CN104670505B - 具有顶部整流罩的旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

具有顶部整流罩的旋翼飞行器，整流罩(3)设置在该旋翼飞行器顶部，具体是在旋翼飞行器的具有基本竖直轴线的主转子的旋翼下方且覆盖能够操作主转子的旋翼叶片的机构。整流罩(3)的流线型形状纵向成形为在后部被截头的水滴状。截头部(6)形成整流罩(3)的后壁，且设置有横向中部隆起部(7)。隆起部(7)设置有浮雕状突出部(9)，以纵向相继的方式布置成沿该整流罩(3)的侧壁延伸的波形，且截头部(6)布置在朝向旋翼飞行器后部倾斜的平面中。藉由本发明可以不仅减小其气动阻力并限制其重量，而且会使得在整流罩的后端处产生的紊流以规则和稳定的方式运动，包括当环绕旋翼飞行器的空气流包括显著侧部矢量分量时也是如此。

Description

具有顶部整流罩的旋翼飞行器

相关文件的交叉引用

本申请要求于2013年11月27日提交的FR1302743的优先权，其全部内容通过引用的方式合并入本文。

技术领域

本发明涉及用于影响旋翼飞行器外表面上方气流的装置。本发明更具体地涉及常规地布置于旋翼飞行器顶部处的整流罩，该整流罩布置在具有基本上竖直轴线的主转子的旋翼下方以及在覆盖该旋翼飞行器动力装置的罩盖上方。

旋翼飞行器是具有一个或多个转子的旋翼航空器，至少包括布置在该旋翼飞行器的顶部处的、具有基本上竖直轴线的主转子。该主转子至少为旋翼飞行器提供升力，并且在具体为直升机的情形下，也可以为旋翼飞行器提供沿任一运动轴线的推进力和/或导引力。

旋翼飞行器也可以具有至少一个辅助转子，该转子具有大致水平的轴线。常规地，此类辅助转子安装在尾桁端部，以控制该旋翼飞行器的偏航姿态。此类辅助转子也可以用以为旋翼飞行器提供用以使旋翼飞行器平移的推进器。

旋翼飞行器的转子通常由包括至少一个燃油引擎(特别是涡轮轴引擎)的动力装置驱动旋转。该动力装置典型地定位在旋翼飞行器的上部、主转子的旋翼下方。罩盖被布置成围绕该动力装置，以将气流导向旋翼飞行器的后部，并提高该旋翼飞行器的气动特性。

此类罩盖一般按照旋翼飞行器的飞行员所发出的飞行指令由整流罩提升，该整流罩覆盖用于使主转子旋翼的叶片运作的机构。

例如，用于控制主转子旋翼的叶片的此类机构通常由一对可移动地安装在桅柱上的“滑盘”形成，该桅柱承载旋翼。旋翼飞行器的飞行员使用各种控制线来操作所述滑盘，以使主转子旋翼的叶片节距共同地或循环地变化，以调整旋翼飞行器的姿态。

该罩盖和将该罩盖升起的整流罩主要沿与旋翼飞行器延伸的纵向方向对应的纵向方向进行延伸，该纵向方向通常被认为是当旋翼飞行器处于地面上时旋翼飞行器的前后方向。

当然，诸如“顶”、“高部”、“低”、“下”或“升起”等概念一般理解为当旋翼飞行器处于地面上时相对于该旋翼飞行器的竖直定向而言的。同样地，旋翼飞行器的诸如“竖直平面”、“水平平面”等概念一般分别理解为当旋翼飞行器处于地面上时相对于该旋翼飞行器所延伸的竖直和水平总体方向而言的。

在本文中，适当的是，布置该整流罩以尽量多地减小其气动阻力并且限制该整流罩所产生的尾流。整流罩的该布置方式必须具体地促进空气流通过作用于发生在整流罩后部的紊流现象而沿整流罩表面保持粘附。紊乱的涡流在整流罩的后部形成，在该后部处，涡流构成气动阻力源并且使旋翼飞行器的外壁和朝向旋翼飞行器后部延伸的尾桁的外壁产生结构性振动。

背景技术

通常措施主要在于将所讨论的整流罩的轮廓成形为在旋翼飞行器的水平平面中呈水滴状。在本文中，可以参考例如以下文献：US2011/036954(FrederickW.Piasecki)、US3331444(Charles V.Toner)、US2012/104157(Van DerWesthuizen)、DE1114394(联合飞机公司(United Aircraft Corp.))和US2006/269411(Fabio P.Bertolotti)。

然而，已经发现，此类措施不能在侧风、横向飞行和/或飞机偏航侧滑的情形下在最优化旋翼飞行器的稳定性方面令人充分满意，尤其是对于需要提高飞行中可操控性的轻型旋翼飞行器更是如此。

更具体地，在整流罩应当如何布置的所有约束条件中，必须保证旋翼飞行器的飞行质量。尤其是，需要避免沿整流罩的气流使维持飞行方位时不稳定，和/或在旋翼飞行器的偏航姿态控制中产生干扰。沿旋翼飞行器外表面的气流所产生的噪声危害也必须得到尽可能地限制。

已发现，当围绕旋翼飞行器的气流包括较大的侧向矢量分量时，朝向该整流罩后部的所述紊流的流动规则性就会被干扰，并由此影响该旋翼飞行器在偏航中的姿态稳定性。

更具体地，在整流罩的后端处产生的紊乱涡流倾向于以随机的频率和流向沿该尾桁移动。

在侧风、横向飞行和/或飞机偏航侧滑的情形下会变得更糟的紊流流动的不稳定性会产生不利的振动，所述振动会损坏旋翼飞行器的机械强度，并可能会减低乘客乘坐的舒适度。另外，此类情况也导致噪音危害加大，并且会使旋翼飞行器的偏航性能不稳定。

为了减轻这些缺陷，已知在整流罩的后端横向地截头整流罩的水滴形轮廓。该措施的作用是提高了在侧风、横向飞行和/或偏航侧滑的情形下的紊流流动的规则性。然而，以此方式布置整流罩的后缘会增加其气动阻力，这是不理想的。

最后，已经发现，用于成形整流罩以改进特定飞行条件下的气流状况的各种具体布置不适合于其他飞行条件。由此，需要寻找到用于整流罩的各种布置的折中方案，以获得无论旋翼飞行器的飞行状况如何都能获得令人满意的可能的最佳气流。

也已知通过截头整流罩的水滴形轮廓而形成的、整流罩的后壁布置成相对于旋翼飞行器的水平平面倾斜的平面。此类设置寻求改善气流沿该整流罩朝向旋翼飞行器的底部的导引，应当理解的是，主转子本身的旋转产生朝向旋翼飞行器的底部导引的强有力气流以及复杂的气动现象，此会干扰旋翼飞行器在飞行期间的性能稳定性。

由此，对于与空气沿整流罩表面的流动相关的整流罩的总体布置和具体特征，也需要考虑主转子产生的洗流。

为影响沿整流罩表面并因此沿布置到旋翼飞行器后部的构件的空气流动的目的，应用到整流罩的各种特点(无论各种特点可能有多小)会在彼此结合时在此类流动和其作用的总体条件上发生冲突。

由此，需要选定单独或结合地使用整流罩的各种特点，以在呈现上述多种问题情况下获得空气朝向旋翼飞行器后部的最佳流动。

对于整流罩的布置，也需要在不进行大改动的情况下仍可利用，而不论旋翼飞行器的总体构造如何，以避免根据旋翼飞行器总体结构制备用于整流罩的具体形状，所述结构在不同类别的旋翼飞行器中是不同的。

由此，继续研究能够增强空气沿整流罩外表面流动的整流罩形状，以在考虑上述各种约束条件和要求的情况下获得最令人满意的结果。因此，所选定的用于整流罩外表面的各具体气动布置需要独立地被选定，同时考虑当这些布置彼此相互结合时所产生的作用。

本发明基于此研究的背景，并且寻求提出一种旋翼飞行器，该旋翼飞行器具有布置在旋翼飞行器顶部处的上述类型的整流罩，并且呈现出这样的总体布置和具体气动特点：所述总体布置和具体气动特点确保空气朝向旋翼飞行器的后部流动，该空气流动以令人满意的方式解决了所提出的上述各种问题。

发明内容

本发明的旋翼飞行器在其顶部设置有整流罩，该整流罩在旋翼飞行器的纵向方向上延伸。所述整流罩覆盖这样的机构，即该机构能够使旋翼飞行器的飞行员操作具有基本上竖直轴线的主转子的叶片。此类整流罩常规地布置在主转子的旋翼下方以及在覆盖旋翼飞行器动力装置的罩盖的上方。

当考虑为在旋翼飞行器的水平平面中时，适合于本发明旋翼飞行器的整流罩被更特别地选定为具有后端被横向截头的水滴状的气动轮廓。

根据本发明，适合旋翼飞行器的此类整流罩主要在此方面是可识别的：即布置在整流罩的水滴状后部处的整流罩截头部包括布置在该截头部的横向中部区域中的隆起部。

用于整流罩的总体构造的此类选择使得可以不仅减小其气动阻力并限制其重量，而且会使得在整流罩的后端处产生的紊流以规则和稳定的方式运动，包括当环绕旋翼飞行器的空气流包括显著侧部矢量分量时也是如此。

通过减小沿该整流罩流动的空气流的平均间隔尺寸而限制整流罩的气动阻力。在整流罩的后部处的紊流区域的范围被减小，并且紊乱涡流流过罩盖后部的频率增大，由此具有提高紊乱涡流消散的作用。

在较佳实施例中，至少所述隆起部也包括沿横向延伸的浮雕状突出部，例如，所述浮雕状突出部布置成沿隆起部彼此相继的横向波形。此类浮雕状突出部用以干扰在整流罩后部产生所述紊乱涡流的紊乱空气流，由此，进一步增强所产生的涡流的消散。由此限制该整流罩的气动阻力。

优选地，浮雕状突出部优选地沿隆起部有规则地分布。然而，浮雕状突出部的局部集中情况可以根据隆起部的总体布置以及与干扰所述紊乱空气流相关的所需作用而变化。

作为示例，可以具有五到15个浮雕状突出部，所述浮雕状突出部优选地布置成在两个相邻的浮雕状突出部之间的间距是整流罩在水滴状轮廓被截头的区域中的横向尺寸的0.01至3倍。

在一个实施例中，已经观察到当隆起部的横向尺寸是截头部横向尺寸的0.2至0.4倍截头时具有良好的作用。另外，已经发现隆起部高度是整流罩的纵向延伸尺寸的0.05至0.25倍具有令人满意的效果。

在一个可能的实施例中，将隆起部接合到该截头部的侧部的接合区域成形为凹弧，所述凹弧与截头部的侧部相配合以提供锐边。

在另一可能的实施例中，将隆起部接合到截头部侧部的各个接合区域都具有两个弯部，各个所述接合区域的弯部都相继成形为凹弧和凸弧，以提供位于截头部侧部处的圆边。

更具体地，位于凹弧和截头部侧部之间、将隆起部接合到截头部的侧部的各接合区域的主要部分优选地沿由定心在该截头部横向中部轴线上的圆所限定的凹弧延伸。

所述圆优选地被选定为直径稍大于截头部的横向尺寸。

在优选实施例中，由整流罩的具有水滴状轮廓的所述截头部形成的整流罩后壁布置在形成整流罩后缘的倾斜面中。

所述倾斜表面有利地朝向截头部的底部逐渐变小，以将沿罩盖朝向隆起部流动的空气流排出。另外，截头部的最大横向尺寸优选地选定为是整流罩最大横向尺寸的0.6至0.95倍。

在优选实施例中，隆起部的浮雕状突出部至少沿着在隆起部各侧上的、截头部区域延伸，然后优选地沿整流罩的侧壁延伸。

在提高空气流沿整流罩表面的寻找的导引部的具体实施例中，浮雕状突出部的尺寸在它们沿着隆起部旁的截头部区域的突出方向上逐渐地减小。然后，浮雕状突出部在逐步朝向整流罩侧壁的过程中在它们的突出方向上尺寸增大，沿着该侧壁，浮雕状突出部延伸，直到浮雕状突出部在它们的突出方向上的尺寸朝向整流罩前部逐步减小。

附图说明

参照所附的附图描述本发明的实施例，附图中：

图1是示意性侧视图，示出了根据本发明的、具有顶部整流罩的旋翼飞行器的轮廓；

图2是旋翼飞行器，诸如图1所示的旋翼飞行器上的整流罩的俯视图；

图3是图2所示整流罩的后视图；

图4是图2和图3所示整流罩的侧视图；

图5和图6是根据本发明的整流罩的示意性俯视图，示出了涉及隆起部和整流罩厚壁的侧部之间连接方式的相应变型；以及

图7和图8是分别示出了根据本发明的整流罩的另一实施例的视图，图7是后视立体图，而图8是后侧立体图。

具体实施方式

在图1中，旋翼飞行器1常规地设置有带基本竖直轴线的主转子2，该主转子2为旋翼飞行器1至少提供升举力，并且也可以为旋翼飞行器提供沿任一运动轴线的推进力和/或导引力。旋翼飞行器1也在相对于竖直方向V沿法向定向上的顶部处设置有至少用以驱动主转子2的动力装置。-{}-

整流罩3用以保护这样的机构，即该机构用于操作由主转子2构成的旋翼的叶片，该整流罩3以常规方式设置在用于保护动力装置的罩盖4的顶部。

所述整流罩3布置在主转子2的旋翼下方，并且沿纵向方向L1纵向地延伸，该旋翼飞行器1沿纵向方向L1延伸，该纵向方向L1常规地被认为是当旋翼飞行器1处于地面上时在旋翼飞行器1的前部和后部之间。

整流罩3在旋翼飞行器1延伸的水平平面P中的流线型轮廓布置成如同水滴状，其朝向旋翼飞行器1后部方向上的后部被截头。由此，整流罩3的后壁由布置在水滴状轮廓的后部处的截头部6形成，所述截头部6沿着旋翼飞行器1的横向Tg横向地延伸。在所示实施例中，所述截头部6一平面中，该平面相对于旋翼飞行器1在其中延伸的所述水平平面P倾斜。

在图2至图8中，整流罩3的截头部6设有隆起部7，该隆起部7横向地位于截头部6的中部并且沿整流罩3的纵向定向L2的方向延伸。更具体地，在图3中，隆起部7的横向尺寸T1基本等于在隆起部7的各侧上的、截头部6的区域8的横向尺寸T2。

在截头部6朝向其底部逐渐变细的所示选定实例中，隆起部7也随着该截头部6沿同样的方向逐渐变细。在此类情形下，位于截头部6的隆起部7和相邻区域8之间的相关横向尺寸T1和T2显然应当考虑为局部相关的。更具体地，对于截头部6的给定横向尺寸T，隆起部7的横向尺寸T1和位于隆起部旁边的、截头部6的各区域8的横向尺寸T2是基本相等的，各尺寸都基本对应于截头部6的横向尺寸T的三分之一。

另外，在图2至图8中，至少隆起部7设置有浮雕状突出部9，所述突出部9沿整流罩3的横向定向Tg的方向延伸，该方向对应于旋翼飞行器的横向定向的方向。

如更具体地从图4中可以看到的，所述浮雕状突出部9使得隆起部7的表面不均匀，所述浮雕状突出部9特别布置成沿纵向连续的波形。

应当理解的是，根据浮雕状突出部9具体获得的效果，浮雕状突出部9的轮廓的波状形状可以调适以构成或多或少与曲折线类似的布置。

在所示实施例中，浮雕状突出部9的数量是8至10，并且这些突出部9沿隆起部7规则地分布，同时带有相等的相应深度。

然而，浮雕状突出部9的数量、密集度、轮廓形状的规则性、彼此紧接的规则性和/或大小可以根据具有不同尺寸的各整流罩所具体获得的结果而变化。

在图5和图6中，截头部6的最大横向尺寸TP_max是整流罩3最大横向尺寸TC_max的0.6至0.9倍。

另外，隆起部7的高度H大致是整流罩3的纵向延伸尺寸LC的0.05至0.25倍。

另外，在接合区域10a、10b处隆起部7接合截头部6的侧部11a、11b，所述接合区域10a、10b可以潜在地以各种方式布置，以最优化由于整流罩3的构造和/或总体尺寸而获得的结果。

例如，在图5中，所述接合区域10a、10b的每个都具有凹弧形12，以提供截头部6的具有侧部11a、11b的大致锐边，使得由该截头部提供的、整流罩3后端的形状不连续性最优化。

在图6中，再举例来说，各接合区域10a、10b都具有两个弯部，每个弯部都相继成形为凹弧12和凸弧13，使得截头部6的侧部11a、11b的边缘主要为圆形。这些设置使得由该截头部6提供的、整流罩3后端的形状不连续性减弱。

更具体地，所述接合区域10a、10b各自的主要部分沿着位于截头部6的凹弧12和侧部11a、11b之间的凸弧13延伸。所述凸弧13由圆C限定，所述圆C如同隆起部7一样在截头部6的横向中部轴线A上定中心。所述圆C的直径D比截头部6的横向尺寸T稍大。

在图7和图8中，隆起部7的浮雕状突出部9沿位于隆起部7各侧上的、截头部6的区域8延伸并且然后沿整流罩3的侧壁5延伸。浮雕状突出部9沿位于隆起部7各侧上的、截头部6的所述区域上逐步地变小。然后，浮雕状突出部9在朝整流罩3的侧壁5的方向上尺寸逐步增大，浮雕状突出部9沿该侧壁5延伸，直到突出部9的突出程度在朝向整流罩3前部的方向上逐步地变小。

Claims (12)

1.一种旋翼飞行器(1)，在顶部设置有沿所述旋翼飞行器(1)的纵向方向(L)纵向地延伸的整流罩(3)，所述整流罩(3)通过布置在主转子(2)的旋翼下方覆盖使所述旋翼飞行器(1)的飞行员能够操作具有基本竖直轴线的所述主转子(2)的叶片的机构，并且所述整流罩(3)可将覆盖所述旋翼飞行器(1)的动力装置的罩盖(4)升起，所述整流罩(3)在所述旋翼飞行器(1)的水平平面(P)中的轮廓呈水滴状，同时所述整流罩(3)的后端被横向截头，其中，位于所述整流罩(3)的所述水滴状轮廓的后部处的截头部(6)包括布置在所述截头部(6)的横向中部区域上的隆起部(7)。

2.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，至少所述隆起部(7)包括浮雕状突出部(9)，所述浮雕状突出部(9)横向延伸并且布置成沿所述隆起部(7)彼此相继的横向波形。

3.如权利要求2所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述浮雕状突出部(9)沿所述隆起部(7)规则地分布。

4.如权利要求2所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述浮雕状突出部(9)布置成在两个相邻的浮雕状突出部(9)之间的间距是所述整流罩(3)的所述水滴状轮廓的后部处的所述截头部(6)的横向尺寸(T)的0.01至3倍。

5.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述隆起部(7)的横向尺寸(T1)是所述截头部(6)的横向尺寸(T)的0.2至0.4倍。

6.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述隆起部(7)的高度(H)是所述整流罩(3)纵向延伸尺寸(LC)的0.05至0.25倍。

7.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，将所述隆起部(7)接合到所述截头部(6)的侧部(11a、11b)的接合区域(10a、10b)成形为凹弧(12)，所述凹弧(12)与所述截头部(6)的侧部(11a、11b)配合以提供锐边。

8.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，将所述隆起部(7)接合到所述截头部(6)的侧部(11a、11b)的接合区域(10a、10b)具有两个弯部，每个所述弯部都相继成形为凹弧(12)和凸弧(13)，以提供位于所述截头部(6)的所述侧部(11a、11b)处的圆边。

9.如权利要求8所述的旋翼飞行器，其特征在于，位于所述凹弧(12)和所述截头部(6)的所述侧部(11a、11b)之间、将所述隆起部(7)接合到所述截头部(6)的所述侧部(11a、11b)的各接合区域(10a、10b)的主要部分沿着由定中心在所述截头部(6)的横向中部轴线(A)上的圆(C)所限定的凸弧(13)延伸，所述圆(C)直径(D)稍大于所述截头部(6)的横向尺寸(T)。

10.如权利要求1所述的旋翼飞行器，其特征在于，由所述整流罩(3)的具有水滴状轮廓的所述截头部(6)形成的所述整流罩(3)后壁布置在形成所述整流罩(3)后缘的倾斜面中。

11.如权利要求10所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述倾斜面朝向所述截头部(6)的底部逐渐变小，所述截头部(6)最大横向尺寸(TP_max)是所述整流罩(3)最大横向尺寸(TC_max)的0.6至0.95倍。

12.如权利要求2所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述隆起部(7)的所述浮雕状突出部(9)沿位于所述隆起部(7)各侧上的、所述截头部(6)的区域(8)延伸且接着沿所述整流罩(3)的所述侧壁(5)延伸。