CN109515704A - 基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器 - Google Patents

基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器 Download PDF

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朱清华
王坤
申遂愿
招启军
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Abstract

本发明公开了一种基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,包括安装于机翼尖部的涵道系统,涵道系统上安装有卷流旋翼,卷流旋翼包含桨毂和至少2片风扇翼,所述的风扇翼由若干个风扇翼节段组成,每个风扇翼节段上设置摆线桨。本发明将摆线桨装置嵌入卷流旋翼的风扇翼节段,优化了现有的卷流旋翼的气动性能,降低了飞行器的噪声和振动,并且还有操纵控制简单和升力推力大的优点,飞行的可靠性更高。

Description

基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及一种涵道卷流旋翼飞行器,特别是涉及一种基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器。
背景技术
一般的扇翼飞行器可以通过翼型前缘横流风扇的高速旋转,使横流风扇内部产生较大的低压涡,从而在翼型前缘上下表面产生较大的压差,使得扇翼飞行能够在低速时产生较大升力,并向后缘排出气流产生推力。而卷流旋翼不同于常见的扇翼飞行器,其采用的是旋转扇翼布局,并使用动力装置对横流风扇进行驱动。由于扇翼在低速时就可以提供很大的升力和前进的推力,因此,在不用额外动力的驱动下,整个卷流旋翼就能够实现自转。卷流旋翼与普通旋翼最大的区别就在于其旋翼是自转的,不需要采取相关的一些措施来平衡反扭矩,减少了很多传动装置,使得结构更加简单,重量得以减轻。此外,卷流旋翼飞行器不需要外部装置来提供推力,而且可以实现悬停。但是当前卷流旋翼也存在很多不足,比如卷流旋翼的横流风扇叶片是绕传动轴四周相互平行布置的,每次有叶片转到凹台后端进入圆弧内和转到凹台前端叶片离开圆弧那一瞬间,风扇翼升力都会出现波动,并呈周期性变化,不仅带来升力值波动,而且带来整个装置的振动,降低了气动效率,不利于飞行器正常工作使用。而摆线桨技术将桨叶作为升力面,其攻角随着桨盘转动显连续的周期变化,这种俯仰运动大大提高了摆线桨的气动效率,另外摆线桨技术对于拉力大小与方向的控制也简单且高效。但是目前尚没有将摆线桨技术应用到卷流旋翼装置中改善其气动性能的方法。
发明内容
发明目的:本发明要解决的技术问题是提供一种基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,减轻了涵道卷流旋翼升力的周期性波动,降低了飞行器的噪声和振动,提高了飞行器的气动效率。
技术方案:本发明所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,包括安装于机翼尖部的涵道系统,涵道系统上安装有卷流旋翼,卷流旋翼包含桨毂和至少2片风扇翼,所述的风扇翼由若干个风扇翼节段组成,每个风扇翼节段上设置摆线桨。
进一步的,所述的风扇翼节段包括圆弧凹台,圆弧凹台的两端设置支撑板,圆弧凹台的内部设置能够自转的摆线桨,摆线桨两端轴向连接在支撑板上,支撑板上设置有电机,圆弧凹台的一侧设置斜面,斜面下方设置传动机构,电机通过传动机构带动摆线桨旋转。
进一步的,所述的摆线桨包括固定连接在支撑板上的中心轴,中心轴两端分别固定设置有支架齿轮,支架齿轮内侧固定连接桨叶支架,桨叶支架和支架齿轮能够随着中心轴转动,两端支架齿轮中间转动连接桨叶,一端桨叶支架的外表面设置偏心块,偏心块活动连接在桨叶支架上,偏心块上固定连接有变距连杆的一端,变距连杆另一端转动连接在桨叶上,偏心块能够通过变距连杆改变桨叶的迎角。
进一步的,所述摆线桨包括中心轴,中心轴两端设置有套接在其上用于支撑桨叶的桨叶支架,在一侧桨叶支架外侧固定连接有中心设置通孔的支架齿轮,中心轴穿过支架齿轮的通孔,支架齿轮能够带动桨叶支架绕中心轴转动,两个桨叶支架中间转动连接桨叶,所述的中心轴一端固定连接于支撑板上,另一端与偏心块固定连接,偏心块上设置有偏心杆,变距连杆的一端连接在偏心杆上,另一端转动连接在桨叶的侧面,变距连杆能够随桨叶绕偏心杆转动,偏心块能够通过变距连杆改变桨叶的迎角。
进一步的,所述的传动机构由与中心轴轴向平行的传动轴、电机皮带、摆线桨皮带组成,摆线桨皮带套接在传动轴和摆线桨上,电机皮带套接在电机和传动轴上,电机通过电机皮带带动传动轴旋转,进而带动摆线桨旋转。
进一步的,所述的涵道系统包括涵道、支撑横梁和舵面,支撑横梁固定在涵道内部,舵面与涵道转动连接,可左右偏转改变涵道的气动力方向。
进一步的,飞行器的尾部设置有尾推螺旋桨。
有益效果:本发明将摆线桨装置嵌入卷流旋翼的风扇翼节段,优化了现有的卷流旋翼的气动性能,降低了飞行器的噪声和振动,并且还有操纵控制简单和升力推力大的优点,飞行的可靠性更高。
附图说明
图1是本发明的立体图;
图2是涵道系统结构示意图;
图3是卷流旋翼结构示意图;
图4是风扇翼及其节段结构示意图;
图5是风扇翼节段的电机与传动机构工作示意图;
图6、7是摆线桨结构示意图;
图8是摆线桨运行时矢量推力示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的一种基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,主要包括机身1、起落架2、机翼3、副翼4、涵道系统5、卷流旋翼6、尾推螺旋桨7。涵道系统5设置在机翼3的尖部,如图2所示,每个涵道系统5包括涵道8、支撑横梁9和舵面10,舵面10与涵道系统6通过铰链连接,可左右偏转,改变涵道气动力方向。如图3所示,涵道系统5上安装有卷流旋翼6,每个卷流旋翼6包含桨毂11和两片风扇翼12,也可以安装多个风扇翼12,涵道系统5与卷流旋翼6通过轴承连接。如图4所示,每片风扇翼12由若干个风扇翼节段13组成,风扇翼节段13包括了圆弧凹台15、支撑板16、斜面17、摆线桨装置18、传动机构14和电机20。圆弧凹台15的两端设置支撑板16,圆弧凹台15的内部设置能够自转的摆线桨18,摆线桨18两端轴向连接在支撑板16上,支撑板16上设置有电机20,圆弧凹台15的径向横截面底端前侧为锐角,上面设置斜面17,底端后侧为圆弧状,斜面17下方设置传动机构14,电机20通过传动机构14带动摆线桨18旋转,产生相对于风扇翼12向前的推力,进而带动卷流旋翼6自转,产生向上的升力。
如图6和图7所示,所述摆线桨18包括中心轴27,中心轴27两端设置有套接在其上用于支撑桨叶24的桨叶支架25,在一侧桨叶支架25外侧固定连接有中心设置通孔的支架齿轮26,中心轴27穿过支架齿轮26的通孔,支架齿轮26能够带动桨叶支架25绕中心轴27转动,两个桨叶支架25中间转动连接桨叶24,所述的中心轴27一端固定连接于支撑板16上,另一端与偏心块29固定连接,偏心块29固定连接于另一侧的支撑板16上,偏心块29上设置有偏心杆30。变距连杆28的一端与桨叶24铰链连接,以允许有相对旋转自由度,另一端与对中心轴27有偏置量的偏心块29上的偏心杆30通过轴承连接。偏心块29能够通过变距连杆28改变桨叶24的迎角,可以在安装的过程中对所述偏心块29设置偏置量,使桨叶24在不同旋转位置均具有迎角,形成始终向某一方向(可调)合力的旋转状态,最终提供某一固定方向的推力。所述通过这种机构就可以实现各个桨叶24在不同旋转位置具有最优的迎角,而迎角的大小取决于偏心块29的偏置量的大小。如果偏心块29的偏置量是一定的,各桨叶24在不同位置的迎角则也是一定的,通过改变摆线桨18偏心块29位置,引导气流沿斜面17平滑流动,增大斜面17与风扇翼14底面压力差,增大风扇翼14的升力,同时摆线桨18自身产生相对于风扇翼14前缘向前的推力与向上的升力,进一步提高卷流旋翼6的气动性能。因此将摆线桨18运用于卷流旋翼6的好处是,通过改变偏心块29的位置,可同时改变升力与推力,与传统卷流旋翼相比,对其的气动特性起到优化作用,可以通过改变电机20的转速以改变产生的拉力大小,或通过稍微的调节偏心块29的位置也可以改变拉力的方向,操作简单灵活,并具有优异的机动性和操纵性。摆线桨18二维矢量推力控制示意图如图8所示。
如图5所示,传动机构14由与中心轴27轴向平行的传动轴21、电机皮带22、摆线桨皮带23组成,摆线桨皮带23套接在传动轴21和摆线桨18上,电机皮带22套接在电机20和传动轴21上,电机20通过电机皮带22带动传动轴21旋转,进而带动摆线桨18旋转。
本发明的飞行器利用安装摆线桨18的卷流旋翼6为主升力结构,涵道8与机翼3为辅助升力结构,这种组合形式可以在很大程度上提高飞行器的升力,可实现垂直起降,尾推螺旋桨7为主推力结构,在离地后启动尾推螺旋桨7,提高飞行器的前飞速度,实现大速度前飞,舵面10与副翼4控制飞行器俯仰、偏航、滚转运动。

Claims (6)

1.一种基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,包括安装于机翼(3)尖部的涵道系统(5),涵道系统(5)上安装有卷流旋翼(6),卷流旋翼(6)包含桨毂(11)和至少2片风扇翼(12),其特征在于:所述的风扇翼(12)由若干个风扇翼节段(13)组成,每个风扇翼节段(13)上设置摆线桨(18)。
2.根据权利要求1所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,其特征在于:所述的风扇翼节段(13)包括圆弧凹台(15),圆弧凹台(15)的两端设置支撑板(16),圆弧凹台(15)的内部设置能够自转的摆线桨(18),摆线桨(18)两端轴向连接在支撑板(16)上,支撑板(16)上设置有电机(20),圆弧凹台(15)的一侧设置斜面(17),斜面(17)下方设置传动机构(14),电机(20)通过传动机构(19)带动摆线桨(18)旋转。
3.根据权利要求2所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,其特征在于:所述摆线桨(18)包括中心轴(27),中心轴(27)两端设置有套接在其上用于支撑桨叶(24)的桨叶支架(25),在一侧桨叶支架(25)外侧固定连接有中心设置通孔的支架齿轮(26),中心轴(27)穿过支架齿轮(26)的通孔,支架齿轮(26)能够带动桨叶支架(25)绕中心轴(27)转动,两个桨叶支架(25)中间转动连接桨叶(24),所述的中心轴(27)一端固定连接于支撑板(16)上,另一端与偏心块(29)固定连接,偏心块(29)上设置有偏心杆(30),变距连杆(28)的一端连接在偏心杆(30)上,另一端转动连接在桨叶(24)的侧面,变距连杆(28)能够随桨叶(24)绕偏心杆(30)转动,偏心块(29)能够通过变距连杆(28)改变桨叶(24)的迎角。
4.根据权利要求3所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,其特征在于:所述的传动机构(14)由与中心轴(27)轴向平行的传动轴(21)、电机皮带(22)、摆线桨皮带(23)组成,摆线桨皮带(23)套接在传动轴(21)和摆线桨(18)上,电机皮带(22)套接在电机(20)和传动轴(21)上,电机(20)通过电机皮带(22)带动传动轴(21)旋转,进而带动摆线桨(18)旋转。
5.根据权利要求1所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,其特征在于:所述的涵道系统(5)包括涵道(8)、支撑横梁(9)和舵面(10),支撑横梁(9)固定在涵道(10)内部,舵面(10)与涵道(8)转动连接,可左右偏转改变涵道(8)的气动力方向。
6.根据权利要求1至5所述的基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器,其特征在于:飞行器的尾部设置有尾推螺旋桨(7)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111506096A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 南京航空航天大学 一种尾推式双涵道无人机模糊自适应姿态控制方法

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