CN109319112A - 一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，包括：机身、尾翼、带有倾转机构的动力装置和平衡机构，带有倾转机构的动力装置包括固定桨距螺旋桨、发动机舱、滑流舵、机翼、倾转机翼和舵机；发动机舱内安装有发动机，与固定桨距螺旋桨和平衡机构连接；倾转机翼一端固定连接于发动机舱上，另一端可转动地连接于机翼上；滑流舵活动连接于倾转机翼上，舵机驱动滑流舵；带有倾转机构的动力装置对称设置于机身两侧，且与机翼水平设置；机身头部设有通孔，通孔内设涵道风扇；平衡机构设置于机身内部，保持固定翼飞机的平衡。本发明公开的带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，升降惯性小、运行平稳性好且耗油量低。
Description
技术领域
本发明涉及飞机技术领域，更具体的说是涉及一种带平衡器组的可垂直升降固定翼飞机。
背景技术
21世纪以来，越来越多的飞机研制商把目光投向了垂直起降的固定翼飞机，这类飞机具有与直升机相似的功能，不需要借助跑道就能垂直起飞和降落，不同的是，这类飞机在空中能够从悬停状态通过动力倾转平飞加速并过渡到固定翼的飞行模式。
目前，实用的垂直起降固定翼飞机主要是AV-8鹞式战斗机、V-22鱼鹰倾转旋翼飞机、F-35战机。AV-8鹞式战机采用的是飞马发动机，在喷气式发动机基础上采用了排气喷管可旋转的推力换向方案，在实际使用中，这型飞机经常出现可靠性问题，V-22鱼鹰式倾转旋翼机是由美国贝尔公司和波音公司联合设计制造的一款倾转旋翼机，也是一款中型运输机。它通过倾转机翼两端翼尖的两个直升机旋翼而实现旋翼在垂直和水平方向之间的转换，从而较完美地将直升机和固定翼飞机的特点融为一体。在垂直起降状态下，两个旋翼拉力方向垂直于地面，利用自动倾斜器保持机体纵向的姿态稳定。V-22鱼鹰既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行的能力，是一种军民两用的高新技术产品。其主要用于军事需求，并能赋予战场指挥官更多的选择和更大的灵活性。它不需要专门的机场和跑道，维修简单，生存力强，特别适用于进行特种作战，可大大提高军队人员投送，布防，解救人质，灾难救援等行动的速度。
然而，由于V-22鱼鹰采用了两个直升机旋翼，在垂直起降模式下，旋翼需要自动倾斜器来控制飞行器姿态的稳定，增加了控制的难度，并且桨叶采用周期变距装置，也增加了成本；且鱼鹰在垂直起降模式下，旋翼滑流正面吹在机翼翼面之上，造成很大的压差阻力损失，并迫使机翼增加结构强度，进而导致飞行器结构重量增加，降低了飞机的性能。
但是，为了能使任意需要垂直升降的机器平衡升降，一般是需要借助一定的平衡系统，现有技术中所用到的平衡系统有：采用传统的机械式平衡机构，这种机械式平衡机构升降惯性大，速度单一，运行平稳性差，无法达到机器本身性能的需要；或采用专门设有平衡系统的发动机，它虽然能使垂直升降机在垂直起飞时保持基本平衡，但是靠该系统实现飞机垂直升降，不仅耗油量大，航程短，作战半径小，而且安装该系统的升降机需要携带更多的油料，其机动性也较差。
因此，如何提供一种带有平衡器组可垂直升降的固定翼飞机是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种升降惯性小、运行平稳性好且不耗油的垂直升降固定翼飞机。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，包括：机身、尾翼、带有倾转机构的动力装置和平衡机构，所述带有倾转机构的动力装置包括固定桨距螺旋桨、发动机舱、滑流舵、机翼、倾转机翼和舵机；所述发动机舱内安装有发动机，与所述固定桨距螺旋桨和所述平衡机构连接；所述倾转机翼一端固定连接于所述发动机舱上，另一端可转动地连接于所述机翼上；所述滑流舵活动连接于所述倾转机翼上，所述舵机驱动所述滑流舵；所述带有倾转机构的动力装置对称设置于所述机身两侧，且与所述机翼水平设置；所述机身头部设有通孔，通孔内设涵道风扇，用于给所述垂直升降固定翼飞机提供一个向上的升力；所述平衡机构：包括发动机二、发动机三、自动伸缩臂和平衡器组；所述自动伸缩臂设置在所述尾翼上，且与所述发动机二连接；所述平衡器组包括两个左右对称的平衡器，其中左平衡器位于飞机左油箱上方，右平衡器位于飞机右油箱的上方；且均与所述发动机三连接。
优选的，所述平衡器组中的每个所述平衡器都包括：储油缸、继电器、活动槽体内的铜球；其中，左储油缸与所述右油箱之间和右储油缸与所述左油箱之间均通过油管相通，在油管与储油缸的接口处设有钢活塞；所述继电器串联一个活动开关后接在电源上，所述活动开关由三角片接口和铜球构成。
优选的，在所述左储油缸与所述左油箱之间和所述右储油缸与所述右油箱之间均设置有只供液压油从储油缸进入对应油箱的单向阀。
优选的，所述滑流舵轴连接或铰接连接于所述倾转机翼的端部，并位于远离所述固定桨的一端。
优选的，还包括转轴，所述转轴一端可转动地连接于所述机翼上，另一端固定连接于所述倾转机翼上。
优选的，所述机翼包括主机翼和襟翼，所述襟翼活动连接于所述主机翼的一侧，所述主机翼可转动连接于倾转机翼上。
优选的，所述襟翼铰接于所述主机翼的一侧。
优选的，所述机翼的宽度为固定桨距螺旋桨直径的35%-40%。
优选的，所述涵道风扇的直径为所述机身最大宽度的30%-40%。
优选的，所述带有倾转机构的动力装置的数量为2个。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，具有以下有益效果：
（1）、采用前置函道风扇和带有倾转机构的动力装置，其显著减小了旋翼和垂直起降固定翼飞行器的尺寸，同时省去了复杂的自动倾斜器和周期变距装置，结构简单，降低了配平的难度和飞行控制系统的复杂度，提高了系统的可靠性，减少了制造成本；该飞行器具有垂直起降功能，可以不借助跑道起飞和降落，在通航、测绘、巡逻、运输、警戒方面可以发挥很大的作用，也可作为面向民航市场的小型通用飞机。
（2）、本发明所述的固定翼飞机，在飞机垂直起降的状态时，机身两侧的带有倾转机构的动力装置，旋转至发动机轴线垂直于水平面的方向，定桨距螺旋桨向上提供升力，前置的涵道风扇启动，提供一部分升力，并通过涵道风扇转速的变化来改变飞机的俯仰运动，实现飞机俯仰配平；在发动机倾转过程中，通过控制机身两侧发动机的转速来改变两侧螺旋桨的拉力，以控制飞机滚转的运动，使其滚转运动稳定；通过滑流舵的偏转来控制飞行器偏航方向的运动，并使其偏航稳定；当发动机旋转至向前平飞位置时，滑流舵可代替副翼，通过差动使气流偏转，产生飞行器的滚转力矩，控制飞行器的滚转运动，这样使得机翼上可采用大面积的襟翼，在起降过程中对飞机起到更好的增生效果，大大增加了飞机的升力系数，在起飞时有利于飞行器更快地达到平飞状态。
（3）、本发明所述固定翼飞机，在垂直升降状态下，由于固定桨距螺旋桨产生向下的风全部在倾转机翼的范围内，不会再在机翼的位置出现向下的风，从而使得机翼只承受固定桨距螺旋桨产生向上的拉力，而不用再去承受风向下产生的阻力，显著减少了机翼对固定桨距螺旋桨气流产生的阻力损耗，从而使得固定桨距螺旋桨产生的风全部被利用，提高了固定桨距螺旋桨功率的输出效率。
（4）、本发明带有平衡机构，其中的平衡器组具有一定智能化的自动化系统，无需人工操作，通电即可工作；同时安装本发明的飞机易于操作，比同类飞机更省油，使燃油利用率更高，续航能力更长。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的结构示意图。
图2附图为本发明提供的平飞状态的结构示意图。
图3附图为本发明提供的平衡机构的结构示意图。
其中，1为机身，2为尾翼，3为带有倾转机构的动力装置，4为平衡机构，5为涵道风扇，31为固定桨距螺旋桨，32为发动机舱，33为滑流舵，34为机翼，35为倾转机翼，41为自动伸缩臂，42为平衡器组，43为发动机二，44为发动机三，421为储油缸，422为继电器，423为活动槽体内的铜球，424为钢活塞。
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。
本发明实施例公开了一种本实施例可垂直升降固定翼飞机，参见图1-2，其包括机身1、尾翼2和2个带有倾转机构的动力装置3，带有倾转机构的动力装置3包括固定桨距螺旋桨31、发动机舱32、滑流舵33、机翼34、倾转机翼35和舵机36，发动机一安装于发动机舱32内，固定桨距螺旋桨31与发动机的输出轴连接，倾转机翼35一端固定连接于发动机舱32上，另一端可转动的连接于机翼34上，滑流舵33活动连接于倾转机翼35上，舵机36驱动滑流舵33，带有倾转机构的动力装置3对称设置于机身1两侧，并通过连接部连接到机身1上，且与机翼34水平设置，机身1头部设有通孔，通孔内设涵道风扇5，用于给垂直起降固定翼飞行器提供一个向上的升力。
滑流舵33轴连接或铰链连接于倾转机翼35的端部，并位于远离固定桨距螺旋桨31的一端。还包括转轴，转轴一端可转动的连接于机翼34上，另一端固定连接于倾转机翼35上。所述机翼34包括主机翼和襟翼，襟翼活动连接于主机翼的一侧，主机翼可转动连接于倾转机翼35上。涵道风扇5的直径为机身最大宽度的30％-40％。
在飞机垂直升降的状态时，机身1两侧的带有倾转机构的动力装置3，旋转至与发动机轴线垂直于水平面的方向，固定桨距螺旋桨31向上提供升力，前置的涵道风扇5启动，提供一部分升力，并通过涵道风扇5转速的变化来改变飞机的俯仰运动，实现飞机俯仰配平；在发动机倾转过程中，通过控制机身两侧发动机的转速来改变两侧螺旋桨的拉力，以控制飞机滚转的运动，使其滚转运动稳定；通过滑流舵33的偏转来控制飞行器偏航方向的运动，并使其偏航稳定；当发动机旋转至向前平飞位置时，滑流舵33可代替副翼，通过差动使气流偏转，产生可垂直升降固定翼飞机的滚转力矩，控制固定翼飞机的滚转运动，这样使得机翼34上可采用大面积的襟翼，在起降过程中对飞机起到更好的增生效果，大大增加了飞机的升力系数，在起飞时有利于飞行器更快地达到平飞状态。
为了进一步地优化上述技术方案，所述机翼34的宽度为固定桨距螺旋桨31直径的35％-55％。
为了进一步地优化上述技术方案，所述机翼34的长度为固定桨距螺旋桨31直径的40％-50％。
机翼34的长度为固定桨距螺旋桨31直径的40％-45％。
平衡机构4包括自动伸缩臂41和平衡器组42，自动伸缩臂41设置在尾翼2上，自动伸缩臂41与发动机二43连接；平衡器组42包括左、右两个对称的平衡器，其中左平衡器位于升降机的左油箱上方，右平衡器位于升降机的右油箱上方，平衡器组42与发动机三44连接。自动伸缩臂41用来平衡升降机前后的平衡，平衡器组42用来平衡升降机左右的平衡。
如图3所示，平衡器组42中的每一个平衡器都包括储油缸421、继电器422和活动槽体内的铜球423，其中左储油缸与升降机的右油箱通过油管相连通，右储油缸与升降机的左油箱通过油管相连通，在油管与储油缸的接口处设有钢活塞424；在左储油缸与左油箱之间和右储油缸与右油箱之间都设有只供液压油从储油缸进入对应油箱的单向活动阀；继电器422串联一个活动开关后接在电源上，活动开关由三角片接头和铜球构成。在垂直升降机的升降过程中，当遇到左右失衡的时，若是左高右低，左平衡器的左铜球在重力的作用下从活动槽体内滑向左三角片接头，左三角片接头在重力的作用下将活动开关闭合，使得左继电器通电，左继电器控制右平衡器的右钢活塞打开并向左油箱输油，直至左右平衡，若是右高左低，则右平衡器的铜球在重力的作用下从活动槽体内滑向右三角片接头，右三角片接头在重力的作用下将活动开关闭合，使得右继电器通电，右继电器控制左平衡器的左钢活塞打开并向右油箱输油，直至左右平衡。当需要向油箱内补充油的话，则打开相应的单向活动阀。继电器422的磁力必须大于活塞缸内空气对钢活塞的压力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，包括：机身（1）、尾翼（2）、带有倾转机构的动力装置（3）和平衡机构（4）；
所述带有倾转机构的动力装置（3）包括：固定桨距螺旋桨（31）、发动机舱（32）、滑流舵（33）、机翼（34）、倾转机翼（35）和舵机；所述发动机舱（32）内安装有发动机一，与所述固定桨距螺旋桨（31）连接；所述倾转机翼（35）一端固定连接于所述发动机舱（32）上，另一端可转动地连接于所述机翼（34）上；所述滑流舵（33）活动连接于所述倾转机翼（35）上，所述舵机驱动所述滑流舵（33）；所述带有倾转机构的动力装置对称设置于所述机身（1）两侧，且与所述机翼（34）水平设置；所述机身（1）头部设有通孔，通孔内设涵道风扇（5），用于给所述垂直升降固定翼飞机提供一个向上的升力；所述平衡机构（4）：包括发动机二（43）、发动机三（44）、自动伸缩臂（41）和平衡器组（42）；所述自动伸缩臂（41）设置在所述尾翼（2）上，且与所述发动机二（43）连接；所述平衡器组（42）包括两个左右对称的平衡器，其中左平衡器位于飞机左油箱上方，右平衡器位于飞机右油箱的上方；且均与所述发动机三（44）连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述平衡器组（42）中的每个所述平衡器都包括：储油缸（421）、继电器（422）、活动槽体内的铜球（423）；其中，左储油缸与所述右油箱之间和右储油缸与所述左油箱之间均通过油管相通，在油管与所述储油缸（421）的接口处设有钢活塞（424）；所述继电器（422）串联一个活动开关后接在电源上，所述活动开关由三角片接口和铜球构成。
3.根据权利要求2所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，在所述左储油缸与所述左油箱之间和所述右储油缸与所述右油箱之间均设置有只供液压油从所述储油缸（421）进入对应油箱的单向阀。
4.根据权利要求1所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述滑流舵（33）轴连接或铰接连接于所述倾转机翼（35）的端部，并位于远离所述固定桨距螺旋桨（31）的一端。
5.根据权利要求1所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，还包括转轴，所述转轴一端可转动地连接于所述机翼上，另一端固定连接于所述倾转机翼上。
6.根据权利要求1所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述机翼（34）包括主机翼和襟翼，所述襟翼活动连接于所述主机翼的一侧，所述主机翼可转动连接于倾转机翼上。
7.根据权利要求6所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述襟翼铰接于所述主机翼的一侧。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述机翼（34）的宽度为固定桨距螺旋桨直径的35%-40%。
9.根据权利要求8所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述涵道风扇（5）的直径为所述机身最大宽度的30%-40%。
10.根据权利要求9所述的一种带有平衡机构的可垂直升降固定翼飞机，其特征在于，所述带有倾转机构的动力装置的数量为2个。
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