CN106043687A - 双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器 - Google Patents

双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，属于航空飞行器设计领域。所述飞行器包括特型旋翼、鸭翼、后翼、矢量推进桨和机身，所述的矢量推进桨对称设置在所述机身两侧后翼的后缘，并且可以相对于机身平面上下转动角度20°。所述飞行器同时具有垂直起飞降落与高速平飞的能力，并且可在空中进行这两种模式的转换；特型旋翼与常规直升机的旋翼相似，具有相同的飞行效率，垂直起降飞行性能和低速飞行性能与常规直升机相近，而平飞速度、航程和航时将相比常规直升机提高约50％，具有更大的作业范围和更高的作业能力，将来可代替直升机。

Description

双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器
技术领域
本发明属于航空飞行器设计领域,具体涉及一种双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器。
背景技术
目前直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行，特别是可在小面积场地垂直起降。但直升机存在速度障碍，无法实现高速飞行。目前成熟的垂直起降飞行器，具有以下不足：
1、基于倾转旋翼技术的垂直起降飞行器转换控制复杂。
2、基于停转旋翼技术的垂直起降飞行器旋翼在平飞模式下是主要承力部件，而旋翼一般展弦比较大，整体结构刚度较一般的固定翼面低，在飞行速度较快时容易发生颤振等气动弹性问题，不利于高速飞行。
发明内容
基于以上情况，本发明提供的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，结合了直升机和固定翼飞机的飞行特点，既能获得旋翼飞行器特有的在低空低速条件下灵活机动飞行以及垂直起降、悬停、后飞、侧飞的优异性能，又具备固定翼飞行器的高空、高速、高效、作战半径大等优点。这种设计不仅融合了两种不同种类飞机的飞行性能，提高了各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征值和很好的高速飞行生存性。
所述的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器包括特型旋翼、鸭翼、后翼、矢量推进桨和机身，所述的矢量推进桨对称设置在所述机身两侧后翼的后缘，并且可以相对于机身平面上下转动角度20°。在垂直起降过程中，由特型旋翼提供主要升力，后翼上的两个矢量推进桨通过推力大小和俯仰方向的调整来平衡扭矩；在转换过渡飞行中，飞行器逐渐加速平飞，升力逐渐由鸭翼和后翼产生，特型旋翼逐渐停止旋转并锁定在指定位置，与固定翼平行；在平飞过程中，特型旋翼、鸭翼与后翼产生升力，两个矢量推进桨产生向前的推力。
本发明的优点在于：
(1)可以实现快速地垂直起飞和降落，对起降场地要求较低。
(2)可以实现高速的平飞，具有较大的航程和航时。
(3)同时具有垂直起飞降落与高速平飞的能力，并且可在空中进行这两种模式的转换。
(4)特型旋翼与常规直升机的旋翼相似，具有相同的飞行效率，垂直起降飞行性能和低速飞行性能与常规直升机相近，而平飞速度、航程和航时将相比常规直升机提高约50％，具有更大的作业范围和更高的作业能力，将来可代替直升机。
(5)鸭翼和后翼与常规固定翼飞机的机翼相似，具有相同的飞行效率，平飞性能与常规固定翼飞机相近，而与常规固定翼飞机相比则具有垂直起飞降落与低速飞行的能力，更适用于野外使用和低空低速作业。
(6)该飞行器的特型旋翼、鸭翼、后翼和矢量推进桨可独立控制，并且相互之间的干扰较小，垂直起降模式和平飞模式可在空中实现平稳的转换过渡，相比尾坐式垂直起降飞行器、倾转旋翼机、倾转机翼式垂直起降飞行器等具有更高的安全性和舒适性。
附图说明
图1为双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器布局示意图。
图中：
1.特型旋翼；2.鸭翼；3.后翼；4.矢量推进桨；5.机身；6发动机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，如图1所示，主要组成部分为特型旋翼1、鸭翼2、后翼3、矢量推进桨4和机身5。特型旋翼1安装于机身5中部上方，为双叶片布局，平面形状和选用翼型与普通直升机旋翼不同，并且在该飞行器的不同飞行模式中以不同的形式提供升力。特型旋翼1的叶片的平面形状为等腰梯形，叶片长宽比6-10(所述的宽是指平均宽度)，相比常规直升机旋翼叶片(长宽比15-20)较宽，梢根比约0.6，选用相对厚度8％-12％、上下曲线皆为椭圆曲线的前后对称的翼型。鸭翼2与机身5的头部连接，后翼3与机身5的尾部连接，特型旋翼1锁定在与鸭翼2和后翼3保持平行的位置时，鸭翼2后缘根部到特型旋翼1中心的水平距离为特型旋翼1的半径，后翼3的前缘根部到特型旋翼1中心的水平距离为特型旋翼1的半径的1.2-1.5倍。鸭翼2和后翼3与普通固定翼飞行器机翼的工作原理相同，在飞行过程中提供升力。鸭翼2的面积为后翼3面积的80％-100％，鸭翼2和后翼3的展弦比均为13-17，选用相对厚度10％-15％的高升阻比翼型。鸭翼2和后翼3的面积之和为特型旋翼1投影面积的20％-25％。
所述的矢量推进桨4有两个，分别由一个发动机6驱动。所述矢量推进桨4对称安装于后翼3的后缘靠近其梢部，两个矢量推进桨4的间距为1.5倍特型旋翼1的半径。每一个发动机6直接驱动一个矢量推进桨4旋转并产生推力。矢量推进桨4轴线方向可向上或向下偏转20度，可以产生水平推力和一定的向上或向下的推力，两边同时反向偏转就可以提供滚转控制力矩。两台发动机6通过后翼3内部和机身5内部的传动系统驱动特型旋翼1旋转。
当飞行器垂直起飞时，发动机6驱动特型旋翼1提供升力，把飞行器举托在空中，发动机6同时也输出动力至矢量推进桨4，通过调整矢量推进桨4的推力大小和俯仰方向可以抵消特型旋翼1产生的不同转速下的反作用力，并产生偏航力矩和滚转力矩。到达一定高度后，当飞行器垂直起降-平飞转换过渡飞行时，矢量推进桨4增大推力，逐渐加大平飞速度，鸭翼2和后翼3提供主要升力，为特型旋翼1减载，此时特型旋翼1转速逐渐降低，当平飞速度增至可以使固定翼面(鸭翼2和后翼3)产生足够的升力时，特型旋翼1转速降为零，停止转动并被锁定在与鸭翼2和后翼3保持平行的位置，整架飞机呈三翼面布局向前平飞，从而实现两种飞行模式的平稳切换。当平飞-垂直起降转换过渡飞行过程中，特型旋翼1解除锁定，提高转速，逐渐增加向上的拉力，同时矢量推进桨4推力逐渐减小，飞机转换到悬停状态，并实现垂直降落。

Claims (5)

1.双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于：包括特型旋翼、鸭翼、后翼、矢量推进桨和机身，所述的矢量推进桨对称设置在所述机身两侧后翼的后缘，并且可以相对于机身平面上下转动角度20°；在垂直起降过程中，由特型旋翼提供升力，后翼上的两个矢量推进桨通过推力大小和俯仰方向的调整来平衡扭矩；在转换过渡飞行中，飞行器逐渐加速平飞，升力逐渐由鸭翼和后翼产生，特型旋翼逐渐停止旋转并锁定在指定位置，与鸭翼和后翼平行；在平飞过程中，特型旋翼、鸭翼与后翼产生升力，两个矢量推进桨产生向前的推力。
2.根据权利要求1所述的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于：特型旋翼安装于机身中部上方，为双叶片布局，叶片的平面形状为等腰梯形，叶片长宽比6-10，梢根比0.6，选用相对厚度8％-12％、上下曲线皆为椭圆曲线的前后对称的翼型。
3.根据权利要求1所述的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于：特型旋翼锁定在与鸭翼和后翼保持平行的位置时，鸭翼后缘根部到特型旋翼中心的水平距离为特型旋翼的半径，后翼的前缘根部到特型旋翼中心的水平距离为特型旋翼的半径的1.2-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于：鸭翼的面积为后翼面积的80％-100％，鸭翼和后翼的展弦比均为13-17，选用相对厚度10％-15％的高升阻比翼型；鸭翼和后翼的面积之和为特型旋翼投影面积的20％-25％。
5.根据权利要求1所述的双发后推式鸭式旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述的矢量推进桨有两个，分别由一个发动机驱动；所述矢量推进桨对称安装于后翼的后缘靠近其梢部，两个矢量推进桨的间距为1.5倍特型旋翼的半径；矢量推进桨轴线方向可向上或向下偏转20度。
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