CN108674654B - 一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆线桨‑螺旋桨复合式高速飞行器，包括：所述两侧机翼上对称布置有从翼根延伸至2/3展长处的摆线桨，机身尾部布置有螺旋桨；所述摆线桨包括第一端板、第二端板、中心轴、围绕中心轴均布的桨叶，桨叶通过布置于叶根处的转动轴连接于相应桨叶支架顶部；所述第一端板的中部设置有偏心装置，桨叶通过设置于叶尖处的偏心轴连接于偏心装置上拉杆的顶部。本发明通过摆线桨产生升力实现垂直起降，通过螺旋桨产生前飞推力，高速前飞时转换为固定翼模式，通过封闭摆线桨，大大减少了前飞的阻力，可实现高速飞行，具有安全系数高、噪声系数小等特点。

Description

一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器

技术领域

本发明涉及一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，属于飞行器设计技术领域。

背景技术

众所周知，旋翼飞行器的飞行速度较慢，为了让旋翼飞行器飞得更快，人们想出了各种方案，以解决导致旋翼飞行器不能飞得更快的根本原因——旋翼气流分布的不对称性导致的气流分离和激波问题。然而包括旋翼/机翼复合式、ABC旋翼式等都不能最大程度的解决大速度前飞时产生的激波问题。

因此，本领域技术人员致力于开发一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，通过摆线桨产生升力实现垂直起降，通过螺旋桨产生前飞推力，随着前飞速度的提高，飞行器的机翼对摆线桨进行调整卸载，安全系数高，噪声系数小。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，具有安全系数高、噪声系数小、升力系数大等特点，通过摆线桨产生升力实现垂直起降，通过螺旋桨产生前飞推力，随着前飞速度的提高，飞行器的机翼可对摆线桨进行调整卸载。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，包括机身、两侧机翼、垂尾、平尾、发动机舱、起落架；

其中，所述两侧机翼上对称布置有从翼根延伸至2/3展长处的摆线桨，机身尾部布置有螺旋桨，且机身上布置有相应的发动机舱；

所述摆线桨包括第一端板、第二端板、中心轴、围绕中心轴均布的桨叶，且中心轴的两端分别转动连接于第一端板及第二端板的中心处；所述第一端板、第二端板上连接有沿圆周均布的桨叶支架，且桨叶叶根处设置有沿叶高方向延伸的转动轴，桨叶通过两侧延伸至桨叶外的转动轴连接于相应桨叶支架顶部；

所述第一端板的中部设置有偏心装置，且偏心装置上连接有沿圆周均布的拉杆；所述桨叶叶尖处设置有沿叶高方向延伸的偏心轴，且偏心轴连接于相应拉杆的顶部。

进一步的，所述机翼根部的厚度大于摆线桨的外径，且机翼上摆线桨的上、下舱门处布置有封口部件；所述机翼内布置有液压机构、连杆、导轨及与封口部件相连的滑块，且液压机构通过铰接的连杆带动滑块与封口部件沿导轨的滑动实现摆线桨上、下舱门的开合调整。

进一步的，所述第二端板布置于机翼靠近翼尖的一侧，且第二端板包括中心处的齿轮转盘及外侧的圆形支架；所述桨叶支架伸缩贯穿连接于圆形支架上，其内端设置有与齿轮转盘相适配的弧形齿，通过齿轮转盘的转动配合实现第二端板上桨叶支架的伸缩调整；所述转动轴两侧通过球铰连接于桨叶支架顶部，且第二端板一侧的转动轴延伸至贯穿而滑动连接于该侧球铰上，所述偏心轴通过球铰连接于相对应拉杆的顶部。

为实现摆线桨上、下舱门的封闭，同时保证摆线桨的尺寸不受过大影响，将摆线桨靠近翼尖的部分半径进行收缩，摆线桨呈锥形，从而收入机翼中；摆线桨桨叶与拉杆、桨叶支架均通过球铰进行连接，从而可以在半径收缩时进行倾斜；同时为弥补倾斜时产生的长度差和角度偏转，摆线桨前端部分的转动轴可在球铰中自由滑动。

当飞行器达到一定的速度，机翼升力足够时，将摆线桨靠近翼尖的部分半径进行收缩，摆线桨呈锥形，从而收入机翼中，且摆线桨的上、下窗口关闭，将摆线桨完全封在机翼中，完全转换为固定翼模式。因此该飞行器是可实现高速飞行的垂直起降飞行器。

进一步的，所述起落架包括起落架轴、减震器、机轮，且起落架轴通过减震器与机轮连接，起到减震降落的作用。所述起落架安装于机身前端和两侧机翼底部，保证飞行器在地面滑跑的稳定性，并有足够的空间进行收放，起落架在进入稳定前飞状态后收入机身和机翼中。

进一步的，所述机身与机翼均呈流线型，以减少前飞阻力，并且在大速度前飞时能够产生一定的升力，对摆线桨进行卸载。

进一步的，所述垂尾包括垂直设置于平尾中部的大垂尾及安装于平尾两侧的斜垂尾，以保证大速度前飞时飞行器的稳定性；在平尾和大垂尾上分别装有升降舵和方向舵，以保证飞行器良好的操纵性。

有益效果：本发明提供的一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，相对于现有技术，具有以下优点：1、通过摆线桨产生升力实现垂直起降，通过螺旋桨产生前飞推力，随着前飞速度的提高，飞行器的机翼对摆线桨进行卸载；2、高速前飞时可转换为固定翼模式，通过封闭摆线桨，大大减少了前飞的阻力，进行高速飞行；3、安全系数高，噪声系数小，由于升力装置为摆线桨，不同于直升机上的桨盘(与同重量级的直升机相比较)，升力系数大，尺寸小，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的主视图；

图3为本发明实施例的俯视图；

图4为本发明实施例中舱门封闭的结构示意图；

图5为本发明实施例中封口部件与导轨、滑块的连接示意图；

图6为本发明实施例中封口部件驱动机构的结构示意图；

图7为本发明实施例中摆线桨的结构示意图；

图8为本发明实施例中第二端板的结构示意图；

图9为本发明实施例中第二端板上桨叶支架收缩状态的配合示意图；

图10为本发明实施例中起落架的结构示意图；

图11(a)～11(c)为本发明实施例中偏心装置控制桨叶姿态的原理图；

图中包括：1、机身，2、摆线桨，3、机翼(包含襟翼和副翼)，4、垂尾，5、平尾，6、驾驶舱，7、螺旋桨，8、起落架，9、方向舵，10、升降舵，11、发动机舱，12、桨叶，13、中心轴，14、偏心装置，15、起落架轴，16、减震器，17、机轮，18、封口部件，19、液压机构，20、导轨，21、齿轮转盘，22、弧形齿，23、球铰，24、转动轴，25、拉杆，26、偏心轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示为一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，包括机身1、两侧机翼3(包含襟翼和副翼)、平尾5、垂尾4、发动机舱11、起落架8；

其中，所述机身1头部设置有驾驶舱6，且两侧机翼3上对称布置有从翼根延伸至2/3展长处的摆线桨2；两侧摆线桨用同一个发动机进行驱动，通过齿轮使两侧转向相反，以保证扭矩平衡，并增强飞行器的稳定性。

所述机身1尾部布置有转动方向垂直于前飞方向的螺旋桨7，且摆线桨2、螺旋桨7前侧的机身1上布置有相应的发动机舱11；所述大垂尾4垂直布置于平尾5中部，平尾5两端安装有斜垂尾4，且平尾5、大垂尾4上分别布置有升降舵10、方向舵9。

如图7所示，所述摆线桨2包括第一端板、第二端板、中心轴13、围绕中心轴13均布的桨叶12，且中心轴13的两端分别转动连接于第一端板及第二端板的中心处；所述第一端板、第二端板上连接有沿圆周均布的桨叶支架，且桨叶12叶根处设置有沿叶高方向延伸的转动轴24，桨叶12通过两侧延伸至桨叶12外的转动轴24连接于桨叶支架顶部；

所述第一端板的中部设置有偏心装置14，且偏心装置14上连接有沿圆周均布的拉杆25；所述桨叶12叶尖处设置有沿叶高方向延伸的偏心轴26，且偏心轴26连接于相应拉杆25的顶部。

如图11(a)～11(c)所示为偏心装置的二维矢量推力控制示意图，改变偏心机构的位置就可以控制水平方向和竖直方向力的大小，即通过拉杆25及偏心轴26的收缩扩张，把翼型往回拉或者往出推，改变桨叶12的迎角，从而控制力的变化。

本实施例中，所述机身1与机翼3均呈流线型；所述起落架8安装于机身1前端和两侧机翼3尾端的底部；如图10所示，所述起落架8包括起落架轴15、减震器16、机轮17，且起落架轴15通过减震器16与机轮17连接。

如图4-6所示，所述机翼3根部的厚度大于摆线桨2的外径，且机翼3上摆线桨2的上、下舱门处布置有封口部件18；所述机翼3内布置有液压机构19、连杆、导轨20及与封口部件18相连的滑块，且液压机构19通过铰接的连杆带动滑块与封口部件18沿导轨20的滑动实现摆线桨2上、下舱门的开合调整。

如图8-9所示，所述第二端板布置于机翼3靠近翼尖的一侧，且第二端板包括中心处的齿轮转盘21及外侧的圆形支架；所述桨叶支架伸缩贯穿连接于圆形支架上，其内端设置有与齿轮转盘21相适配的弧形齿22，通过齿轮转盘21的转动配合实现第二端板上桨叶支架的伸缩调整。第二端板上桨叶支架进行收缩时，首先解除桨叶支架与齿轮转盘21之间的锁定，然后齿轮转盘21转动一定角度，推动桨叶支架沿齿轮轨迹向内收缩即可实现摆线桨靠近翼尖部分半径的收缩；同样的，扩张时通过齿轮转盘21转动一定角度，将桨叶支架沿齿轮轨迹向外推出即可实现恢复。

所述转动轴24两侧通过球铰23连接于桨叶支架顶部，且第二端板一侧的转动轴24延伸至贯穿而滑动连接于该侧球铰23上，所述偏心轴26通过球铰23连接于相对应拉杆25的顶部。摆线桨桨叶与拉杆、桨叶支架均通过球铰进行连接，从而可以在半径收缩时进行倾斜；同时为弥补倾斜时产生的长度差和角度偏转，摆线桨前端部分的转动轴可在球铰中自由滑动。

本发明的具体实施方式如下：

本发明采用摆线桨为垂直起降和小速度前飞时的升力装置，采用螺旋桨推进的方式提供前飞的动力，在大速度前飞时将摆线桨封闭，减少前飞阻力，采用机翼为大速度前飞时的升力装置，可实现高速飞行；

当飞行器达到一定的速度，机翼产生足够的升力时，将摆线桨靠近翼尖的部分(第二端板处)半径进行收缩，摆线桨呈锥形，从而收入机翼中，且通过液压机构推动封口部件沿着导轨运动，实现摆线桨上/下舱门的闭合，将摆线桨完全封在机翼中，完全转换为固定翼模式。因此该飞行器是可实现高速飞行的垂直起降飞行器。本发明在机身尾部安装有螺旋桨，并通过独立的大功率发动机进行驱动，提供足够的推力。

本发明在机身后侧装有面积较大的平尾、双斜垂尾和一个大垂尾，以保证大速度前飞时飞行器的稳定性。本发明采用方向舵和升降舵的方式操纵飞行器的航向和俯仰，以保证飞行器良好的操纵性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，其特征在于，包括机身（1）、两侧机翼（3）、垂尾（4）、平尾（5）、发动机舱（11）、起落架（8）；

其中，所述两侧机翼（3）上对称布置有从翼根延伸至2/3展长处的摆线桨（2），机身（1）尾部布置有螺旋桨（7），且机身（1）上布置有相应的发动机舱（11）；

所述摆线桨（2）包括第一端板、第二端板、中心轴（13）、围绕中心轴（13）均布的桨叶（12），且中心轴（13）的两端分别转动连接于第一端板及第二端板的中心处；所述第一端板、第二端板上连接有沿圆周均布的桨叶支架，且桨叶（12）叶根处设置有沿叶高方向延伸的转动轴（24），桨叶（12）通过两侧延伸至桨叶（12）外的转动轴（24）连接于桨叶支架顶部；

所述第一端板的中部设置有偏心装置（14），且偏心装置（14）上连接有沿圆周均布的拉杆（25）；所述桨叶（12）叶尖处设置有沿叶高方向延伸的偏心轴（26），且偏心轴（26）连接于相应拉杆（25）的顶部；

所述机翼（3）根部的厚度大于摆线桨（2）的外径，且机翼（3）上摆线桨（2）的上、下舱门处布置有封口部件（18）；所述机翼（3）内布置有液压机构（19）、连杆、导轨（20）及与封口部件（18）相连的滑块，且液压机构（19）通过铰接的连杆带动滑块与封口部件（18）沿导轨（20）的滑动实现摆线桨（2）上、下舱门的开合调整；

所述起落架（8）包括起落架轴（15）、减震器（16）、机轮（17），且起落架轴（15）通过减震器（16）与机轮（17）连接。

2.根据权利要求1所述的一种摆线桨-螺旋桨复合式高速飞行器，其特征在于，所述第二端板布置于机翼（3）靠近翼尖的一侧，且第二端板包括中心处的齿轮转盘（21）及外侧的圆形支架；所述桨叶支架伸缩贯穿连接于圆形支架上，其内端设置有与齿轮转盘（21）相适配的弧形齿（22），通过齿轮转盘（21）的转动配合实现第二端板上桨叶支架的伸缩调整；

所述转动轴（24）两侧通过球铰（23）连接于桨叶支架顶部，且第二端板一侧的转动轴（24）延伸至贯穿而滑动连接于该侧球铰（23）上，所述偏心轴（26）通过球铰（23）连接于相对应拉杆（25）的顶部。