CN108327899A - 一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机，方法为上旋翼和下旋翼以相同的转速相反的转向旋转，当所述上旋翼或所述下旋翼的桨叶位于纵向位置时，所述下旋翼或所述上旋翼的桨叶位于横向位置，所述上旋翼的桨叶与所述下旋翼的桨叶的重合位置位于方位角±45°位置。共轴双桨直升机包括等转速传动系统、上旋翼和下旋翼，上旋翼和下旋翼采用上述方法布置。本发明可以消除共轴双桨直升机由于吹风挥舞导致的上下旋翼“打桨”隐患。

Description

一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机

技术领域

本发明涉及直升机和无人机技术领域，特别是涉及一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机。

背景技术

共轴式直升机依靠上下共轴反转的两副旋翼平衡反扭矩，并提供升力及各种操纵，不需尾桨。具有结构紧凑、悬停中低速气动效率高的优点。对于孤立旋翼来说，在前飞时，旋翼固有的存在着吹风挥舞的现象，即气流左右不对称，如图1所示，会引起前后(纵向)挥舞，桨盘前后迎角不对称，如图2所示，会引起左右(横向)挥舞。对于共轴式直升机，上下旋翼依然遵循这一规律。

共轴双旋翼的吹风挥舞的特征为，由于上下旋翼的共轴反转，当有前方来流时，由于气流的左右不对称，上下旋翼都在各自的前行桨叶处得到最大速度，后滞90度后达到最大挥舞响应。呈现前高后低的纵向挥舞。因此，由于气流左右不对称引起的上下旋翼的纵向挥舞倾斜是一致的。如图3所示。然而，上下旋翼由于桨盘的前后迎角不对称导致的横向挥舞却是不一致的，由于上下旋翼锥度角的存在，前方来流在上下旋翼的前后位置(机头、机尾)均存在迎角不对称，由此产生的气动输入在滞后90度处达到最大挥舞响应，会呈现一副旋翼左高右低，而另一副旋翼右高左低的不平行挥舞，即一侧的桨盘间距小，另一侧的桨盘间距大，如图4所示。在大风、盘旋或大角度转弯的情况下，这种上下旋翼的横向不平行度还会加大。此时，如果上下旋翼桨叶在此处重叠即会出现“打桨”(上下旋翼的桨叶相碰)现象。

目前，国内公开展示并试飞成功的共轴式无人直升机较少，尤以北航居多，其所展示和公布的共轴式无人直升机的特征均为：1、均采用两片桨叶的旋翼；2、采用等转速传动方式；3、上下旋翼重叠处相对直升机机身为2处：与机身航向一致，与机身横向一致。例如北航F300、F500及FH-1的上下旋翼重叠处如图5和图6所示。这种特征正如上述分析所述，在横向位置上下旋翼桨叶间距小，如图4所示，易“打桨”。

自1995年国内第一架共轴式无人直升机试飞成功后，曾多次出现上下旋翼“打桨”坠机的事故。为避免这种情况，目前的方法是加大对旋翼桨叶挥舞的限制。即通过增加桨毂挥舞铰对桨叶挥舞自由度的限制及加大桨叶根部刚度减小挥舞变形的方法来实现。其结果是影响了旋翼的动力学特性，增加了桨叶的动应力，这给直升机的振动和疲劳特性带来了不好的作用。即使如此，仍不能消除高速前飞和非定常气流强风情况下造成桨叶非定常挥舞导致的在横向“打桨”的现象。目前还有一种方法是加大旋翼间距，但由此会引起结构重量增加。打桨”现象严重影响了共轴式直升机的发展和应用，实际上，到目前为止，国内外两叶桨共轴式直升机还没有形成成熟产品，上下旋翼“打桨”是其致命的原因。

由图1、图2可知，在前飞情况下，旋翼在前行桨叶处即横向一侧是气流速度最大的方位，也是气动输入最大处。在机头方位，由于锥度角引起的迎角最大处也是气动输入最大处，而这两处都为上下桨叶重合处。所以，上下旋翼桨叶在此处的气动干扰也最为强烈。有公开的试验和理论资料显示，这种气动干扰对于共轴双旋翼的气动效率、挥舞特性的影响都是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机，以解决上述现有技术存在的问题，以消除共轴双桨直升机由于吹风挥舞导致的上下旋翼“打桨”隐患。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法，上旋翼和下旋翼以相同的转速相反的转向旋转，当所述上旋翼或所述下旋翼的桨叶位于纵向位置时，所述下旋翼或所述上旋翼的桨叶位于横向位置，所述上旋翼的桨叶与所述下旋翼的桨叶的重合位置位于方位角±45°位置。

优选地，所述上旋翼和所述下旋翼的所述桨叶采用跷跷板式两片桨叶。

本发明还提供了一种共轴双桨直升机，包括等转速传动系统、上旋翼和下旋翼，所述等转速传动系统驱动所述上旋翼和下旋翼以相同的转速相反的转向旋转，当所述上旋翼或所述下旋翼的桨叶位于纵向位置时，所述下旋翼或所述上旋翼的桨叶位于横向位置，所述上旋翼的桨叶与所述下旋翼的桨叶的重合位置位于方位角±45°位置。

优选地，所述等转速传动系统包括锥齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、内轴、外轴、套筒和箱体，

所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮均设置在所述箱体内，所述套筒设置在所述箱体上，所述锥齿轮轴与所述第一锥齿轮及所述第二锥齿轮啮合，所述锥齿轮轴用于驱动所述第一锥齿轮及所述第二锥齿轮以相同的转速相反的转向旋转；

所述外轴套设在所述套筒内，所述外轴的下端与所述第一锥齿轮连接，所述外轴的上端与所述下旋翼连接，所述内轴套设在所述外轴内，所述内轴的下端与所述第二锥齿轮连接，所述内轴的上端与所述上旋翼连接。

优选地，所述上旋翼和所述下旋翼均包括桨毂和两片桨叶，两片所述桨叶与所述桨毂采用跷跷板式连接，所述桨毂与所述内轴或所述外轴连接。

优选地，所述第一锥齿轮位于所述第二锥齿轮上侧。

优选地，所述外轴与所述套筒及所述箱体之间设有轴承，所述内轴与所述外轴之间设有轴承。

优选地，通过更改所述锥齿轮轴与所述第一锥齿轮和/或所述第二锥齿轮不同的锥齿啮合可以调整所述上旋翼和下旋翼的桨叶的重合位置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过调整第一锥齿轮及第二锥齿轮与锥齿轮轴的啮合关系，使得直升机的纵向和横向方位，上下旋翼桨叶相位差90度，改进了目前国内外共轴式双桨直升机的上下旋翼的桨叶的重合位置，使重合位置位于方位角±45°位置，使得在纵向和横向位置只有一副旋翼的桨叶，从而改变了这两个方位处气动输入最大所带来的上下旋翼的气动干扰，消除了由于吹风挥舞在横向方位两旋翼轨迹最接近导致的“打桨”隐患及由此导致的前飞速度小、抗风能力差的问题，从而提高整个旋翼的气动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为旋翼在前飞下气流左右不对称原理图；

图2为旋翼在前飞下前后迎角示意图；

图3为上下旋翼桨叶纵向挥舞倾斜示意图；

图4为上下旋翼桨叶横向挥舞倾斜示意图；

图5为传统共轴式直升机上下旋翼桨叶在航向重合位置图；

图6为传统共轴式直升机上下旋翼桨叶在横向重合位置图；

图7为采用本发明共轴双桨直升机上下旋翼布置方法的共轴双桨直升机的上下旋翼叉开位置示意图一；

图8为采用本发明共轴双桨直升机上下旋翼布置方法的共轴双桨直升机的上下旋翼叉开位置示意图二；

图9为采用本发明共轴双桨直升机上下旋翼布置方法的共轴双桨直升机的上下旋翼重合位置示意图一；

图10为采用本发明共轴双桨直升机上下旋翼布置方法的共轴双桨直升机的上下旋翼重合位置示意图二；

图11为本发明共轴双桨直升机的结构示意图；

其中：1-等转速传动系统，2-上旋翼，3-下旋翼，4-锥齿轮轴，5-第一锥齿轮，6-第二锥齿轮，7-内轴，8-外轴，9-套筒，10-箱体，11-桨毂，12-桨叶。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法及共轴双桨直升机，以解决上述现有技术存在的问题，以消除共轴双桨直升机由于吹风挥舞导致的上下旋翼“打桨”隐患。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图7-11所示：本实施例提供了一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法，上旋翼2和下旋翼3以相同的转速相反的转向旋转，当上旋翼2或下旋翼3的桨叶12位于纵向位置时，下旋翼3或上旋翼2的桨叶12位于横向位置，上旋翼2的桨叶12与下旋翼3的桨叶12的重合位置位于方位角±45°位置。上旋翼2和下旋翼3的桨叶12优选采用跷跷板式两片桨叶12。

本实施例提供了一种共轴双桨直升机上下旋翼3布置方法仅调整了上下旋翼3相位关系的情况下，不需对传统的共轴双桨直升机结构进行过多的改变，即可实现直升机的纵向和横向方位，上下旋翼3桨叶12相位差90度，改进了目前国内外共轴式双桨直升机的上下旋翼3的桨叶12的重合位置，使重合位置位于方位角±45°位置，使得在纵向和横向位置只有一副旋翼的桨叶12，从而改变了这两个方位处气动输入最大所带来的上下旋翼3的气动干扰，消除了由于吹风挥舞在横向方位两旋翼轨迹最接近导致的“打桨”隐患及由此导致的前飞速度小、抗风能力差的问题，从而提高整个旋翼的气动效率。

如图7-10所示：本实施例还提供了一种共轴双桨直升机，包括等转速传动系统1、上旋翼2和下旋翼3，等转速传动系统1驱动上旋翼2和下旋翼3以相同的转速相反的转向旋转，当上旋翼2或下旋翼3的桨叶12位于纵向位置时，下旋翼3或上旋翼2的桨叶12位于横向位置，上旋翼2的桨叶12与下旋翼3的桨叶12的重合位置位于方位角±45°位置。

具体地，如图11所示：等转速传动系统1包括锥齿轮轴4、第一锥齿轮5、第二锥齿轮6、内轴7、外轴8、套筒9和箱体10。

第一锥齿轮5和第二锥齿轮6均设置在箱体10内，且第一锥齿轮5位于第二锥齿轮6上侧。套筒9固定设置在箱体10上，锥齿轮轴4与第一锥齿轮5及第二锥齿轮6啮合，锥齿轮轴4用于驱动第一锥齿轮5及第二锥齿轮6以相同的转速相反的转向旋转。

外轴8套设在套筒9内，外轴8与套筒9及箱体10之间设有轴承，外轴8的下端与第一锥齿轮5通过键连接，外轴8的上端与下旋翼3连接，内轴7套设在外轴8内，内轴7与外轴8之间设有轴承。内轴7的下端与第二锥齿轮6连接，内轴7的上端与上旋翼2连接。

通过更改锥齿轮轴4与第一锥齿轮5和/或第二锥齿轮6不同的锥齿啮合可以调整上旋翼2和下旋翼3的桨叶12的相位关系以及重合位置，以实现当上旋翼2或下旋翼3的桨叶12位于纵向位置时，下旋翼3或上旋翼2的桨叶12位于横向位置，旋转过程中，上旋翼2的桨叶12与下旋翼3的桨叶12的重合位置位于方位角±45°位置。

上旋翼2和下旋翼3均包括桨毂11和两片桨叶12，两片桨叶12与桨毂11采用跷跷板式连接，上旋翼2的桨毂11与内轴7连接，下旋翼3的桨毂11与外轴8连接。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种共轴双桨直升机上下旋翼布置方法，上旋翼和下旋翼以相同的转速相反的转向旋转，其特征在于：当所述上旋翼或所述下旋翼的桨叶位于纵向位置时，所述下旋翼或所述上旋翼的桨叶位于横向位置，所述上旋翼的桨叶与所述下旋翼的桨叶的重合位置位于方位角±45°位置。

2.根据权利要求1所述的共轴双桨直升机上下旋翼布置方法，其特征在于：所述上旋翼和所述下旋翼的所述桨叶采用跷跷板式两片桨叶。

3.一种共轴双桨直升机，其特征在于：包括等转速传动系统、上旋翼和下旋翼，所述等转速传动系统驱动所述上旋翼和下旋翼以相同的转速相反的转向旋转，当所述上旋翼或所述下旋翼的桨叶位于纵向位置时，所述下旋翼或所述上旋翼的桨叶位于横向位置，所述上旋翼的桨叶与所述下旋翼的桨叶的重合位置位于方位角±45°位置。

4.根据权利要求3所述的共轴双桨直升机，其特征在于：所述等转速传动系统包括锥齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、内轴、外轴、套筒和箱体，

所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮均设置在所述箱体内，所述套筒设置在所述箱体上，所述锥齿轮轴与所述第一锥齿轮及所述第二锥齿轮啮合，所述锥齿轮轴用于驱动所述第一锥齿轮及所述第二锥齿轮以相同的转速相反的转向旋转；

所述外轴套设在所述套筒内，所述外轴的下端与所述第一锥齿轮连接，所述外轴的上端与所述下旋翼连接，所述内轴套设在所述外轴内，所述内轴的下端与所述第二锥齿轮连接，所述内轴的上端与所述上旋翼连接。

5.根据权利要求4所述的共轴双桨直升机，其特征在于：所述上旋翼和所述下旋翼均包括桨毂和两片桨叶，两片所述桨叶与所述桨毂采用跷跷板式连接，所述桨毂与所述内轴或所述外轴连接。

6.根据权利要求4所述的共轴双桨直升机，其特征在于：所述第一锥齿轮位于所述第二锥齿轮上侧。

7.根据权利要求4所述的共轴双桨直升机，其特征在于：所述外轴与所述套筒及所述箱体之间设有轴承，所述内轴与所述外轴之间设有轴承。

8.根据权利要求4所述的共轴双桨直升机，其特征在于：通过更改所述锥齿轮轴与所述第一锥齿轮和/或所述第二锥齿轮不同的锥齿啮合可以调整所述上旋翼和下旋翼的桨叶的重合位置。