CN107662702B - 混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，包括机身、设置于机身上的倾转主轴、设置于倾转主轴上的可倾转机翼和设置于倾转主轴两端的旋翼短舱，所述旋翼短舱包括同轴设置且转动方向相反的第一旋翼和第二旋翼，第一旋翼和第二旋翼位于旋翼短舱的同一端。本发明的混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，采用双旋翼布局，在旋翼气动拉力上增大较为明显，在各种状态下大约增大18％～20％左右，提高了飞行性能。

Description

混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体地说，本发明涉及一种混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器。

背景技术

倾转旋翼机是一种将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器，有人形象地称其为空中“混血儿”，倾转旋翼机既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行的能力。

追溯历史，在上世纪60～80年代，美苏争霸进入了白热化，双方都在拼命发展新型武器装备。在苏联占领阿富汗的10年战争中，苏军米-24等现代战斗直升机在战场上表现出来的威猛无比的作战能力，给美国带来很强的震撼，美国提出要研制和装备更高速度和飞行能力的直升机，对抗苏联战斗直升机已占有的优势，他们选择了能够实现飞行速度上有更大突破的“倾转旋翼”横列双旋翼的结构设计，作为新的作战直升机的技术路线。

与传统直升机的结构相比，“倾转旋翼”采取了以倾转式浆盘的横列式双旋翼的结构，使得直升机的旋翼系统可以转90°，既能够让直升机垂直向上，又有使它具有类似飞机螺旋桨的前飞能力。当这种试验机试飞成功时，立刻成为了全世界的焦点。相比较于美国，国内对倾转旋翼机的研究起步较晚，乃至在10年前还处于概念研究阶段。研究发展了将近半个多世纪，中国到目前为止还没有一架成型的验证机。

目前，国内的倾转旋翼机飞行试验也仅体现在小型无人倾转旋翼机上，可以承认国内在这项技术上是有进步的，但这些进步都是基础性的研究，距离倾转旋翼样机制造还有很长的路要走。近年来，电动飞机、新能源飞机等新型动力飞机的研发在整个航空圈内兴起，电动飞机和其他新能源飞机都有自身的劣势，而且电池等其他能源的能量密度还不够高，导致飞机持续飞行时间较低，影响飞行性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，目的是提高飞行性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，包括机身、设置于机身上的倾转主轴、设置于倾转主轴上的可倾转机翼和设置于倾转主轴两端的旋翼短舱，所述旋翼短舱包括同轴设置且转动方向相反的第一旋翼和第二旋翼，第一旋翼和第二旋翼位于旋翼短舱的同一端。

所述旋翼短舱还包括用于产生使所述第一旋翼和第二旋翼转动的动力的旋翼驱动装置，旋翼驱动装置包括电动机和增程器，增程器由发电机和发动机组成，发电机与电池组电连接。

所述旋翼驱动装置还包括可旋转的设置且与第一旋翼连接的旋翼内轴、可旋转的设置且与第二旋翼连接的旋翼外轴以及与电动机、旋翼内轴和旋翼外轴连接的传动机构，旋翼外轴套设于旋翼内轴上。

本发明的混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，采用双旋翼布局，在旋翼气动拉力上增大较为明显，在各种状态下大约增大18％～20％左右，提高了飞行器的飞行性能；同时利用混合动力作为能源可解决倾转旋翼在起飞阶段较大功率的需求，增大了飞行器的航程和航时，也增大了飞行器的有效载荷，减小污染，保护环境。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器的俯视图；

图2是本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器处于巡航状态的等轴测视图；

图3是本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器处于巡航状态的主视图；

图4是本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器处于起飞和降落状态的等轴测视图；

图5是本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器处于起飞和降落状态的主视图；

图6是旋翼驱动装置的结构示意图；

图中标记为：1、飞控系统；2、电池组；3、倾转机构；4、油箱；5、发动机；6、发电机；7、增程器；8、桨叶；9、第一旋翼；10、第二旋翼；11、倾转主轴；12、旋翼短舱；13、可倾转机翼；14、固定机翼；15、起落架；16、机身；17、垂尾；18、平尾；19、电动机；20、旋翼外轴；21、旋翼内轴；22、第一齿轮；23、第二齿轮；24、第三齿轮；25、第四齿轮；26、第五齿轮；27、第六齿轮；28、第七齿轮；29、短舱罩。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图5所示，本发明提供了一种混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，包括机身16、起落架15、垂尾17、油箱4、平尾18、倾转机构3、电池组2、飞控系统1、设置于机身16上的倾转主轴11、设置于倾转主轴11上的可倾转机翼13和设置于倾转主轴11两端的旋翼短舱12。

具体地说，如图1至图5所示，飞控系统1、电池组2、倾转机构3和油箱4等放置在机身16的内部。起落架15设置于机身16上且位于可倾转机翼13的下方，垂尾17设置于机身16的尾部，平尾18设置于垂尾17的顶部，倾转主轴11沿水平方向朝向机身16的两侧伸出，可倾转机翼13设置两个且两个可倾转机翼13设置于机身16的两侧，两个可倾转机翼13与倾转主轴11固定连接。

倾转主轴11与倾转机构3相连接，倾转机构3用于产生使倾转主轴11旋转的动力，使可倾转机翼13和旋翼短舱12一起倾转。倾转机构3包括舵机以及与舵机和倾转主轴11连接的蜗轮蜗杆传动机构，电池组2为舵机提供电力，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆与舵机连接，蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮固定设置于倾转主轴11上。这种倾转机构3具有可靠性强，承载扭矩较大等特点。如图1至图5所示，在飞机刚起飞时，可倾转机翼13展弦与地面垂直，与传统多旋翼无人机一样垂直起降；在升空后巡航阶段，倾转机构3的舵机转动带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与倾转主轴11固接，可倾转机翼13、倾转主轴11、旋翼短舱12三者固接在一起，那么蜗轮也就带动旋翼短舱12和可倾转机翼13转动，转化为飞机模式，进入飞机模式后可高速巡航。可倾转机翼13和旋翼短舱12可同时倾转，在垂直起飞时有利于减小风阻，还有利于减小旋翼与可倾转机翼13的气动干扰作用，提升旋翼的气动性能。

如图1至图5所示，本发明的混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器还包括设置于机身16上的固定机翼14，可倾转机翼13位于固定机翼14和旋翼短舱12之间。固定机翼14设置两个且两个固定机翼14设置于机身16的两侧，固定机翼14与机身16固定连接，固定机翼14与可倾转机翼13相邻设置，各个可倾转机翼13分别位于一个固定机翼14和一个旋翼短舱12之间。

如图1至图5所示，旋翼短舱12设置两个，两个旋翼短舱12布置在可倾转机翼13的两侧。可倾转机翼13和旋翼短舱12在直升机模式下可倾转机翼13展弦与地面垂直；飞机模式下，可倾转机翼13和旋翼短舱12一起倾转像螺旋桨飞机那样提供动力。旋翼短舱12包括同轴设置且转动方向相反的第一旋翼9和第二旋翼10，第一旋翼9和第二旋翼10位于旋翼短舱12的同一端。第一旋翼9和第二旋翼10的结构如同本领域技术人员所公知的那样，第一旋翼9和第二旋翼10主要是由桨毂和设置于桨毂上的多个桨叶8构成。

如图1至图5所示，旋翼短舱12还包括短舱罩29和设置于短舱罩29内部且用于产生使第一旋翼9和第二旋翼10旋转的动力的旋翼驱动装置，短舱罩29位于可倾转机翼13的外侧且短舱罩29与倾转主轴11固定连接，第一旋翼9和第二旋翼10位于短舱罩29的同一侧，而且第二旋翼10位于第一旋翼9和短舱罩29之间。

如图6所示，旋翼驱动装置包括电动机19、增程器7、可旋转的设置且与第一旋翼9连接的旋翼内轴21、可旋转的设置且与第二旋翼10连接的旋翼外轴20以及与电动机19、旋翼内轴21和旋翼外轴20连接的第一传动机构，旋翼外轴20套设于旋翼内轴21上且旋翼外轴20和旋翼内轴21为同轴设置，旋翼外轴20为可旋转的设置于短舱罩29内。电池组2为电动机19提供电能，电动机19固定设置于短舱罩29的内部，电动机19产生的动力经第一传动机构传递至旋翼内轴21和旋翼外轴20，驱动旋翼内轴21和旋翼外轴20旋转且使旋翼内轴21和旋翼外轴20的转动方向相反，旋翼内轴21带动第一旋翼9同步旋转，旋翼外轴20带动第二旋翼10同步旋转。第一传动机构优选为齿轮传动机构，第一传动机构包括与旋翼外轴20固定连接的第一齿轮22、与电动机19的电机轴固定连接的第二齿轮23和与旋翼内轴21固定连接的第三齿轮24，第一齿轮22和第三齿轮24为相对设置，第二齿轮23与第一齿轮22和第三齿轮24相啮合。作为优选的，第一齿轮22、第二齿轮23和第三齿轮24均为锥齿轮，第一齿轮22和第三齿轮24为同轴设置，第一齿轮22和第二旋翼10分别设置于旋翼外轴20的一端，第三齿轮24和第一旋翼9分别设置于旋翼内轴21的一端。

如图6所示，增程器7设置于短舱罩29的内部，增程器7由发电机6和发动机5组成，发电机6与电池组2电连接。飞行器在巡航状态下，由增程器7单独提供动力，增程器7驱动第一旋翼9和第二旋翼10进行转动。发动机5通过第二传动机构与旋翼驱动装置连接，将动力传递至旋翼驱动装置，以驱动第一旋翼9和第二旋翼10进行转动。第二传动机构具有多种形式，如图6所示，第二传动机构优选为齿轮传动机构，第二传动机构包括与第一齿轮22和第三齿轮24相啮合的第四齿轮25、与发动机5的动力输出端连接且用于接收发动机5产生的旋转力的第五齿轮26和与第五齿轮26啮合的第六齿轮27，第四齿轮25和第六齿轮27通过传动轴连接，第四齿轮25与第六齿轮27同步旋转，传动轴为可旋转的设置于倾转主轴11的内部且该传动轴与倾转主轴11为同轴设置，第四齿轮25、第五齿轮26和第六齿轮27均为锥齿轮。发电机6的动力输入端上设有与第四齿轮25啮合的第七齿轮28，第七齿轮28为锥齿轮，发动机5运转，发动机5通过由第五齿轮26和第七齿轮28形成的传动机构带动发电机6运转，发电机6进行发电。

本发明混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器的可倾转机翼13和旋翼短舱12可同时倾转，在垂直起飞时有利于减小风阻，还有利于减小旋翼系统与可倾转机翼13的气动干扰作用，提升旋翼系统的气动性能。采用两副旋翼的设计有利于减小旋翼半径，增大旋翼拉力，进而改善飞机性能。

本发明的混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器在起飞状态下，发动机5开始运转，电池组2和发动机5同时为旋翼短舱12提供电能，带动第一旋翼9和第二旋翼10反向转动，提供起飞所需动力；在巡航状态下，由于需用功率较小，只需要发动机5运转提供动力，发动机5运转的同时带动发电机6发电，电池组2储存电能。利用混合动力作为能源可解决倾转旋翼在起飞阶段较大功率的需求，也具有增大飞机有效载荷，减小污染等优势。

本发明的混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器具有如下的优点：

1、采用双旋翼布局，在旋翼气动拉力上增大较为明显，在各种状态下大约增大18％～20％左右，这对飞机性能来说是很大的提升；

2、在直升机模式下起飞时，在减阻上有很大的改良；

由于在直升机模式下，新型倾转旋翼机起飞时的空气阻力减小，旋翼拉力也有增大，因此，在直升机模式下时，飞行器在各个高度下，爬升率增大。

3、悬停升限会随着爬升率的变化而变化，由于飞行器的爬升率增大，所以它的悬停升限也会有增大；

4、飞行器在飞机模式下，平飞时旋翼拉力提供向前的推力，机翼产生的升力来平衡重力，由于飞行器的旋翼拉力的变大，导致最大平飞速度必然变大；

5、飞行器利用混合动力作为能源可解决倾转旋翼在起飞阶段较大功率的需求，巡航状态需求功率较低，增大航程和航时，也具有增大飞机有效载荷，减小污染保护环境等优点。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，包括机身、设置于机身上的倾转主轴、设置于倾转主轴上的可倾转机翼和设置于倾转主轴两端的旋翼短舱，其特征在于：所述旋翼短舱包括同轴设置且转动方向相反的第一旋翼和第二旋翼，第一旋翼和第二旋翼位于旋翼短舱的同一端；

倾转主轴与倾转机构相连接，倾转机构用于产生使倾转主轴旋转的动力，使可倾转机翼和旋翼短舱一起倾转；

倾转机构包括舵机以及与舵机和倾转主轴连接的蜗轮蜗杆传动机构，电池组为舵机提供电力，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆与舵机连接，蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮固定设置于倾转主轴上；

在飞机刚起飞时，可倾转机翼展弦与地面垂直；在升空后巡航阶段，倾转机构的舵机转动带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与倾转主轴固接，可倾转机翼、倾转主轴、旋翼短舱三者固接在一起，那么蜗轮也就带动旋翼短舱和可倾转机翼转动，转化为飞机模式，进入飞机模式后可高速巡航；

所述混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器还包括设置于机身上的固定机翼，可倾转机翼位于固定机翼和旋翼短舱之间；固定机翼设置两个且两个固定机翼设置于机身的两侧，固定机翼与机身固定连接，固定机翼与可倾转机翼相邻设置，各个可倾转机翼分别位于一个固定机翼和一个旋翼短舱之间；

旋翼短舱设置两个，两个旋翼短舱布置在可倾转机翼的两侧；可倾转机翼和旋翼短舱在直升机模式下可倾转机翼展弦与地面垂直；飞机模式下，可倾转机翼和旋翼短舱一起倾转像螺旋桨飞机那样提供动力；旋翼短舱包括同轴设置且转动方向相反的第一旋翼和第二旋翼，第一旋翼和第二旋翼位于旋翼短舱的同一端；

旋翼短舱还包括短舱罩和设置于短舱罩内部且用于产生使第一旋翼和第二旋翼旋转的动力的旋翼驱动装置，短舱罩位于可倾转机翼的外侧且短舱罩与倾转主轴固定连接，第一旋翼和第二旋翼位于短舱罩的同一侧，而且第二旋翼位于第一旋翼和短舱罩之间；

旋翼驱动装置包括电动机、增程器、可旋转的设置且与第一旋翼连接的旋翼内轴、可旋转的设置且与第二旋翼连接的旋翼外轴以及与电动机、旋翼内轴和旋翼外轴连接的第一传动机构，旋翼外轴套设于旋翼内轴上且旋翼外轴和旋翼内轴为同轴设置，旋翼外轴为可旋转的设置于短舱罩内；

电池组为电动机提供电能，电动机固定设置于短舱罩的内部，电动机产生的动力经第一传动机构传递至旋翼内轴和旋翼外轴，驱动旋翼内轴和旋翼外轴旋转且使旋翼内轴和旋翼外轴的转动方向相反，旋翼内轴带动第一旋翼同步旋转，旋翼外轴带动第二旋翼同步旋转；

增程器设置于短舱罩的内部，增程器由发电机和发动机组成，发电机与电池组电连接；飞行器在巡航状态下，由增程器单独提供动力，增程器驱动第一旋翼和第二旋翼进行转动；发动机通过第二传动机构与旋翼驱动装置连接，将动力传递至旋翼驱动装置，以驱动第一旋翼和第二旋翼进行转动；

混合动力双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器在起飞状态下，发动机开始运转，电池组和发动机同时为旋翼短舱提供电能，带动第一旋翼和第二旋翼反向转动，提供起飞所需动力；在巡航状态下，由于需用功率较小，只需要发动机运转提供动力，发动机运转的同时带动发电机发电，电池组储存电能。