CN107662703A - 电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器 - Google Patents

电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，包括机身、倾转主轴、可倾转机翼、设置于倾转主轴两端的旋翼短舱和为旋翼短舱提供电能的电池组，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。本发明的电动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；同时利用电能作为能源，并利用双电机起飞和单电机巡航的动力配置方案，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和减小污染保护环境等优点。

Description

电动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，本发明涉及一种电动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，由于环境问题越来越引起人们的注意，电能作为清洁能源的一种，电动汽车的发展就是一个很好的例子，因此电动飞行器的发展是飞行器行业发展的必然趋势。
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，本发明提供一种电动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：电动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、设置于倾转主轴两端的旋翼短舱和为旋翼短舱提供电能的电池组，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。
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所述电动、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。
所述电动机设置两个。
所述的电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器还包括设置于所述机身上的固定机翼，所述可倾转机翼位于固定机翼和所述旋翼短舱之间。
本发明的电动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；同时利用电能作为能源，并利用双电机起飞和单电机巡航的动力配置方案，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和减小污染保护环境等优点。
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、电动机；6、旋翼内轴；7、旋翼外轴；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、第一齿轮；20、第二齿轮；21、第三齿轮；22、第四齿轮；23、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，本发明提供了一种电动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、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、设置于倾转主轴11两端的旋翼短舱12和为旋翼短舱12提供电能的电池组2。
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，本发明的电动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，两个旋翼短舱12的结构相同。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23和设置于短舱罩23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23位于可倾转机翼13的外侧且短舱罩23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23的同一侧，而且第二旋翼10位于第一旋翼9和短舱罩23之间。
如图6所示，旋翼驱动装置包括电动机5、可旋转的设置且与第一旋翼9连接的旋翼内轴6、可旋转的设置且与第二旋翼10连接的旋翼外轴7以及与电动机5、旋翼内轴6和旋翼外轴7连接的传动机构，旋翼外轴7套设于旋翼内轴6上且旋翼外轴7和旋翼内轴6为同轴设置，旋翼外轴7为可旋转的设置于短舱罩23内。电池组2用于储存电能，电池组2并为电动机5提供电能，电动机5设置两个，两个电动机5固定设置于短舱罩23的内部，两个电动机5为相对设置且两个电动机5同轴，电动机5产生的动力经传动机构传递至旋翼内轴6和旋翼外轴7，驱动旋翼内轴6和旋翼外轴7旋转且使旋翼内轴6和旋翼外轴7的转动方向相反，旋翼内轴6带动第一旋翼9同步旋转，旋翼外轴7带动第二旋翼10同步旋转。传动机构优选为齿轮传动机构，该传动机构包括与旋翼外轴7固定连接的第一齿轮19、与一个电动机5的电机轴固定连接的第二齿轮20、与旋翼内轴6固定连接的第三齿轮21和与另一个电动机5的电机轴固定连接的第四齿轮22，第一齿轮19和第三齿轮21为相对设置，第二齿轮20和第四齿轮22为相对设置，第二齿轮20与第一齿轮19和第三齿轮21相啮合，第四齿轮22也与第一齿轮19和第三齿轮21相啮合。作为优选的，第一齿轮19、第二齿轮20、第三齿轮21和第四齿轮22均为锥齿轮，第一齿轮19和第三齿轮21为同轴设置，第二齿轮20和第四齿轮22为同轴设置，第一齿轮19和第二旋翼10分别设置于旋翼外轴7的一端，第三齿轮21和第一旋翼9分别设置于旋翼内轴6的一端。
旋翼短舱12内部有两个电动机5、锥齿轮传动机构等动力系统和传动系统部件，由于倾转旋翼飞行器起飞时需用功率大，因此，在起飞时，由两个电动机5同时提供动力，在巡航状态下，由单个电动机5提供动力。在起飞状态下，旋翼短舱12内的两个电动机5带动第二齿轮20和第四齿轮22旋转，进而带动第一齿轮19和第三齿轮21旋转，第一齿轮19和第三齿轮21的转动方向相反，第一齿轮19和第三齿轮21带动旋翼的两个轴反向转动。由于在巡航状态下，倾转旋翼飞行器的需用功率较小，因此，在巡航状态下，为了增大航程和航时，可以依靠旋翼短舱12内的单个电动机5提供动力，旋翼短舱12内的另一个电动机5跟转的模式，这样在提供足够动力的基础上节省耗电量，增大航程和航时。
本发明电动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，进而改善飞行性能。
本发明的电动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、飞行器利用电能作为能源，并利用双电机起飞和单电机巡航的动力配置方案，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 (5)

1.电动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、设置于倾转主轴两端的旋翼短舱和为旋翼短舱提供电能的电池组，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。
2.根据权利要求1所述的电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，其特征在于：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所述电动、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。
4.根据权利要求2所述的电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述电动机设置两个。
5.根据权利要求1至4任一所述的电动双共轴同侧反转倾转旋翼飞行器，其特征在于：还包括设置于所述机身上的固定机翼，所述可倾转机翼位于固定机翼和所述旋翼短舱之间。
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