CN108569396A - 复合式翼身融合高速直升机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式翼身融合高速直升机，所述直升机包括：直升机本体、环翼直升机本体、浮筒、旋翼系统总成、操纵系统总成、机械传动机构总成、驾驶室、货舱、直升机本体支撑架、发电机组、和防护网罩；驾驶室位于直升机本体上方；浮筒位于环翼直升机本体底部；旋翼系统总成位于直升机本体中间；操纵系统总成位于直升机本体底部；机械传动机构总成和发电机组均位于直升机本体内部，通过发电机组供电牵引电动机带动传动齿轮旋转，以此驱动旋翼系统总成共轴反转工作。本发明主要用于水陆两栖各种场合的重型工程设备的空中运输任务，具有快速，灵活，高效率等优势并方便技术维护。

Description

复合式翼身融合高速直升机
技术领域
本发明涉及一种直升机共轴双旋翼系统和机体一体化设计方案及传动机构，尤其是一种共轴双旋翼高速直升机。
背景技术
目前，公知的直升机共轴双旋翼技术比较传统的单旋翼带尾桨技术，在气动特性技术层面提高了悬停效率及缓解了大速度前飞时前行桨叶激波和后行桨叶失速对飞行器的恶劣影响。例如，俄罗斯官方公开的一种共轴式直升机卡-50“黑鲨”，北约代号：″HokumA″(噱头A型)专用攻击直升机，是世界上第一种共轴双三桨旋翼攻击直升机，其技术原理为在直升机机身上方安装有两具共轴反向旋翼，各旋翼的旋转作用力相互抵消，因而可以不需要尾桨。这种将共轴反转旋翼安装在直升机机体上方且旋翼和机体分离的结构设计存在技术缺陷：
(1)由于旋翼桨叶非完全刚体，从而产生桨叶挥舞现象，处在各种飞行状态下旋翼均不同程度地存在着气动干扰，在做高机动动作时极可能会发生上下桨叶相交碰撞事故。
(2)由于机体及桨毂等这些非流线复杂形状部件的数量和体积大于单旋翼直升机并暴露在下洗气流中，因而大大增加了废阻面积。
(3)直升机在飞行的过程中容易受到周围环境中不稳定且复杂的扰动气流影响，造成直升机失控甚至机毁人亡重大事故。
(4)直升机严重依赖陆地起降，无法水陆两栖使用，在复杂海况的海面起降容易造成机体失衡而造成事故。
发明内容
为了克服现有技术中旋翼桨叶存在气动干扰、上下桨叶相交碰撞问题、直升机机体及桨毂等部件复杂增大废阻面积、直升机无法实现水陆两栖及飞行稳定性易受外界扰流影响等缺陷，本发明提供一种采用共轴双旋翼和直升机机体一体化设计及特殊的传动机构的技术方案，通过将共轴反向旋翼同心安装在直升机机体中心位置，从而实现解决旋翼气动干扰、降低总废阻面积，可以水陆两栖使用，提高直升机飞行定轴姿态的稳定性和安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种复合式翼身融合高速直升机包括：直升机本体、环翼直升机本体、浮筒、旋翼系统总成、操纵系统总成、机械传动机构总成、驾驶室、货舱、直升机本体支撑架、发电机组、和防护网罩；旋翼系统总成位于直升机本体中间；操纵系统总成位于直升机本体支撑架内部；直升机本体支撑架位于直升机本体底部；驾驶室位于直升机本体上方；货舱位于环翼直升机本体双侧位置；防护网罩位于直升机本体上方，驾驶室底部；机械传动机构总成和发电机组均位于直升机本体内部，通过发电机组供电牵引电动机带动传动齿轮旋转，以此驱动旋翼系统总成旋转工作。
上述的复合式翼身融合高速直升机，所述旋翼系统总成包括：上旋翼桨叶、下旋翼桨叶、上桨毂、下桨毂组成；旋翼系统总成位于直升机本体和环翼直升机本体中心位置，两具旋翼围绕直升机本体在环翼直升机本体内做共轴反转运动。
这是一种将直升机机体与共轴反转旋翼翼身融合的设计概念，其气动设计原理为：在气动布局上，具有明确的中央机体和高度融合的上下旋翼，内部结构依然有明确的直升机本体、桨毂和桨叶，但外观上浑然一体，旋翼与直升机本体没有明显的分离界线，共轴反转旋翼依然是升力的重要来源，但宽大的环翼直升机本体也可以产生升力，由于上下旋翼受到环翼直升机本体屏蔽，解决大速度前飞时前行桨叶激波和后行桨叶失速等气动干扰问题，同时有效隔绝噪声，同时，旋翼产生的下洗气流不会对直升机本体产生影响，降低废阻面积，同时，旋翼翼展和翼面积可以大大减小，提高桨叶刚性，降低旋翼的诱导阻力，防止上下桨叶打桨事故，提高旋翼气动效率。
上述的复合式翼身融合高速直升机，所述传动机构总成包括：牵引电动机和传动齿轮；传动机构总成位于直升机本体内部，牵引电动机端传动齿轮带动直升机本体端传动齿轮，继而驱动环形齿轮结构的旋翼桨毂旋转工作。
所述的上下旋翼桨叶数量分别至少为两片，为定距桨或仅保留变距铰。
直升机机体与共轴反转旋翼翼身融合的设计概念，其机械设计原理为：在结构上，根据定轴转动刚体的角动量守恒定律，当上下两具旋翼正反对转时，上旋翼正转产生一个对轴的角动量，为遵循角动量守恒定律，下旋翼一定沿着反转方向旋转，产生一个同样的反向力矩，维持系统的平衡，同时，根据刚体回转效应理论，两具旋翼绕直升机本体做轴向高速旋转运动时，可以利用旋翼转子的陀螺力矩效应保持直升机整体的定轴姿态稳定性，也就是说，旋翼旋转产生的不仅有升力，还有离心力，而物体高速转动时的离心力会使自身保持平衡，此即是陀螺效应。
上述的复合式翼身融合高速直升机，所述的操纵系统总成包括：舵机、舵片、摇臂、连杆、舵片连接轴；所述的操纵系统总成安装位于直升机本体支撑架内部，通过舵机控制摇臂顺时针和逆时针旋转，摇臂通过连杆连接舵片连接轴上的舵片，舵片之间由连杆进行连接，由此实现通过舵机控制舵片的倾斜角度。
上述的复合式翼身融合高速直升机，所述的发电机组为柴油机发电机组，但是需要指出的是，发电机组作为动力源并不限于内燃活塞式发动机组成的发电机组，同样可以使用涡轮发动机组成的发电机组。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明有如下诸多优点：
(1)采用共轴双旋翼和机体一体化气动布局设计方案，可以有效利用旋翼产生的旋转陀螺效应，实现直升机整体飞行的稳定性；同时，环翼直升机本体屏蔽来自周围前、后、左、右方向气流对旋翼的干扰，避免产生更多的紊流；旋翼桨叶刚性得到提高，有效的解决了传统共轴双旋翼直升机在各种飞行状态下旋翼所受周围不稳定气流的气动干扰，和高机动时极可能会发生的上下桨叶相交碰撞等安全事故。
(2)因为两具共轴反转旋翼同心安装在直升机本体中心位置，有效解决旋翼产生的的下洗气流会直接作用在直升机本体上形成废阻，从而提高飞行效率。
(3)起重能力较大，可搭载其它重型工程设备。
(4)不严重依赖陆地空间起飞，可以实现水陆两栖起降，大大增加直升机使用的灵活性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1A是标准设计的复合式翼身融合高速直升机整体剖视图，图1B是在此基础上进行环翼直升机本体改进变形后的直升机整体剖视图；
图2A是标准设计复合式翼身融合高速直升机整体示意图，图2B是环翼直升机本体改进变形后的直升机整体示意图；
图3是旋翼系统总成示意图；
图4是操纵系统总成示意图；
图5是机械传动机构总成示意图；
图6是桨毂示意图；
图7是桨毂和桨叶安装示意图；
图8是机械传动机构总成结构示意图；
图9是机械传动机构原理示意图；
图10是标准设计复合式翼身融合高速直升机立体示意图；
图11A至图11C是列举基于本发明技术原理基础上，做出整体直升机本体结构变形及改进的示意图；
图中1.旋翼系统总成，2.操纵系统总成，3.直升机本体，4.环翼直升机本体，5.机械传动机构总成，6.驾驶室，7.货舱，8.直升机本体支撑架，9.发电机组，10.防护网罩，11.上桨叶，12.下桨叶，13.上桨毂，14.下桨毂，21.舵机，22.舵片，23.摇臂，24.连杆，25.舵片连接轴，41浮筒，51.牵引电动机，52.传动齿轮，53.传动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
【实施例1】
本发明实施示例的一种复合式翼身融合高速直升机的结构如图1A至图2B所示，包括：旋翼系统总成1、操纵系统总成2、直升机本体3、环翼直升机本体4、浮筒41、机械传动机构总成5、驾驶室6、货舱7、直升机本体支撑架8、发电机组9、防护网罩10；旋翼系统总成1位于直升机本体3和环翼直升机本体4的中间位置；操纵系统总成2位于直升机本体3和环翼直升机本体4的底部；浮筒41位于环翼直升机本体4底部；驾驶室6位于直升机本体3上方；货舱7位于环翼直升机本体4两侧位置；防护网罩10位于直升机本体3上方，位于驾驶室6底部位置；机械传动机构总成5和发电机组9位于直升机本体3内部，并驱动旋翼系统总成1和操纵系统总成2，完成复合式翼身融合高速直升机的起降和前进、后退。
发电机组9为柴油机发电机组，但是需要指出的是，发电机组作为动力源并不限于内燃活塞式发动机组成的发电机组，同样可以使用涡轮发动机组成的发电机组。
其中，图1B和图2B是在标准设计的复合式翼身融合高速直升机结构基础上进行的技术改进变形，浮筒41位于环翼直升机本体4底部位置与直升机本体支撑架8相连接，起到满足直升机水陆两栖起降的需求作用。
【实施例2】
在图3所示实施示例中，旋翼系统总成1包括：上桨叶11、下桨叶12、上桨毂13、下桨毂14；其中，上、下旋翼桨叶的数量至少各安装2片，例如，本发明示例各安装12片上桨叶11和下桨叶12；上、下旋翼桨叶的数量可以对称设置，也可非对称设置，桨叶的翼型结构和大小可以相同，也可以不同，但是上、下旋翼产生的反扭矩大小完全相同，这样旋翼系统总成1在共轴反转运动时的作用力可以互相抵消，因此，旋翼桨叶的翼型结构和大小、数量可以根据实际需求做适当调整。
【实施例3】
在图4所示实施示例中，操纵系统总成2包括：舵机21、舵片22、摇臂23、连杆24、舵片连接轴25、直升机本体支撑架8；操纵系统总成2通过舵机21控制摇臂23顺时针和逆时针旋转，摇臂23通过连杆24连接舵片连接轴25上的舵片22，舵片22之间由连杆24进行连接，由此实现通过舵机21控制舵片22的前、后倾斜角度。
【实施例4】
在图5、图8、图9所示实施示例中，机械传动机构总成5包括：牵引电动机51、传动齿轮52、传动齿轮53；传动机构总成5位于直升机本体3内部，牵引电动机51端传动齿轮52带动直升机本体3端传动齿轮53，继而驱动环形齿轮结构的旋翼桨毂13或14旋转工作。
其中，图5是机械传动机构总成5示意图；图8是机械传动机构总成5结构示意图；图9是机械传动机构总成5原理示意图，表示机械传动机构总成由2台牵引电动机51、2套传动齿轮52、53组成，并且2台牵引电动机51旋转方向分别是顺时针和逆时针。
【实施例5】
在图6、图8所示实施示例中，上、下桨毂13、14是一种环形齿轮状的桨毂设计，由牵引电动机51端传动齿轮52带动传动齿轮53旋转，传动齿轮53带动桨毂13或14旋转。
【实施例6】
在图7所示实施示例中，分别表示上桨叶11和上桨毂13或下桨叶12和下桨毂14的安装方式。
【实施例7】
图11A至图11C是列举基于本发明技术原理基础上，做出整体直升机本体3和环翼直升机本体4结构变形及改进的示意图：驾驶室6、直升机本体3、环翼直升机本体4、旋翼系统总成1、操纵系统总成2。
本发明工作时，环翼直升机本体4内的旋翼系统总成1围绕直升机本体3作共轴同速反转产生升力，旋翼系统总成1在产生升力同时还会利用陀螺效应保持机身整体在空中的定轴姿态稳定性，当直升机飞行需要改变前、后方向时，通过改变操纵系统总成2中舵片22的前、后倾斜角度，引导升力流场发生偏向，产生一个偏向力，从而调整直升机的前、后飞行方向；当直升机需要左、右转向时，通过控制机械传动机构总成5中的2台牵引电动机51转速差，利用上、下旋翼旋转产生的反扭力矩从而调整直升机左、右航向转变。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进、变形和润饰，这些改进、变形和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述复合式翼身融合高速直升机包括：旋翼系统总成(1)、操纵系统总成(2)、直升机本体(3)、环翼直升机本体(4)、浮筒(41)、机械传动机构总成(5)、驾驶室(6)、货舱(7)、直升机本体支撑架(8)、发电机组(9)、防护网罩(10)；所述旋翼系统总成(1)位于所述直升机本体(3)和环翼直升机本体(4)的中间位置；所述操纵系统总成(2)位于所述直升机本体(3)和环翼直升机本体(4)的底部；所述浮筒(41)位于所述环翼直升机本体(4)底部；所述驾驶室(6)位于所述直升机本体(3)上方；所述货舱(7)位于所述环翼直升机本体(4)两侧位置；所述防护网罩(10)位于所述直升机本体(3)上方，位于驾驶室(6)底部位置；所述机械传动机构总成(5)和发电机组(9)位于直升机本体(3)内部，并驱动旋翼系统总成(1)和操纵系统总成(2)，完成复合式翼身融合高速直升机的起降和前进、后退。
2.如权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述旋翼系统总成(1)包括：上桨叶(11)、下桨叶(12)、上桨毂(13)、下桨毂(14)。
3.如权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述操纵系统总成(2)包括：舵机(21)、舵片(22)、摇臂(23)、连杆(24)、舵片连接轴(25)、直升机本体支撑架(8)；所述操纵系统总成(2)通过舵机(21)控制摇臂(23)顺时针和逆时针旋转，摇臂(23)通过连杆(24)连接舵片连接轴(25)上的舵片(22)，舵片(22)之间由连杆(24)进行连接。
4.如权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述的机械传动机构总成(5)包括：牵引电动机(51)、传动齿轮(52)、传动齿轮(53)；传动机构总成(5)位于直升机本体(3)内部，牵引电动机(51)端传动齿轮(52)带动直升机本体(3)端传动齿轮(53)，继而驱动环形齿轮结构的旋翼桨毂(13)或(14)旋转工作。
5.如权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述浮筒(41)位于环翼直升机本体(4)底部位置与直升机本体支撑架(8)相连接。
6.如权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机，其特征在于，所述的发电机组(9)，为活塞式发动机或涡轮发动机组成的发电机组。
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