CN109229360A - 剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，属于航空飞行领域，本发明旋翼机包括机身、旋翼系统、预旋系统、推进装置和T型尾翼；旋翼系统包括U型剪刀式自转旋翼，且均采用跷跷板式桨毂，与旋转轴相连接；预旋系统包括电机和齿轮组，其中，电机通过齿轮组向旋转轴传递扭矩，T型尾翼包括水平安定面与垂直安定面，并在两侧的垂直安定面上均存在垂尾舵面，用来对自转旋翼的航向进行高效率操纵；推进装置为安装在机身后部的螺旋桨，在机身的下横梁设置有三点式起落架；本发明的自转旋翼机能够提升现有自转旋翼机的性能，结构简单、空间占有率小、安全系数高、操纵性能优异、飞行性能好、性价比高的新型自转旋翼机。

Description

剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机

技术领域

本发明属于航空飞行领域，特别是涉及载人自转旋翼机，具体是一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机。

背景技术

自转旋翼机，英文称作Autogyro，也常被称作旋翼飞机Gyroplane、旋翼机Rotorplane或者是旋翼飞行器(Gyrocopter)，它是一种由旋翼自转而非动力驱动来获得升力的旋翼类飞行器，一般带有一个推进螺旋桨来提供前进动力，在这方面和固定翼飞行器类似。自转旋翼机的外形和直升机类似，但是必须有气流通过它的桨盘才能带动它的旋翼旋转。同直升机一样，自转旋翼机以旋翼作为主要的升力装置，但驱动旋翼转动的动力来源不同。

自转旋翼机在起飞时需要在地面上滑跑，所需拉力或推力来自机身前部或后部的螺旋桨，由迎面吹来的丰驱使旋翼转动，但不像风车那样顺转，而是逆转。前飞时，自转旋翼机的桨盘向后倾，而不像直升机那样向前倾。

目前自转旋翼机普遍采用单旋翼设计，单旋翼若产生足够升力满足旋翼机起飞，则需要较大的旋翼半径，这样不仅增加了旋翼的制造难度，又增大了旋翼机的尺寸。同时，单旋翼高速旋转产生更大的机体振动，影响旋翼机的飞行品质。此外，目前共轴双旋翼布局设计中，上下两旋翼夹角往往为90°垂直状态，这样设计并不能获得最佳的气动效率。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题公开了一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，采用基于非动力驱动的自转旋翼机，利用剪刀式自转旋翼且均采用跷跷板式桨毂，本发明的自转旋翼机能够提升现有自转旋翼机的性能，结构简单、空间占有率小、安全系数高、操纵性能优异、飞行性能好、性价比高的新型自转旋翼机。

本发明是这样实现的：

一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，包括机身，其特征在于，所述的机身上端设置旋翼系统；旋翼系统下端连接有预旋系统；机身以及旋翼系统之间设置T型尾翼；机身尾部设置推进装置。所述的旋翼系统为自转双旋翼，且均采用跷跷板式桨毂，上、下跷跷板式桨毂之间通过旋转轴连接。所述的预旋系统包括电机和齿轮组，所述的电机、齿轮组均安装于自转双旋翼下端；电机通过齿轮组向旋转轴传递扭矩；采用旋翼预旋技术，即滑跑时通过传动装置将旋翼预先驱转，然后通过单向轴向切断传动系统后起飞，实现超短距起飞。

所述的T型尾翼的尾部末端为水平安定面以及安装于水平安定面两侧的垂直安定面；所述的推进装置为安装在机身后部的螺旋桨。大面积水平安定面与垂直安定面，提高飞行时的纵向、航向稳定性。

进一步，所述的机身的下横梁设置有三点式起落架，设置的三点式起落架，用于自转旋翼机在地面转场时的运动控制。

进一步，所述的自转双旋翼的构型为U型剪刀式自转旋翼，起飞重量在700kg以上，任务载荷180kg以上，实用升限在1600m以上的自转旋翼机。

进一步，所述的自转旋翼的剪刀角为25°。剪刀角的角度范围是15°至90°，最佳角度为25°，该最佳角度的状态时旋翼具有最佳的气动效应，同时能够减小旋翼产生的噪声，减弱旋翼与机身之间的气动干扰，使自转旋翼机达到最佳的效能。

进一步，所述的垂直安定面上均存在垂尾舵面。垂直安定面上均存在垂尾舵面可以对自转旋翼的航向进行高效率操纵。

进一步，所述的机身的内部还安装有两台发动机，通过安装在机体内的两台发动机同时进行驱动螺旋桨。

本发明与现有技术的有益效果在于：

1)本发明采用的自转旋翼机是一种由旋翼自转而非动力驱动来获得升力的旋翼类飞行器，自转旋翼机带有一个推进螺旋桨来提供前进动力，在定常飞行中，旋翼机的旋翼提供升力和俯仰、滚转姿态操纵力矩，与直升机不同，旋翼机的旋翼依靠前方来流斜向上吹过桨盘而始终处于稳定自转状态，因而一旦发动机空中停车，仍可以依靠旋翼自转安全着陆，保证旋翼机的飞行品质；

2)采用跷跷板式桨毂只通过一个水平较与自转旋翼轴连接，这种桨毂结构去掉了摆振铰，阻尼器，两片桨叶共用一套挥舞铰，适用于自转旋翼机；

3)剪刀式旋翼是一种由上下两副桨叶组成的不等高式旋转叶片布置，两副桨叶共用同一个旋翼轴并存在一定的夹角，该构型现今使用的范围较小，多见于单旋翼式武装直升机的尾桨；桨盘载荷相同的情况下，剪刀式双旋翼半径远小于常规单旋翼，相较与传统自转双旋翼，本文提出的剪刀式自转旋翼拉力系数大于双旋翼，并且剪刀式旋翼相对于常规构型的旋翼具有一定的降噪能力；因此，本发明采用剪刀式的双旋翼跷跷板自转旋翼机比传统的自转旋翼机具有更佳的气动效能，更低的噪声水平及更大的有效载荷。

附图说明

图1为本发明剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机的结构示意图；

其中，1-自转双旋翼，2-跷跷板式桨毂，3-旋转轴，4-电机，5-齿轮组，6-机身，7-三点式起落架，8-螺旋桨，9-垂尾舵面，10-垂直安定面，11-水平安定面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的剪刀式跷跷板双旋翼自转旋翼机，包括机身6、旋翼系统、预旋系统、推进装置和T型尾翼。旋翼系统包括U型剪刀式自转旋翼1，剪刀角为25°，U型剪刀式自转旋翼均采用跷跷板式桨毂2，与旋转轴3相连接。预旋系统包括电机4和齿轮组5，其中，电机4通过齿轮组5向旋转轴传递扭矩，T型尾翼包括安装在机身后部的大面积水平安定面11与垂直安定面10，提高飞行时的纵向、航向稳定性，并在两侧的垂直安定面上均存在垂尾舵面9，用来对自转旋翼的航向进行高效率操纵。推进装置为安装在机身后部的螺旋桨8，通过安装在机体内的两台发动机同时进行驱动，在所述机身的下横梁设置有三点式起落架7，用于自转旋翼机在地面转场时的运动控制。

通过计算机Fluent软件对本发明的剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机进行仿真计算，得出如下表一的性能参数：

表一 剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机性能

上表的数据表明本发明剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机是有效的，能够实现超短距起飞，具有较佳的气动效能，并且操纵性能优异、飞行性能好，属于性价比高的新型自转旋翼机。

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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，包括机身（6），其特征在于，所述的机身（6）上端设置旋翼系统；旋翼系统下端连接有预旋系统；机身（6）以及旋翼系统之间设置T型尾翼；机身（6）尾部设置推进装置；所述的旋翼系统为自转双旋翼（1），且均采用跷跷板式桨毂（2），上、下跷跷板式桨毂（2）之间通过旋转轴（3）连接；所述的预旋系统包括电机（4）和齿轮组（5），所述的电机（4）、齿轮组（5）均安装于自转双旋翼（1）下端；电机（4）通过齿轮组（5）向旋转轴（3）传递扭矩；所述的T型尾翼的尾部末端为水平安定面以及安装于水平安定面两侧的垂直安定面；所述的推进装置为安装在机身后部的螺旋桨（8）。

2.根据权利要求1所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的机身（6）的下横梁设置有三点式起落架（7）。

3.根据权利要求1所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的自转双旋翼（1）的构型为U型剪刀式自转旋翼，起飞重量在700kg以上，任务载荷180kg以上，实用升限在1600m以上的自转旋翼机。

4.根据权利要求1所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的自转旋翼的剪刀角的角度范围是15°至90°。

5.根据权利要求4所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的自转旋翼的剪刀角为25°。

6.根据权利要求1所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的垂直安定面上均存在垂尾舵面（9）。

7.根据权利要求1所述的一种剪刀式双旋翼跷跷板式自转旋翼机，其特征在于，所述的机身（6）的内部还安装有两台发动机，通过安装在机体内的两台发动机同时进行驱动螺旋桨（8）。