CN106114833A - 遁水直升机 - Google Patents
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Abstract
单旋翼加尾桨直升机已被人们熟知，本发明申请是柴汽电一体动力机和机仓与外界密封可以使直升飞机遁水航行，正常飞行时，由柴汽油动力单元提供动力和为蓄电池充电，遁水时，柴汽电一体机关闭，由电力操纵飞机。浮出水面时，可由遁水桨与万向流体泵使飞机浮出水面，紧急状态下，在水下以电力强行启动发动机使旋翼旋转上浮，在飞机进排气管浮出水面时内燃机完全启动，驱动旋翼加速升空。
Description
技术领域
本发明申请涉及直升飞机应用领域，是一种可以在大气中飞行且可以潜入水中运动的飞行器，除具有现代直升飞机特征外，还可以潜入水中航行，也可以在水面航行。
背景技术
普通直升飞机原理及材料及实际机器已被人类熟知和掌握，直升飞机能够完成空中飞行及在水表面降落，但目前还没有一种常规的可以潜入水下，又可以从水下启动飞入空中的直升飞机。直升飞机是以动力和旋翼为两大技术为核心标志的动力机械，目前已经发展到现代水平，即以炭纤维复合材料的旋翼技术，跨代式提升了直升飞机的核心技术问题。发动机方面，以活塞式内燃机到蜗轮轴发动机已经普遍应用，本专利申请延续了另一专利申请“柴汽电一体动力机”（申请号：201610508011.X）的设计思想，旨在一种传统内燃机技术与现代电力材料技术结合一起可靠的动力系统源，结合旋翼材料技术，制造一种可在空气介质与水介质中都能够运行的动力机械。
发明内容
单旋翼加尾桨直升机已被人们熟知，本发明申请是柴汽电一体动力机和机仓与外界密封可以使直升飞机遁水航行，正常飞行时，由柴汽油动力单元提供动力和为蓄电池充电，遁水时，柴汽电一体机关闭，由电力操纵飞机。浮出水面时，可由遁水桨与万向流体泵使飞机浮出水面，紧急状态下，在水下以电力强行启动发动机使旋翼旋转上浮，在飞机进排气管浮出水面时内燃机完全启动，驱动旋翼加速升空。
本发明申请是这样实现的：大气中飞行时，动力由柴汽电一体动力机6提供，进排气管及阀11给内燃机提供气源和排放废气，飞行姿态和和控制与现代直升飞机相同。本发明申请的遁水直升机，其旋翼1、尾桨15是经固定速比减速机10与柴汽电一体动力机6机械直联，也就是旋翼1与尾桨15在设计时转速随发动机转速是同比固定的，其飞行姿态调整是由液压站7分别提供液力给桨毂8和尾桨15的力矩来实现。遁水时，进排气管及阀11关闭、仓门3关闭，整个机仓及整个飞机的相应传动部分处于密封状态，遁水后，柴汽电一体动力机6、旋翼1及尾桨15皆停止，飞机的水下运行由遁水桨9和遁水万向流体泵14电动驱动，可完成飞机在水体中的各种姿态。
图1是遁水直升机的结构示意图。图1的1是旋翼；2是驾驶仓；3是仓门；4是电池及控制器；5是压缩空气罐；6是柴汽电一体动力机；7是液压站；8是桨毂；9是遁水桨；10是固定速比减速机；11是进排气管及阀；12是临时废气箱；13是尾桨传动轴；14是遁水万向流体泵；15是尾桨。
以下结合附图对本发明申请进一步说明：
旋翼1，其特征符合现代直升飞机的基本特征外，须结合水体介质的流体动力学特征进行计算、试验和设计，材料要求须防止水体腐蚀，同时，旋翼设计扭力、剪切力方面还要考虑遁水时如果旋翼处于空气介质中高速旋转状态突然接触水体介质时的阻力带来的扭力及剪切力的破坏。
驾驶仓2，其特征是遁水时完全处于密闭环境，液压操作系统控制也处于密封状态，同时须提供驾驶员生存的呼吸系统，图1的5压缩空气罐，其功能一部分是起呼吸供氧作用，根据工况，还须另外设置密闭环境下的呼吸循环系统。
仓门3，其特征是在遁水时关闭并密封，正常大气飞行状态时可关闭也可开启，也可设计水下强开式机构，以利水下逃生。
电池及控制器4，是提供机器启动、水下运行能量及应急能量的动力源，电控部分控制整个机器的用电器，在大气中飞行时，电池则储存发电机电力。
压缩空气罐5，其特征是一种压缩空气容器，其作用一是调节和提供乘员呼吸用氧补充，二是应急状态水下启动内燃机提供空气。
柴汽电一体动力机6，其特征是一种活塞式柴油和汽油配对分缸工作的内燃机同时共轴并联一台大力矩永磁电动机为一体的动力机，详细介绍请参照专利申请《柴汽电一体动力机》，申请号201610508011.X。
液压站7，其主要功能是在电控系统的参与下，提供旋翼及尾桨的变矩，控制直升机在大气中的各种飞行姿态，同时，液压传动有利实现机器传动方面的密封。
桨毂8，是一种能够防水和水腐蚀的，同时又能够完成旋翼叶片姿态变矩控制的，以液力驱动的机构总成。
遁水桨9，是固定在机身主体后下方，呈一定斜角安装的螺旋桨，其角度是固定的，位置也是固定的，驱动由可无级变速并且可以正反转电动机驱动，在直升机完全水平姿态时，倾角的分力，正转时提供一个垂直向上的升力和平等前进的推力，反之向后和向下。
固定速比减速器10，是将柴汽电一体动力机6与旋翼1和尾桨15经桨毂8和尾桨传动轴13完全机械刚性连接在一起的动力中枢，即机器转动所有运动副皆转动，反之其他部件转动则机器也随之转动。这种设计是结合柴汽电一体动力机特性，也结合直升飞机旋翼及尾桨转速范围相对较窄的特性，为提高机器运行可靠性的一种机械设计，特别是大大提升了机器的机动性和可靠性，比如可随时启动进入运行状态即使是在水下亦然可以实现。
进排气管及阀11，是在机器遁水时，隔离水体与机器，其特征还在于阀门是一种特殊的三通阀门，在内燃机需要在水下紧急启动时，可短时间接通压缩空气罐5提供内燃机启动所需要的空气。
临时废气箱12，在水下紧急情况下启动旋翼浮出水面时，内燃机供气由压缩空气罐5临时供气，内燃机短时间的排气则由临时废气箱12收纳，在机器浮出水面后排放。
尾桨传动轴13，是连接固定速比减速器10和尾桨15的传动轴。
遁水万向流体泵14，其特征是一种电动驱动和电动控制姿态的，在水体中可以任意方向吸水和喷水的泵，流体反作用力可使机尾在任意方向进行姿态调整，这样，结合遁水桨9，可控制直升飞机在水下的任意动作。
尾桨15，其主要特征同常规直升机，同旋翼一样，一是需要防水腐蚀材料，二是其变矩由液压液力控制。
整机的密封后体积密度应该略大于水体密度。
本发明申请只提供了遁水直升机的基本原理和构思，以及由现实工业能够实现的结构和手段尽可能提出的方法和方案，诸如密封、散热、控制，配置、材料、气动流体与液力流体特性、人机工程等以及具体实施尚存在很多问题，同时，本发明申请皆是现代工业及材料和电子技术完全可以解决的问题。
本发明申请的遁水直升机，可以在多个部位固定独立安全气囊，可使在机械及电力完全失效和部分损毁的情况下打开，使飞机浮出水面。
显然，如果在水域层面，将空气装置引出直升飞机起落架或者机仓底部或者腰部，遁水直升机可以在水面航行，这时，各种动力单元皆可用到，亦是这种机械最节省能耗的和比较方便的一种运行方式。
本发明申请及相关专利申请提供的技术除部分新应用技术开发外，以可靠性为原则，不宜追求高技术指标，在现有的技术条件下以可靠性原则为主，比如大气中飞行高度不宜超过3000米，遁水深度不宜超过10米，飞行速度不宜超过200公里/小时等建议性参数，某些参数须结合设计计算及试验研究综合判断。
地球上三分陆地七分海洋，加上大量的陆地湖泊，遁水直升机会有新的应用领域，是一种陆地、山区、水中皆可通行的运输工具。
军事用途，是武器的新型机动载体。比如在军事用途上，在现代战争的卫星电子系统失效后，依靠低空地面识别及水下侦察，是一种生存能力较强的并且是战斗力较强的武器；又比如，雷达在水下不起作用，声纳则在空气中不起作用，其机动隐蔽性是比较强的；还比如，假设遁水时被动声纳接收到鱼雷攻击信号，由于鱼雷在水体中的速度较慢，飞机数秒钟即可飞出水面；再比如，恰当携带武器可以从水下水面都能形成攻击。
本发明申请是结合传统成熟技术组合设计的新型机械产品，研发费用会较高，批量造价并不会很高，因此，这种机器成千上万的量化装备更具有军事意义。
相比现代固定翼飞机，这种机器的操作要简单得多，例如，对有A2汽车驾驶资质类似的人员短期培训即可操作，同样，作为军事用途的这种飞机，其飞行员培训比现代固定翼飞机飞行员的培训简单，一个健全的人6-12个月可以完全掌控，同时，也意味着驾驶员操作年限可以放宽很多，也意味着对驾驶员身体条件不会像飞行员遴选那样酷，民兵皆可装备之。
本发明申请的产品，民用、军用皆有国际市场，特别是对沿海国家和海岛国家及地区。
Claims (10)
1.大气中飞行时，动力由柴汽电一体动力机6提供，进排气管及阀11给内燃机提供气源和排放废气，飞行姿态和和控制与现代直升飞机相同。
2.本发明申请的遁水直升机，其旋翼1、尾桨15是经固定速比减速机10与柴汽电一体动力机6机械直联，也就是旋翼1与尾桨15在设计时转速随发动机转速是同比固定的，其飞行姿态调整是由液压站7分别提供液力给桨毂8和尾桨15的力矩来实现。
3.遁水时，进排气管及阀11关闭、仓门3关闭，整个机仓及整个飞机的相应传动部分处于密封状态，遁水后，柴汽电一体动力机6、旋翼1及尾桨15皆停止，飞机的水下运行由遁水桨9和遁水万向流体泵14电动驱动，可完成飞机在水体中的各种姿态。
4.柴汽电一体动力机6，是一种活塞式柴油和汽油配对分缸工作的内燃机同时共轴并联一台大力矩永磁电动机为一体的动力机。
5.桨毂8，是一种能够防水和水腐蚀的，同时又能够完成旋翼叶片姿态变矩控制的，以液力驱动的机构总成。
6.遁水桨9，是固定在机身主体后下方，呈一定斜角安装的螺旋桨，其角度是固定的，位置也是固定的，驱动由可无级变速并且可以正反转电动机驱动，在直升机完全水平姿态时，倾角的分力，正转时提供一个垂直向上的升力和平等前进的推力，反之向后和向下。
7.固定速比减速器10，是将柴汽电一体动力机6与旋翼1和尾桨15经桨毂8和尾桨传动轴13完全机械刚性连接在一起的动力中枢，即机器转动所有运动副皆转动，反之其他部件转动则机器也随之转动，这种设计是结合柴汽电一体动力机特性，也结合直升飞机旋翼及尾桨转速范围相对较窄的特性，为提高机器运行可靠性的一种机械设计，特别是大大提升了机器的机动性和可靠性，比如可随时启动进入运行状态即使是在水下亦然可以实现。
8.进排气管及阀11，是在机器遁水时，隔离水体与机器，其特征还在于阀门是一种特殊的三通阀门，在内燃机需要在水下紧急启动时，可短时间接通压缩空气罐5提供内燃机启动所需要的空气。
9.临时废气箱12，在水下紧急情况下启动旋翼浮出水面时，内燃机供气由压缩空气罐5临时供气，内燃机短时间的排气则由临时废气箱12收纳，在机器浮出水面后排放。
10.遁水万向流体泵14，是一种电动驱动和电动控制姿态的，在水体中可以任意方向吸水和喷水的泵，流体反作用力可使机尾在任意方向进行姿态调整，这样，结合遁水桨9，可控制直升飞机在水下的任意动作。
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