机身轴线为x轴，z轴垂直于地面，用右手法则确定y轴。

气弹稳定性和升力是倾转旋翼机的重要设计指标，直接关系到飞行稳定性和效率。申请号为201010599982.2的倾斜翼直升机，用并联机构构造倾转旋翼驱动机构，可以通过提高机翼的刚度来改善飞机的气弹稳定性，但由于并联机构是安装在机翼上，故旋翼相对机翼的x方向（飞机前进的方向）不能根据空气动力学实现灵活布置，不利于进一步减小旋翼下洗气流对升力的影响。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，设计一种速度快、噪声小、航程远、载重量大、耗油率低、降低运输成本的新型的倾转旋翼飞机。

本发明的目的是这样实现的，倾转旋翼飞机，包括机体，左、右旋翼和机载飞行设备，其特征在于，设有左混联倾转驱动机构?、右混联倾转驱动机构

、固定旋翼机构

，所述左、右旋翼分别通过左混联倾转驱动机构?、右混联倾转驱动机构

对称安装在机体

两侧机翼10上，固定旋翼机构

安装在机体

后方的轴线上，固定旋翼机构

的旋翼轴线和飞机的轴线保持垂直；所述左、右混联倾转驱动机构分别设有摆动发动机1、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋转发动机9、机翼旋转带轮6、旋转传动带7和双自由度转动机构13；所述双自由度转动机构13设有机架19、系杆18、中心轮16、行星轮17、旋翼摆动带轮15、旋翼旋转带轮12，机架19通过支撑杆11固定在机翼10上，中心轮16和系杆18安装在机架19上，系杆18支撑行星轮17，中心轮16和行星轮17啮合构成齿轮副，旋翼14安装在行星轮17上，系杆18和旋翼摆动带轮15固定联接，中心轮16和旋翼旋转带轮12固定联接；摆动发动机1和中间摆动带轮4安装在机体的机翼箱体3上，摆动发动机1驱动联接中间摆动带轮4，中间摆动带轮4通过摆动传动带5与所述旋翼摆动带轮15驱动连接，旋转发动机9和机翼旋转带轮6安装在机体的机翼箱体3上，旋转发动机9驱动联接机翼旋转带轮6；机翼旋转带轮6通过旋转传动带7与所述旋翼旋转带轮12驱动连接。

所述机翼箱体3与机翼10、支撑杆11为一整体构件，支撑杆11固定支撑双自由度转动机构13。

所述摆动发动机1通过摆动减速器2和中间摆动带轮4相联接。

所述旋转发动机9通过旋转减速器8和机翼旋转带轮6相联接。

所述中间摆动带轮4、旋翼摆动带轮15为同步齿形带轮，摆动传动带5为与中间摆动带轮4和旋翼摆动带轮15相匹配的同步齿形带。

所述旋转带轮6、旋翼旋转带轮12为同步齿形带轮，旋转传动带7为与旋转带轮6、旋翼旋转带轮12相匹配的同步齿形带。

固定旋翼机构

为常规的直升机旋翼机构。

本发明采用两个混联倾转驱动机构分别布置在飞机两侧，固定旋翼机构安装在飞机后方的机体轴线上，这样，可以根据空气动力学设计要求，使飞机在X轴、Y轴方向上实现倾转旋翼灵活布局，使旋翼下洗气流对升力的影响将大大减小，以实现机翼刚度的提高和飞机升力的提升。当混联倾转驱动机构的旋翼产生倾转时，倾转旋翼的拉力线发生改变，安装在飞机后方的机体轴线上的固定旋翼产生Z轴的拉力，且大小可以调节（如通过调节转速、桨距等），这样，可以实现飞机在XOY平面内的平衡。

本发明结构设计科学合理，具有垂直/短距起降能力，与常规直升机相比，有以下几个优点： 1）速度快，常规直升机最大速度不超过360km/h、巡航速度一般低于300km/h，而倾转旋翼机的巡航速度可达500-550km/h，最大速度可达650km/h；2）噪声小，倾转旋翼机巡航时一般以固定翼飞机的方式飞行，因此噪声比直升机小得多，如在150米高度悬停时，其噪声只有80分贝，仅相当于30米外卡车发出的噪声；3）航程远，倾转旋翼机的航程大于1850千米，若再加满两个转场油箱，航程可达3890千米；4）载重量大，美国研制的倾转旋翼机V-22悬停重量已达21800千克；5）耗油率低，倾转旋翼机在巡航飞行时，因机翼可产生升力，旋翼转速较低，基本上相当于两副螺旋桨，所以耗油率比直升机低；6）运输成本低，综合考虑倾转旋翼机耗油量少、速度快、航程远、载重大等优点，其运输成本仅为一般直升机的1/2。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的混联倾转驱动机构结构示意图。

图3为本发明的固定旋翼机构结构示意图。

图中：1摆动发动机、2摆动减速器、3机翼箱体、4中间摆动带轮、5摆动传动带、6机翼旋转带轮、7旋转传动带、8旋转减速器、9旋转发动机、10机翼、11支撑杆、12旋翼旋转带轮、13双自由度转动机构、14旋翼、15旋翼摆动带轮、16中心轮、17行星轮、18系杆、19机架、?左混联倾转驱动机构、机体、

固定旋翼机构、

右混联倾转驱动机构。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，左混联倾转驱动机构?、右混联倾转驱动机构

对称安装在飞机机体

两侧（左混联倾转驱动机构?和右混联倾转驱动机构

的结构相同），固定旋翼机构

安装在飞机机体

后方的机体轴线上，固定旋翼机构

上安装旋翼，固定旋翼机构

的旋翼轴线和飞机的机体轴线保持垂直。混联倾转驱动机构的组成为：摆动发动机1和中间摆动带轮4安装在飞机的机翼箱体3上，摆动发动机1联接并驱动中间摆动带轮4运动，中间摆动带轮4驱动摆动传动带5运动；旋转发动机9和机翼旋转带轮6安装在飞机的机翼箱体3上，旋转发动机9驱动机翼旋转带轮6运动，旋转带轮6驱动旋转传动带7运动。机翼箱体3、机翼10、支撑杆11为一整体构件，支撑杆11固定支撑双自由度转动机构13。摆动传动带5驱动旋翼摆动带轮15运动，旋翼摆动带轮15安装在双自由度转动机构13上；旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12运动，旋翼旋转带轮12安装在双自由度转动机构13上。双自由度转动机构13由机架19、系杆18、中心轮16、行星轮17组成，机架19和支撑杆11固定联接构成同一固定构件，中心轮16和系杆18安装在机架19上，系杆18支撑行星轮17，中心轮16和行星轮17啮合构成齿轮副，旋翼14安装在行星轮17上，系杆18和旋翼摆动带轮15固定联接，中心轮16和旋翼旋转带轮12固定联接。摆动发动机1通过摆动减速器2和中间摆动带轮4相联接。旋转发动机9通过旋转减速器8和机翼旋转带轮6相联接。中间摆动带轮4、旋翼摆动带轮15为同步齿形带轮，摆动传动带5为同步齿形带。旋转带轮6、旋翼旋转带轮12为同步齿形带轮，旋转传动带7为同步齿形带。运用同步齿形带传动的目的是增强驱动能力和提高传动的精确性。

倾转旋翼飞机工作时，在飞机前飞阶段，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋翼摆动带轮15、系杆18、行星轮17组成的运动链保持旋翼14的轴线和地面平行；旋转发动机9通过旋转减速器8驱动机翼旋转带轮6旋转，机翼旋转带轮6驱动旋转传动带7运动，旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12旋转，旋翼旋转带轮12通过中心轮16驱动行星轮17旋转，行星轮17驱动旋翼14旋转从而产生牵引力。

在飞机起飞阶段，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋翼摆动带轮15、系杆18、行星轮17组成的运动链保持旋翼14的轴线和地面垂直；旋转发动机9通过旋转减速器8驱动机翼旋转带轮6旋转，机翼旋转带轮6驱动旋转传动带7运动，旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12旋转，旋翼旋转带轮12通过中心轮16驱动行星轮17旋转，行星轮17驱动旋翼14旋转从而产生升力。

在飞机起飞和前飞两者状态之间切换时，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4通过摆动传动带5驱动旋翼摆动带轮15旋转，摆动带轮15通过系杆18带动行星轮17（旋翼14安装在行星轮17上）产生所需要的摆动，从而实现旋翼的倾转。

飞机两侧各安装一副混联倾转旋翼驱动机构，为保证旋翼产生的扭力相互抵消（扭力在xoy平面内不利于飞机飞行），两侧的旋转发动机的转动速度相反，且两侧旋翼所安装的桨叶分别为正、反桨。

两个混联接构的倾转旋翼驱动分别布置在飞机两侧，固定旋翼机构安装在飞机后方的机体轴线上；这样，根据空气动力学设计要求，使飞机在X轴、Y轴方向上实现倾转旋翼灵活布局，从而使旋翼下洗气流对升力的影响大大减小，以实现机翼刚度的提高和飞机升力的提升；当混联接构的倾转旋翼产生倾转时，安装在倾转旋翼的旋翼的拉力线发生改变，安装在飞机机后方的机体轴线上的固定旋翼产生Z轴的升力，且升力大小可以通过调节转速调节、桨距等方式来调节，以此）可以实现飞机在XOY平面内的平衡。

参考文献

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Claims

1.倾转旋翼飞机，包括机体，左、右旋翼和机载飞行设备，其特征在于，设有左混联倾转驱动机构（?）、右混联倾转驱动机构（

）、固定旋翼机构（

），所述左、右旋翼分别通过左混联倾转驱动机构（?）、右混联倾转驱动机构（

）对称安装在机体（

）两侧机翼（10）上，固定旋翼机构（

）安装在机体

后方的轴线上，固定旋翼机构（）的旋翼轴线和飞机的轴线保持垂直；所述左、右混联倾转驱动机构分别设有摆动发动机（1）、中间摆动带轮（4）、摆动传动带（5）、旋转发动机（9）、机翼旋转带轮（6）、旋转传动带（7）和双自由度转动机构（13），摆动发动机（1）、中间摆动带轮（4）和旋转发动机（9）、机翼旋转带轮（6）同轴线相对设置；所述双自由度转动机构（13）设有机架（19）、系杆（18）、中心轮（16）、行星轮（17）、旋翼摆动带轮（15）、旋翼旋转带轮（12），机架（19）通过支撑杆（11）固定在机翼（10）上，中心轮（16）和系杆（18）安装在机架（19）上，中心轮（16）与系杆（18）同轴线，系杆（18）支撑行星轮（17），中心轮（16）和行星轮（17）啮合构成齿轮副，旋翼（14）安装在行星轮（17）上，系杆（18）和旋翼摆动带轮（15）固定联接，中心轮（16）和旋翼旋转带轮（12）固定联接；摆动发动机（1）和中间摆动带轮（4）安装在机体的机翼箱体（3）上，摆动发动机（1）驱动联接中间摆动带轮（4），中间摆动带轮（4）通过摆动传动带（5）与所述旋翼摆动带轮（15）驱动连接；旋转发动机（9）和机翼旋转带轮（6）安装在机体的机翼箱体（3）上，旋转发动机（9）驱动联接机翼旋转带轮（6），机翼旋转带轮（6）通过旋转传动带（7）与所述旋翼旋转带轮（12）驱动连接。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机，其特征在于，所述机翼箱体（3）与机翼（10）、支撑杆（11）为一整体构件，支撑杆（11）固定支撑双自由度转动机构（13）。

3.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机，其特征在于，所述摆动发动机（1）通过摆动减速器（2）和中间摆动带轮（4）相联接。

4.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机，其特征在于，所述旋转发动机（9）通过旋转减速器（8）和机翼旋转带轮（6）相联接。

5.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机，其特征在于，所述中间摆动带轮（4）、旋翼摆动带轮（15）为同步齿形带轮，摆动传动带（5）为与中间摆动带轮（4）和旋翼摆动带轮（15）相匹配的同步齿形带。

6.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机，其特征在于，所述机翼旋转带轮（6）、旋翼旋转带轮（12）为同步齿形带轮，旋转传动带（7）为与机翼旋转带轮（6）、旋翼旋转带轮（12）相匹配的同步齿形带。