CN108045572A - 一种横列式复合推力高速直升机 - Google Patents

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    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
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Abstract

本发明涉及一种横列式复合推力高速直升机，其机包括：机身，对称布置于所述机身两侧的机翼，设置于机身尾部的尾翼，所述尾翼包括用于提供起俯仰安定作用的平尾及用于提供偏航方向运动垂尾；设置于所述机翼两侧端部的发动机，以及设置于发动机上方且横向设置的旋翼和布置于发动机后方靠近所述尾翼的方向的变距螺旋桨，且所述变距螺旋桨轴线与机身轴线平行。本发明的横列式复合推力高速直升机在高速时充分利用了刚性旋翼的前行桨叶，减少了旋翼间的气动干扰；V型布局可以增加飞行稳定性；刚性桨叶特性有效地减小了前飞时旋翼/机翼干扰，两旋翼小的横向间距大大降低了机翼的刚度和重量；推进桨设置在旋翼下方，简化了传动系统，节省了机身空间。

Description

一种横列式复合推力高速直升机
技术领域
本发明属于直升机气动布局设计技术领域，尤其涉及一种横列式复合推力高速直升机。
背景技术
高速直升机大致有两类：一类是复合式直升机，在常规直升机构型基础上，通过设置推进装置和机翼，前飞时为旋翼卸载，改变常规直升机升力和前飞动力均依赖旋翼的飞行原理，如X2直升机。另一类是所谓的转换式直升机，即在悬停和垂直飞行状态以直升机模式飞行，前飞时以飞机模式飞行，实现高速度。这类转换式直升机主要是倾转旋翼机和停转旋翼飞行器，如V22直升机。
但是倾转旋翼机的悬停性能以及机动性明显不如复合式直升机及传统构型直升机，且倾转旋翼机自转下降率过大，难于实现自转着陆。而X2直升机保留悬停能力的同时可将飞行速度提高到460km/h，但X2直升机采用了共轴式的刚性双旋翼，操纵机构比较复杂，且两旋翼轴向间距较小，无论是悬停还是前飞状态，两刚性旋翼之间都存在较大的气动干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种横列式复合推力高速直升机，用于解决上述任一问题
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种横列式复合推力高速直升机，其包括：
机身；
对称布置于所述机身两侧的机翼；
设置于机身尾部的尾翼，所述尾翼包括用于提供起俯仰安定作用的平尾及用于提供偏航方向运动垂尾；
设置于所述机翼两侧端部的发动机；以及还包括
旋翼，所述旋翼设置于发动机上方且横向设置；
变距螺旋桨，变距螺旋桨布置于发动机后方靠近所述尾翼的方向，且所述变距螺旋桨轴线与机身轴线平行。
在本发明优选方案中，上方的两旋翼与机翼为非平行状态使得两旋翼所在平面具有一定夹角，且两旋翼的叶片尖部具有交叉。
在本发明优选方案中，交叉设置的旋翼通过连接轴同步旋转，且两旋翼旋转方向相反。
在本发明优选方案中，所述旋翼为刚性旋翼。
在本发明优选方案中，所述尾翼包括两垂尾，两垂尾分别设置于平尾的两端以构成H型尾翼，所述机身固定于平尾中部。
在本发明优选方案中，所述平尾及垂尾均带有可偏转舵面，用于控制飞机俯仰及偏航。
在本发明优选方案中，所述发动机包括用于控制所述旋翼旋转的第一发动机和用于控制所述变距螺旋桨旋转的第二发动机。
在本发明优选方案中，所述旋翼的直径大于所述变距螺旋桨的直径。
在本发明优选方案中，所述旋翼与所述变距螺旋桨在旋转过程中未交叉。
在本发明优选方案中，所述设置于两发动机后方的变距螺旋桨旋转方向相反。
本发明的横列式复合推力高速直升机在高速时充分利用了刚性旋翼的前行桨叶，减少了旋翼间的气动干扰；V型布局可以增加飞行稳定性；刚性桨叶特性有效地减小了前飞时旋翼/机翼干扰，两旋翼小的横向间距大大降低了机翼的刚度和重量；推进桨设置在旋翼下方，简化了传动系统，节省了机身空间。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的横列式复合推力高速直升机示意图。
图2为本发明的横列式复合推力高速直升机正视图。
图3为本发明的横列式复合推力高速直升机俯视图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图1所示为本发明的横列式复合推力高速直升机，其包括：机身1、机翼2、尾翼3、发动机4及旋翼5、变距螺旋桨6。机翼2对称布置于机身1的两侧，在机翼2两侧的末端固定有发动机4，在两侧的发动机4的上方均设置旋翼5，旋翼5的轴线垂向布置使得旋翼5的扇叶横向布置主要提供直升机所需拉力，变距螺旋桨6设置在发动机4的后端(机身方向为前，尾翼方向为后)，变距螺旋桨6的轴线与机身1基本平行，尾翼3包括用于提供起俯仰安定作用的平尾及用于提供偏航方向运动垂尾，其设置在机身1的尾部。
如图2，位于发动机4上方的左旋翼5a和右旋翼5b均与机翼2为非平行状态，使得左旋翼5a和右旋翼5b形成了一定的夹角形成V型，而且左旋翼5a和右旋翼5b在其叶片尖部具有交叉，交叉点位于机身1竖直方向的中心线上，即左旋翼5a和右旋翼5b以机身1竖直方向的中心线完全对称。
由于左旋翼5a和右旋翼5b在叶片叶尖具有交叉，为了防止叶尖的交叉部分在旋转过程中出现干涉或相互击打，将左旋翼5a和右旋翼5b通过连接轴实现机械式同步旋转，且两旋翼在旋转过程中的旋转方向相反。参照图3，当左旋翼5a顺时针旋转时，右旋翼5b则逆时针旋转，以完成两旋翼旋转且不发生干涉。
在本发明的优选方案中，旋翼5为刚性旋翼，以最大限度减少变形，保证气动性。
在本发明中，尾翼3并传统飞机上常用的T型尾翼，而是H型尾翼，尾翼3包括两个垂尾32，两垂尾32分别设置在平尾31的两端以构成H型，平尾31的中部与机身1固定。
在本发明中，平尾31及垂尾32均带有可偏转舵面，用于控制飞机俯仰及偏航。例如，在平尾31和垂尾32的后半部设置成转动舵面。
由于客观原因，在本发明的实施例中，发动机4包括用于控制旋翼5旋转的第一发动机和用于控制变距螺旋桨6旋转的第二发动机，第一发动机和第二发动机分开控制。但需要说明的是，在实现旋翼5和变距螺旋桨6各自功能的前提下，可以采用一体式的发动机进行控制。
由于旋翼5主要提供直升机所需拉力，使得直升机处于悬停状态，因此将旋翼5的直径设置的较大，其大于变距螺旋桨6的直径。
为了减少结构复杂性及安全性，旋翼5与变距螺旋桨4在旋转过程中未交叉。
为此，对本发明的横列式复合推力高速直升机工作过程做进一步说明：
1)悬停和小速度(约65节，即30m/s左右)前飞状态，横列式布置的旋翼5提供直升机所需拉力、操纵力(六自由度运动的实现)、平衡反扭矩，此时相对转动的两变距螺旋桨4不产生前向拉力；
2)高速(大于30m/s)前飞状态，变距螺旋桨6通过变距(改变螺旋桨总距)产生前飞拉力，为旋翼5卸载，从而延缓上下旋翼前行桨叶激波与后行侧桨叶失速现象，提高飞行速度。当飞行速度继续增大时，全机升力主要由上下旋翼前行侧及机翼提供，同时通过发动机4降低转速，降低旋翼5转速，从而推迟上下旋翼前行侧激波产生，进一步提高前飞速度；
3)平尾31与双垂尾32用于直升机高速前飞时增加俯仰、偏航稳定性，通过偏转舵面辅助飞行姿态调整；
4)左右两旋翼5之间通过连接轴(设置于机翼内)实现机械同步，机械师同步控制较电子式控制更可靠、安全。
本发明的横列式复合推力高速直升机与常规横列式双旋翼飞行器相比，其有如下优点：
1)机翼2及机身1上方为两旋翼5的后行区域(合速度为来流速度和旋翼旋转速度相减的区域)，充分利用前飞时刚性桨叶后行区域卸载，有效地减小了旋翼/旋翼、旋翼/机身间的气动干扰；
2)两旋翼5同步交叉旋转，因此两旋翼5间距可以很小，这降低了机翼2的动力学问题和刚度要求，减轻了重量，同时整个机身结构更加紧凑，强度要求更低，迎风阻力更小，更适合于高速飞行。
本发明的横列式复合推力高速直升机与共轴刚性旋翼飞行器相比，其也有如下优点：
1)两旋翼5分列机身1两侧，减少了旋翼5之间的气动干扰，两旋翼5运行环境完全对称，提高了直升机的飞行品质；
2)增加了机翼2，在高速飞行时可以降低旋翼5的载荷，可以降低桨叶的设计难度，并且可以进一步提高前飞速度。
本发明的横列式复合推力高速直升机采用V型交叉横列式布局，旋翼5平面与机翼2成一定角度，在两旋翼5横向间距较小的情况下，有效地避免旋翼5桨尖相碰，同时V型布置的旋翼可以增加飞行稳定性。
高速时充分利用了刚性旋翼的前行桨叶，减少了旋,5间的气动干扰；V型布局可以增加飞行稳定性；刚性桨叶特性有效地减小了前飞时旋翼/机翼干扰，两旋翼5小的横向间距大大降低了机翼5的刚度和重量；推进桨设置在旋翼5下方，简化了传动系统，节省了机身1空间。
本发明的横列式复合推力高速直升机充分利用了刚性桨叶无挥舞摆振铰且刚度大的特点，因此旋翼与旋翼、旋翼与机身间距可以设计得很小；定常前飞状态下，相互反转的两副旋翼力相互平衡，不需循环的周期变距。
经试验，本发明的横列式复合推力高速直升机在保留传统构型直升机的悬停能力的同时，能将前飞速度提高60％。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述横列式复合推力高速直升机包括：
机身(1)；
对称布置于所述机身(1)两侧的机翼(2)；
设置于机身(1)尾部的尾翼(3)，所述尾翼(3)包括用于提供起俯仰安定作用的平尾(31)及用于提供偏航方向运动垂尾(32)；
设置于所述机翼(2)两侧端部的发动机(4)；以及还包括
旋翼(5)，所述旋翼(5)设置于发动机(4)上方且横向设置；
变距螺旋桨(6)，变距螺旋桨(6)布置于发动机(4)后方靠近所述尾翼(3)的方向，且所述变距螺旋桨(6)轴线与机身(1)轴线平行。
2.根据权利要求1所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，设置于发动机(4)上方的两旋翼(5)与机翼(2)为非平行状态使得两旋翼(5)所在平面具有一定夹角，且两旋翼(5)的叶片尖部具有交叉。
3.根据权利要求2所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，交叉设置的旋翼(5)通过连接轴同步旋转，且两旋翼(5)旋转方向相反。
4.根据权利要求1-3任一所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述旋翼(5)为刚性旋翼。
5.根据权利要求1所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述尾翼(3)包括两垂尾(32)，两垂尾(32)分别设置于平尾(31)的两端以构成H型尾翼，所述机身固定于平尾(31)中部。
6.根据权利要求5所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述平尾(31)及垂尾(32)均带有可偏转舵面，用于控制飞机俯仰及偏航。
7.根据权利要求1所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述发动机(4)包括用于控制所述旋翼(5)旋转的第一发动机和用于控制所述变距螺旋桨(6)旋转的第二发动机。
8.根据权利要求1所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述旋翼(5)的直径大于所述变距螺旋桨(6)的直径。
9.根据权利要求8所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述旋翼(5)与所述变距螺旋桨(6)在旋转过程中未交叉。
10.根据权利要求9所述的横列式复合推力高速直升机，其特征在于，所述设置于两发动机后方的变距螺旋桨(6)旋转方向相反。
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