CN110539886A - 百向平桨直升飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种百向平桨直升飞行器，包括机身、发动机、传动系统、顶桨旋翼、百向传动器、百向平桨、操纵控制系统等，该飞行器依靠顶桨旋翼提供升力。该飞行器设置了百向平桨，在动力从传动系统传动到百向平桨的传动路径中设置了五种百向传动器中的一种，使百向传动器中的百向合动器轴保持竖直，在动力传动过程中百向平桨可以受控地水平转动、实现百向平桨推力水平变向。这种转动与变向是受百向操控装置控制的，每一种百向传动器具有特定的控制方法。百向平桨可以发挥三种作用：1平衡顶桨旋翼反作用力力矩，2控制偏航，3提供飞行器前飞推进力。

Description

百向平桨直升飞行器

技术领域

本发明涉及一种可垂直升降且可平向飞行的飞行器，具体为设置了百向平桨的，依靠顶桨旋翼提供升力，其轴向指向可水平转动的百向平桨可以提供可变向平向推进力的直升飞行器。

背景技术

现有普通直升机采用顶桨旋翼实施升降，通过周期变矩使顶桨旋翼锥体倾斜来水平平向飞行，向前向后向左向右的平向推进力均依靠顶桨旋翼周期变矩，平桨尾桨的推拉力只用于平衡顶桨水平转矩以及用于调节控制偏航。前向飞行时顶桨旋翼桨盘向前倾提供前向分力，这时顶桨旋翼桨盘也是向下倾的，所以现有直升机前飞时升力效率低、油耗高。如果直升飞机依靠顶桨旋翼提供升力，依靠平桨旋翼提供平向推进力飞行，就可以提高飞行器前飞时的升力效率。一个解决方法是正在研制中的新一代双旋翼顶桨加固定尾桨推进直升机，利用同轴反转双旋翼顶桨提供垂直升力，提供升降控制、偏航控制、滚转控制、左右侧飞控制、俯仰控制、前后飞行控制，直升机巡航前飞时利用轴向指向不变固定向后的可变总距尾桨推进直升机前飞。这种方法可以改进直升机前飞时的升力效率。但偏航控制不够灵活。而且仅适用于双旋翼顶桨直升机，不适于单旋翼顶桨直升机。

本发明的目的是提出另一种解决方法，直升飞行器利用顶桨旋翼提供垂直升力，提供升降控制、滚转控制、左右侧飞控制、俯仰控制、前后飞行控制。同时设置由百向传动器传动的、可改变轴向指向又可变距的百向平桨(尾桨)，使百向平桨既可以平衡顶桨旋翼主动旋转时的反作用力矩，又可以参与偏航控制，还可以在飞行器前飞时提供可变向推动力推进飞行器前飞。这就是百向平桨直升飞行器。百向平桨直升飞行器适用于双旋翼顶桨飞行器，也适于单旋翼顶桨飞行器，其偏航控制更灵活，飞行器前飞时升力效率可以很高。

发明内容

本发明百向平桨直升飞行器，包括机身、发动机、传动系统、顶桨旋翼、百向传动器、百向平桨(尾桨)、操纵控制系统等。所述顶桨旋翼可以是单旋翼或双旋翼，包含总距变距机构、周期变距机构等，还包括其操纵控制装置。所述百向传动器包括其百向操控装置，百向操控装置是通过控制百向传动器的周转控制端(或中心输入端或输入端或周转输入端)最终控制百向传动器输出端围绕百向合动器轴周转的控制装置，一般是从传动系统获得动力的齿轮齿条装置或连杆机构等，或者是动力独立的伺服电机装置等。所述百向平桨可以是单桨或双桨，包含其变距机构，还包括其变距操纵控制装置。该飞行器依靠顶桨旋翼提供升力。本发明百向平桨直升飞行器的关键的特征是在百向平桨(尾桨)的传动系统中设置了百向传动器，使百向传动器输出端与百向平桨连接，使百向平桨可以改变轴向指向，百向平桨的推力(或拉力)方向可以在水平面内改变。

本发明百向平桨直升飞行器设置了百向平桨(尾桨)，且在动力从传动系统传动到百向平桨的传动路径中设置了同向分动百向传动器、同向分动双控百向传动器、双流百向传动器、反向分动百向传动器、反向分动双控百向传动器等五种百向传动器中的一种。使百向传动器中的百向合动器轴保持竖直，使百向传动器的输入端与传动系统连接，使百向传动器的输出端与百向平桨连接，使百向平桨与输出端一起可以围绕百向合动器轴周转。设置百向操控装置控制这种周转，在动力经百向传动器传动到百向平桨的过程中使百向平桨可以水平转动，百向平桨可以受控地改变轴向指向，实现百向平桨推力在水平面内变向。参见图1、图2、图3。通过百向操控装置控制百向传动器输出端的周转，就可以在动力传动的同时控制百向平桨的轴向指向与百向合动器轴呈90度夹角围绕百向合动器轴在水平面内转动。百向平桨的轴向指向可以指向该飞行器的左方、后方、右方等各方向，使平桨的推进力可以指向该飞行器的右方、后方、左方等各方向。这种轴向指向可围绕百向合动器轴水平转动的平桨就称为百向平桨。所述百向平桨可以是螺旋桨或涵道风机，可以是单螺旋桨、单桨涵道风机，或者是双螺旋桨、双桨涵道风机。其中双桨之间关系可以是同轴反转(或称共轴反转或称共轴反桨)。与普通直升机在尾桨中设置变矩装置相似，本发明百向平桨直升飞行器的百向平桨包含变距装置，使其旋翼翼面或其桨叶可以变距，可以调节百向平桨推进力大小或使其推进力为零。在本发明中，这个变矩装置及其变距操纵控制装置与百向平桨的轴向指向一样，要能随同百向传动器输出端随同百向平桨一起围绕百向合动器轴周转。百向平桨的变距范围一般情况下大于等于零，特殊情况下可小于零。当百向平桨的桨距可以变距为小于零的值时，百向平桨(尾桨)的推力转变为拉力。

所述百向传动器可以是同向分动百向传动器、同向分动双控百向传动器、双流百向传动器、反向分动百向传动器或者反向分动双控百向传动器这五种百向传动器中的一种。这五种百向传动器的共同特征是它们的结构中都具有百向合动器，它们的结构可以在传动的同时，使输出端轴向指向与百向合动器轴呈一定夹角，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转且周转可控，形成可周转变向传动。当设定好百向合动器轴之后，用它们各自特定的操控方法各自控制百向操控装置，可以使输出端轴向指向围绕百向合动器轴周转，且这种周转操控可以与可周转变向传动相互独立互不干扰。所述百向操控装置是通过控制百向传动器的周转控制端(或中心输入端或输入端或周转输入端)最终控制百向传动器输出端围绕百向合动器轴转动的控制装置，一般是从传动系统获得动力的齿轮齿条装置或连杆机构，或者是动力独立的伺服电机装置等。这五种百向传动器均可以传动很大功率，传动效率很高，且输出端轴向指向围绕百向合动器轴周转时周转角度的可操控范围很大。

同向分动百向传动器结构参见图4。同向分动百向传动器由同向分动器、换向器与百向合动器组成。所述同向分动器是单排行星排，特征是其行星排符合条件一：其运动特性方程在整理变形后的形式是同向分动器运动方程NA1-k*NB1-(1-k)*NC1＝0,0<k<1.0。在同向分动器行星排中，以NA1对应的部件A1作为同向分动器的输入端，这也是同向分动百向传动器的输入端，以其余两个部件作为同向分动器分动端，分动端B1连接百向合动器中心轮B2，分动端C1连接百向合动器中心轮C2。所述换向器有两类，第一类为单路换向器，用于同向分动器分动端与百向合动器中心轮之间的两个连接之一中，可以使该连接传动的转速绝对值不变旋转方向改变，也就是同轴同转的两个转速转化为同轴反转的两个转速，这类单路换向器可以是锥齿轮形式、锥齿轮行星排形式、平行轴双轴圆柱齿轮形式、变线速单层星行星排形式。第二类为双路换向器，用于两个连接之中，可以使这两个连接传动的两个转速从同轴同转转化为同轴反转，这类双路换向器用于同向分动端与百向合动器中心轮之间的两个连接，可以使同轴同转的两个转速转化为同轴反转的两个转速。所述百向合动器是单排行星排，其行星排轴就是百向合动器轴，其行星排可以是锥齿轮单层星行星排，特征是其行星排符合条件二：其运动特性方程在整理变形后的形式是NA2-0.5*NB2-(1-0.5)*NC2＝0，且NA2对应的行星架j2也是A2作为周转控制端，这也是同向分动百向传动器的周转控制端。以百向合动器中的一个行星轮作为输出端称为单路输出端，以两个行星轮作为输出端称为双路输出端，输出转速为输出端自转转速NX2，这也是同向分动百向传动器的输出端。百向平桨直升飞行器采用的一般是输出端轴向指向周转操控与可周转变向传动完全独立的同向分动百向传动器。参见图4，图中同向分动器采用变线速双层星行星排，通过一个动力来自传动系统的保持水平的旁轴锥齿轮向输入端A1输入转速NA1传动到输出端NX2。图中单路换向器采用行星架固定的锥齿轮行星排形式。图中百向合动器轴保持竖直，行星架周转控制端5上设外齿环，与外齿环啮合的旁轴齿轮8可以向周转控制端输入转速NA2(在实施例1中采用伺服电机操纵控制旁轴齿轮8)，可以调整双路输出端两个转速转化为共轴反桨的两个转速的旁轴连接齿轮7也随输出端一起围绕百向合动器轴周转，双路输出端6的两个转速转化为共轴反桨的两个转速后可以连接双旋翼共轴反桨百向平桨，图中百向平桨的周转角度范围为全圆周。其输出端轴向指向周转操控与可周转变向传动完全相互独立的条件是其同向分动器运动方程NA1-k*NB1-(1-k)*NC1＝0中k＝0.5。在同向分动百向传动器输入端输入转速NA1，在输出端可以输出转速NX2，通过控制周转控制端转速NA2就可以操控输出端轴向指向围绕百向合动器轴周转。这种输出端的周转转速较小，周转控制端的周转幅度也不大。操控周转的百向操控装置可以是伺服电机装置，或者是齿轮齿条装置，或连杆机构。

同向分动双控百向传动器结构参见图5。同向分动双控百向传动器由同向分动器、换向器、同向合动器与百向合动器组成。所述同向分动器是单排行星排，特征是其行星排符合条件一：其运动特性方程在整理变形后的形式是同向分动器运动方程NA1＝0.5*NB1+0.5*NC1，在同向分动器行星排中，以NA1对应的部件A1作为同向分动器的输入端，这也是同向分动双控百向传动器的输入端，以其余两个部件作为同向分动器分动端，分动端B1连接同向合动器输入端输出端B2，分动端C1连接同向合动器输入端输出端C2。所述换向器有两类，第一类为单路换向器，用于同向分动器分动端与同向合动器输入端之间的两个连接之一中，可以使该连接传动的转速绝对值不变旋转方向改变，也就是同轴同转的两个转速转化为同轴反转的两个转速，这类单路换向器可以是锥齿轮形式、锥齿轮行星排形式、平行轴双轴圆柱齿轮形式、变线速单层星行星排形式。第二类为双路换向器，用于两个连接之中，可以使这两个连接传动的两个转速从同轴同转转化为同轴反转，这类双路换向器用于同向分动端与同向合动器输入端之间的两个连接，可以使同轴同转的两个转速转化为同轴反转的两个转速。所述同向合动器是单排行星排，其行星排可以是变线速双层星行星排或普通圆柱齿轮双层星行星排，其行星排的特征是其运动特性方程在整理变形后的形式符合条件二：同向合动器运动方程NA2＝0.5*NB2+0.5*NC2，且NA2对应的中心轮A2作为中心输入端，B2、C2是同向合动器的两个输入端也是两个输出端，作为输入端与同向分动器两个分动端分别连接，作为输出端与百向合动器中心轮的两个连接称为后端连接。后端连接有两种连接模式：连接模式一，两个后端连接的传动比同为n或同为-n，即原本相互同向的两个转速连接传动后保持相互同向，原本相互反向的两个转速连接传动后保持相互反向。连接模式二，两个后端连接的传动比一个为n，另一个为-n，即原本相互同向的两个转速连接传动后转化为相互反向，原本相互反向的两个转速连接传动后转化为相互同向。所述百向合动器是单排行星排，其行星排轴就是百向合动器轴，其行星排可以是锥齿轮单层星行星排，特征是其行星排符合条件三：其运动特性方程在整理变形后的形式是NA3＝0.5*NB3+0.5*NC3，且NA3对应的行星架j3也是A3作为周转控制端，这也是同向分动双控百向传动器的周转控制端。以百向合动器中的一个或两个行星轮作为输出端，输出转速为输出端自转转速NX3，这也是同向分动双控百向传动器的输出端。图5中的12所示部件以一个行星轮为输出端，称为单路输出端，图中的后端连接为连接模式一。同向分动双控百向传动器，其后端连接的连接模式不同，对应的应用方式不同。对应连接模式一有应用方式一：在输入端A1输入转速NA1，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使周转控制端保持自由(这时也可以省略周转控制端)，通过调节中心输入端转速NA2就可以调节输出端轴向指向的周转转速NA3，就可以操控周转，NA2与NA3成正比。对应连接模式一还有应用方式二：在输入端A1输入转速NA1，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使中心输入端保持自由，通过调节周转控制端转速NA3就可以调节输出端轴向指向，就可以操控周转。对应连接模式二有应用方式三：在中心输入端A2输入转速NA2，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使周转控制端保持自由，通过调节输入端转速NA1就可以调节输出端轴向指向的周转转速NA3，就可以操控周转，NA1与NA3成正比。对应连接模式二还有应用方式四：在中心输入端A2输入转速NA2，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使输入端保持自由，通过调节周转控制端转速NA3就可以调节输出端轴向指向，就可以操控周转。这四种应用方式都可以实现输出端轴向指向与百向合动器轴呈90度夹角的，输出端轴向指向指向可以围绕百向合动器轴周转且周转可控的百向传动，周转操控与可周转变向传动相互独立。百向平桨直升飞行器一般采用后端连接为连接模式一、应用方式一的同向分动双控百向传动器。参见图5，同向分动器采用变线速双层星行星排，单路换向器采用锥齿轮形式，同向合动器采用变线速双层星行星排，在中心输入端7设置外齿环，通过与外齿环啮合的旁轴齿轮8输入NA2来操控输出端周转，后端连接为连接模式一，百向合动器采用锥齿轮单层星行星排，单路输出端12用于连接百向平桨。输出端周转的转速较小，操控周转的周转幅度也不大。操控周转的百向操控装置可以是伺服电机装置，或者是齿轮齿条装置，或连杆机构。

双流百向传动器参见图6。双流百向传动器由双流变速传动器与百向合动器构成，具有特定的连接方式与传动路径。设置一个反向输入端通过分动器使输入端转速分动为两个转速相同旋转方向相反的转速传动到双流变速传动器的行星排部件，设置一个同向输入端通过分动器使输入端转速分动为两个转速相同旋转方向相同的转速传动到双流变速传动器的行星排另一种部件，从反向输入端、同向输入端到双流变速传动器的行星排两种部件的连接称为前端连接。所述双流变速传动器的两个行星排可以采用变线速双层星行星排或普通圆柱齿轮单层星行星排，当双流变速传动器采用两个双层星行星排时，其两个运动特性方程为a*Nq1＝(a-1)*Nj1+Nt1与a*Nq2＝(a-1)*Nj2+Nt2，两个输入端通过分动器分别连接到两个行星排的两个太阳轮及两个行星架，两个行星排的两个内齿圈作为两个输出端，当采用两个单层星行星排时，双流变速传动器中的两个运动特性方程为(1+a)*Nj1＝a*Nq1+Nt1与(1+a)*Nj2＝a*Nq2+Nt2，两个输入端通过分动器分别连接到两个行星排的两个太阳轮及两个内齿圈，两个行星排的两个行星架作为两个输出端。所述百向合动器采用单排锥齿轮单层星行星排，其行星排轴就是百向合动器轴，其运动特性方程在整理变形后的形式是Nj3＝0.5*Nt3+0.5*Nq3，Nj3对应的行星架j3作为周转控制端，以太阳轮t3、内齿圈q3作为百向合动器的输入端分别连接双流变速传动器的两个输出端，双流变速传动器两个输出端与百向合动器两个输入端之间的两个连接称为后端连接。在百向合动器行星架上可以设置一组或多组行星轮，以其中一个或两个行星轮作为百向合动器输出端，这也是整个双流百向传动器的输出端，输出转速为行星轮的自转转速Nx3。以一个行星轮作为输出端，称为单路输出端，以共轴反转的两个行星轮为输出端，称为双路输出端。设后端连接的传动比绝对值为n，所述后端连接有两种模式，连接模式一：两个后端连接的传动比同为n或同为-n。连接模式二：两个后端连接的传动比一个为n，另一个为-n。后端连接采用连接模式一的双流百向传动器，反向输入端是双流百向传动器的周转输入端，可以称为z，其转速称为Nz，同向输入端是双流百向传动器的传动输入端,可以称为c，其转速称为Nc。后端连接采用连接模式二的双流百向传动器，同向输入端是双流百向传动器的周转输入端，可以称为z，其转速称为Nz，反向输入端是双流百向传动器的传动输入端，可以称为c，其转速称为Nc。图6中的双流百向传动器的后端连接采用连接模式二，图中输出端9采用两个行星轮是双路输出端，也可以采用单路输出端用于连接百向平桨。双流百向传动器，使周转控制端处于自由状态，当传动输入端、周转输入端这两个旋转构件的转速Nc、Nz确定时，系统中所有旋转构件的转速被决定，输出端行星轮自转转速Nx3也被决定。输入Nc，动力可以从传动输入端转速Nc传动到输出端自转转速Nx3，通过控制Nz值，可以操控百向合动器锥齿轮单层星行星排的行星轮输出端轴向指向垂直于百向合动器轴围绕百向合动器轴受控制地周转，周转转速与Nz成正比，实现了输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转且周转可控的百向传动。使周转输入端处于自由状态，当传动输入端、周转控制端这两个旋转构件的转速Nc、Nj3确定时，系统中所有旋转构件的转速被决定，输出端行星轮自转转速Nx3也被决定。输入Nc，动力可以从传动输入端转速Nc传动到输出端自转转速Nx3，通过控制Nj3的值，可以操控百向合动器锥齿轮单层星行星排的行星轮输出端轴向指向垂直于百向合动器轴围绕百向合动器轴受控制地周转，周转转速即Nj3，实现了输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转且周转可控的百向传动。这两种操控方式中，周转操控与可周转变向传动相互独立互不干扰。输出端的周转转速较小，周转控制端的周转幅度也不大。操控周转的百向操控装置可以是伺服电机装置，或者是齿轮齿条装置，或连杆机构。

反向分动百向传动器结构参见图7。反向分动百向传动器由发行分动器与百向合动器组成。所述反向分动器是单排行星排，特征是其行星排符合条件一：其运动特性方程在整理变形后的形式是反向分动器运动方程NA1＝(1+k)*NB1-k*NC1，k>1.0。在反向分动器行星排中，以NA1对应的部件A1作为反向分动器的输入端，这也是反向分动百向传动器的输入端，以其余两个部件作为反向分动器分动端，分动端B1连接百向合动器中心轮B2，分动端C1连接百向合动器中心轮C2。所述百向合动器是单排行星排，其行星排轴就是百向合动器轴，其行星排可以是锥齿轮单层星行星排，特征是其行星排符合条件二：其运动特性方程在整理变形后的形式是NA2-m*NB3-(1-m)*NC3＝0，0<m<1.0，且NA2对应的行星架j2也是A2作为周转控制端，这也是反向分动百向传动器的周转控制端，以百向合动器中的一个或两个行星轮作为输出端，输出转速为输出端自转转速NX2，这也是反向分动百向传动器的输出端。以较小的转矩控制周转控制端的转速NA2就可以控制输出端的周转。百向平桨直升飞行器采用的反向分动百向传动器，参见图7。图中反向分动器采用变线速双层星行星排，百向合动器采用锥齿轮单层星行星排，周转控制端6设置外齿环，通过与外齿环啮合的旁轴齿轮8向周转控制端输入NA2来控制周转，单路输出端7用于连接百向平桨。其输出端轴向指向周转操控的正向反向转矩差最小的条件是其反向分动器运动方程NA1＝(1+k)*NB1-k*NC1中k确定,其百向合动器运动方程NA2＝m*NB2+(1-m)*NC2中m＝0.5。在反向分动百向传动器输入端输入转速NA1，在输出端可以输出转速NX2，通过控制周转控制端转速NA2就可以操控输出端轴向指向围绕百向合动器轴周转。这种输出端的周转转速较小，周转的幅度不大。操控周转的百向操控装置可以是伺服电机装置，或者是齿轮齿条装置，或连杆机构。

反向分动双控百向传动器结构参见图8。反向分动双控百向传动器由反向分动器、单路换速器、同向合动器与百向合动器组成。所述反向分动器是单排行星排，特征是其行星排符合条件一：其运动特性方程在整理变形后的形式是反向分动器运动方程NA1＝(1+k)*NB1-k*NC1，k>1.0。在反向分动器行星排中，以NA1对应的部件A1作为反向分动器的输入端，这也是反向分动双控百向传动器的输入端，以其余两个部件作为反向分动器分动端，分动端B1连接同向合动器输入端输出端B2，分动端C1连接同向合动器输入端输出端C2。所述同向合动器是单排行星排，其行星排可以是变线速双层星行星排或普通圆柱齿轮双层星行星排，其行星排的特征是其运动特性方程在整理变形后的形式符合条件二：同向合动器运动方程NA2＝0.5*NB2+0.5*NC2，且NA2对应的中心轮A2作为中心输入端，B2、C2是同向合动器的两个输入端也是两个输出端，作为输入端与反向分动器两个分动端分别连接，作为输出端与百向合动器中心轮的两个连接称为后端连接。后端连接有两种连接模式：连接模式一，两个后端连接的传动比同为n或同为-n，即原本相互同向的两个转速连接传动后保持相互同向，原本相互反向的两个转速连接传动后保持相互反向。连接模式二，两个后端连接的传动比一个为n，另一个为-n，即原本相互同向的两个转速连接传动后转化为相互反向，原本相互反向的两个转速连接传动后转化为相互同向。所述百向合动器是单排行星排，其行星排轴就是百向合动器轴，其行星排可以是锥齿轮单层星行星排，特征是其行星排符合条件三：其运动特性方程在整理变形后的形式是NA3＝0.5*NB3+0.5*NC3，且NA3对应的行星架j3也是A3作为周转控制端。这也是反向分动双控百向传动器的周转控制端，以百向合动器中的一个或两个行星轮作为输出端，输出转速为输出端自转转速NX3，这也是反向分动双控百向传动器的输出端。图8中的11所示部件以一个行星轮为输出端，称为单路输出端，图中的后端连接为连接模式一。反向分动双控百向传动器，其后端连接的连接模式不同，对应的应用方式不同。对应连接模式一有应用方式一：在输入端A1输入转速NA1，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使周转控制端保持自由(这时也可以省略周转控制端)，以较小的转矩调节中心输入端转速NA2就可以调节输出端轴向指向的周转转速NA3，就可以操控周转，NA2与NA3成正比。对应连接模式一还有应用方式二：在输入端A1输入转速NA1，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使中心输入端保持自由，以较小的转矩调节周转控制端转速NA3就可以调节输出端轴向指向，就可以操控周转。对应连接模式二有应用方式三：在中心输入端A2输入转速NA2，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使周转控制端保持自由，以较小的转矩调节输入端转速NA1就可以调节输出端轴向指向的周转转速NA3，就可以操控周转,NA1与NA3成正比。对应连接模式二还有应用方式四：在中心输入端A2输入转速NA2，可以传动到输出端形成输出转速NX3，输出端轴向指向可以围绕百向合动器轴周转，使输入端保持自由，以较小的转矩调节周转控制端转速NA3就可以调节输出端轴向指向，就可以操控周转。这四种应用方式都可以实现输出端轴向指向与百向合动器轴呈90度夹角的，输出端轴向指向指向可以围绕百向合动器轴周转且周转可控的百向传动。百向平桨直升飞行器采用的一般是后端连接为连接模式一、应用方式一的反向分动双控百向传动器。参见图8，反向分动器采用变线速双层星行星排，同向合动器采用变线速双层星行星排，在中心输入端6设置外齿环，通过与外齿环啮合的旁轴齿轮7输入NA2来操控输出端周转，后端连接为连接模式一，百向合动器采用锥齿轮单层星行星排，单路输出端11用于连接百向平桨。输出端周转的转速较小，周转的幅度也不大。操控周转的百向操控装置可以是伺服电机装置，或者是齿轮齿条装置，或连杆机构。

百向平桨在百向平桨直升飞行器中的作用，与普通尾桨在普通直升机中的作用类似，当百向平桨轴向指向向右用于平衡顶桨旋翼反作用力力矩时就是如此。但也有不同之处，与普通尾桨不同，百向平桨可以调节其轴向指向围绕百向合动器轴转动，所以具有更多不同的功能与作用。具体如下：

对于装备单旋翼顶桨的百向平桨直升飞行器，设顶桨旋翼顺时针旋转，顶桨旋翼包含总距变距装置与周期变距装置。通过控制百向平桨变距和操控百向平桨轴向指向转向，百向平桨可以发挥三种作用：1，平衡顶桨旋翼反作用力力矩，2，控制偏航，3，提供飞行器前飞推进力。1，平衡顶桨旋翼反作用力力矩，当飞行器悬停顶桨旋翼顺时针主动旋转时，反作用力力矩为反时针。百向平桨可以调整轴向指向向右，调节其变距使推力向左推机身，可以平衡顶桨旋翼反作用力力矩。2，当飞行器顶桨旋翼主动旋转时，百向平桨可以像普通直升机尾桨一样通过调节其变距来调整推力，改变百向平桨相对飞行器质心的力矩，实现控制飞行器偏航的目的。还可以调整百向平桨的轴向指向转动，改变推力方向，改变力矩方向，更快地控制偏航。当百向平桨轴向指向向左、推力向右时，飞行器可以快速向左偏航。3，提供飞行器前飞推进力，当飞行器前飞顶桨旋翼前倾主动旋转时，百向平桨的轴向指向可以指向右后方，调节其变距输出推力，可以产生侧向分力用于平衡顶桨旋翼反作用力力矩，同时产生前向分力与顶桨桨盘的前向分力共同用于推进飞行器前飞。参见图1。当飞行器前飞顶桨旋翼像自转旋翼机旋翼一样被动旋转时，百向平桨的轴向指向可以指向后方，发挥前向推进力的作用，单独给飞行器提供前飞推进力。同时百向平桨轴向指向还可以向左后方或向右后方微调偏转，给前飞中的飞行器提供偏航控制作用。这是百向平桨完全不同于普通直升机尾桨的功能作用。当飞行器顶桨旋翼设置了变速器，可以低速主动旋转时，顶桨旋翼反作用力力矩较小。这时，百向平桨的轴向指向可以指向后方并略偏右，百向平桨主要发挥前向推进力的作用，其次发挥平衡顶桨旋翼反作用力力矩作用，再其次发挥偏航控制作用。这是百向平桨直升飞行器完全不同于普通直升机的功能作用。

对于装备共轴反转双旋翼的百向平桨直升飞行器，不需要平桨(尾桨)平衡顶桨旋翼反作用力力矩。设顶桨旋翼包含周期变距装置与总距变距装置，其双旋翼相互关系为共轴反转，顶桨双旋翼中可以不必设置差异化变距装置，结构可以简化。通过控制百向平桨变距和操控百向平桨轴向指向转向，百向平桨可以发挥两种作用：1，控制偏航，2，提供飞行器前飞推进力。1，普通共轴反桨双旋翼直升机通过差异化变距来产生向左向右的偏航力矩。在本发明中，可以调整百向平桨的轴向指向周转，改变推力方向，改变力矩方向，有效地控制偏航。当百向平桨轴向指向向左、推力向右时，飞行器可以向左偏航。当百向平桨轴向指向向有右、推力向左时，飞行器可以向右偏航。所以必要时可以取消共轴反桨双旋翼中的差异化变距装置，简化结构。2，提供飞行器前飞推进力，无论顶桨双旋翼主动旋转、在变速器调节下低速主动旋转、还是像自转旋翼机旋翼一样被动旋转，百向平桨的轴向指向可以指向后方，调节变距生产推力发挥前向推进力的作用，给飞行器提供前飞推进力。参见图2。同时百向平桨轴向指向还可以向左后方或向右后方微调偏转，提供偏航控制作用。控制偏航的作用是百向平桨完全不同于在研的双顶桨旋翼固定尾桨推进直升机的功能作用。

百向平桨除了设置在飞行器后端作为尾桨，还可以设置在飞行器的前端。与作为尾桨相异，置于前端的百向平桨一般提供拉力，百向平桨的轴向指向变为可以围绕竖直的百向合动器轴转动至向右、向前、向左等各方向。百向平桨的功能作用仍然基本一样，可以平衡顶桨旋翼反作用力力矩、控制偏航、提供飞行器前飞拉力等。百向平桨的各种作用可以单独作用，也可以与飞行器的其他设备装置的作用叠加。例如百向平桨前飞推进力与顶桨旋翼主动旋转顶桨桨盘向前倾斜产生的前飞分力可以叠加。由于百向平桨直升飞行器在顶桨旋翼被动旋转时，百向平桨可以提供前飞推进力使飞行器前飞，这种飞行状态下的飞行器不止是“直升机”，所以本发明称为百向平桨直升飞行器。本发明所述百向合动器轴可以根据实际需要微调设置的角度，可不必绝对竖直设置，根据实际需要可设置成略微前倾、后倾、左倾或右倾。

与普通单旋翼顶桨直升机相对比，本发明百向平桨直升飞行器设置了百向平桨，在顶桨旋翼主动旋转时，改善了偏航控制力，加大了前飞推进力。在顶桨旋翼被动旋转时，可以提供飞行器前飞推进力，提供偏航控制力，可以提高飞行器前飞升力效率。与在研的双旋翼顶桨加固定尾桨推进直升机相对比，提供了偏航控制能力，改善了飞行器侧向飞行能力，必要时可以省略其双旋翼中的差异化变距装置。

本发明所述百向平桨直升飞行器，其有益之处在于：提出了通过在百向平桨的传动系统中设置百向传动器，使百向传动器输出端连接百向平桨。通过百向操控装置控制百向传动器的输出端围绕百向合动器轴周转，使动力在传动到百向平桨的过程中，百向平桨的轴向指向可以围绕百向合动器轴受控周转，指向所需的方向。使得飞行器改善了偏航控制等性能，增加了前飞推进力，尤其是具有了顶桨旋翼被动旋转时，百向平桨灵活变向推进前飞的性能，可以提高飞行器前飞的升力效率。

附图说明

图1为单旋翼顶桨百向平桨直升飞行器在前飞顶桨旋翼主动旋转时百向平桨轴向指向俯视示意图。飞行器机身1，顶桨旋翼2，百向平桨桨盘锥体3，百向传动器4其百向合动器轴竖直。图中单旋翼顶桨顺时针旋转。

图2为百向平桨直升飞行器在前飞顶桨旋翼被动旋转时百向平桨轴向指向俯视示意图。飞行器机身1，顶桨旋翼桨盘锥体2，百向平桨桨盘锥体3，百向传动器4其百向合动器轴竖直。

图3为单旋翼顶桨百向平桨直升飞行器在前飞顶桨旋翼被动旋转时百向平桨轴向指向侧视示意图。飞行器机身1，顶桨旋翼2，百向平桨桨盘锥体3，百向传动器4其百向合动器轴竖直。其中部分动力从传动系统经尾梁经百向传动器传动到百向平桨。

图4为本发明所述同向分动百向传动器的一种示意图，与图1、图2、图3一样都是本发明实施例1的示意图。同向分动器采用变线速双层星行星排，百向合动器采用特性参数为1.0的锥齿轮单层星行星排。向输入端输入NA1的旁轴锥齿轮1轴线保持水平，同向分动器2，单路换向器3，百向合动器轴4保持竖直，周转控制端5上设置外齿环，双路输出端6，用于调整双路输出端两个转速转化为共轴反转两个转速的旁轴连接7也围绕百向合动器轴周转，与外齿环啮合的旁轴输入齿轮8可以向周转控制端输入NA2来操控周转。双路输出端输出的两个行星轮自转转速最终转化为共轴反转的两个转速，可以连接至共轴反转百向平桨。

图5为本发明所述同向分动双控百向传动器的一种示意图。输入端1，一个分动端2，另一个分动端3，轴承固定的锥齿轮4，同向合动器一个输入端输出端5，同向合动器另一个输入端输出端6，中心输入端7设置外齿环，与中心输入端外齿环啮合的旁轴齿轮8可以向中心输入端输入转速NA2，百向合动器一个中心轮9，百向合动器另一个中心轮10，周转控制端11，单路输出端12。其中1、2、3所示部件组成的同向分动器采用变线速双层星行星排。5、6、7所示部件组成的同向合动器采用变线速双层星行星排。其中后端连接为连接模式一。百向合动器采用的锥齿轮单层星行星排的中心轮9、10的齿数相同，单路输出端12用于连接百向平桨。其中4所示部件为单路换向器的轴承固定的锥齿轮。

图6为本发明所述双流百向传动器的一种示意图。反向输入端1，同向输入端2，太阳轮(一个中心轮)3，行星架4，内齿圈(另一个中心轮)5，百向合动器一个中心轮6，百向合动器另一个中心轮7，周转控制端8，输出端9。其中3、4、5所示部件组成的是变线速双层星行星排。其中后端连接采用连接模式二。6、7、8、9所示部件组成的百向合动器采用锥齿轮单层星行星排，百向合动器中9所示部件为双路输出端。

图7为本发明所述反向分动百向传动器的一种示意图。输入端1，一个分动端2，另一个分动端3，一个中心轮4，另一个中心轮5，周转控制端6设置外齿环，输出端7，与外齿环啮合的旁轴齿轮8可以向周转控制端输入转速NA2。其中1、2、3所示部件组成的反向分动器采用变线速双层星行星排。其中百向合动器采用的锥齿轮单层星行星排的中心轮4、5的齿数相同，7为单路输出端用于连接百向平桨。

图8为本发明所述反向分动双控百向传动器的一种示意图。输入端1，一个分动端2，另一个分动端3，同向合动器一个输入端输出端4，同向合动器另一个输入端输出端5，中心输入端6设置外齿环，与中心输入端外齿环啮合的旁轴齿轮7可以向中心输入端输入转速NA2，百向合动器一个中心轮8，百向合动器另一个中心轮9，周转控制端10，单向输出端11。其中1、2、3所示部件组成的反向分动器采用变线速双层星行星排。4、5、6所示部件组成的同向合动器采用变线速双层星行星排。其中后端连接为连接模式一。百向合动器采用的锥齿轮单层星行星排的中心轮8、9的齿数相同，11为单路输出端用于连接百向平桨。

图2中顶桨旋翼与图1、图2、图3中百向平桨均画作三角形以示意旋翼受力时的桨盘锥体。图4中各部件以整幅结构简图示意。图5、图6、图7、图8中各行星排部件依行业惯例以半幅结构简图示意。各部件只示意相互关系，未反映实际尺寸。

具体实施方式

实施例1：本发明百向平桨直升飞行器的实施例1，飞行器俯视示意图参见图1、图2，飞行器侧视示意图参见图3。飞行器包括机身、发动机、传动系统、单旋翼顶桨、百向平桨(尾桨)、操纵控制系统等，其中在百向平桨的传动系统中设置同向分动百向传动器，使动力从传动系统可以传动到百向传动器的输出端，传动到与输出端连接的百向平桨。同向分动百向传动器的百向合动器轴竖直设置在尾梁末端，同向分动百向传动器的输出端与百向平桨连接。设置变距装置控制百向平桨变距，使百向平桨以及百向平桨的变距装置可以围绕百向合动器轴转动。在周转控制端设置外齿环，设置与外齿环啮合的旁轴齿轮，设置伺服电机装置通过旁轴齿轮向周转控制端输入转速NA2，控制周转控制端的转速NA2就可以控制百向平桨围绕百向合动器轴周转。百向传动器与飞行器的关系参见图3。同向分动百向传动器结构简图示意图参见图4，图中同向分动器采用变线速双层星行星排，通过一个动力来自传动系统的轴线保持水平的旁轴锥齿轮1向输入端A1输入转速NA1传动到输出端形成NX2。图中单路换向器采用行星架固定的锥齿轮行星排形式。图中百向合动器轴保持竖直。周转控制端5上设外齿环，与外齿环啮合的旁轴齿轮8可以向周转控制端输入转速NA2。采用伺服电机装置作为百向操控装置控制旁轴齿轮8的转速。可以调整双路输出端两个行星轮转速转化为共轴反桨的两个转速的旁轴连接齿轮7也能随输出端一起围绕百向合动器轴周转。双路输出端6的两个行星轮转速转化为共轴反桨的两个转速后可以连接共轴反桨双旋翼百向平桨，图中百向平桨的周转角度可调范围为全圆周。

当飞行器处于悬停状态，顶桨旋翼顺时针主动旋转时，反作用力力矩为反时针。百向平桨可以调整轴向指向向右，调节其变距使推力向左推机身，可以平衡顶桨旋翼反作用力力矩。百向平桨可以像普通直升机尾桨一样通过调节变距来调整推力，改变百向平桨相对飞行器机身质心的力矩，实现控制飞行器偏航的目的。还可以调整百向平桨的轴向指向转动，改变推力方向，改变力矩方向，更快地控制偏航。当百向平桨轴向指向向左使推力向右时，飞行器可以快速向左偏航。

当飞行器处于前飞状态，顶桨旋翼前倾顺时针主动旋转时，百向平桨的轴向指向可以转动至指向右后方，调节其变距输出推力，可以产生侧向分力用于平衡顶桨旋翼反作用力力矩，同时产生前向分力用于推进飞行器前飞。这时顶桨桨盘的前向分力与百向平桨的前向分力共同推进飞行器前飞。百向平桨向左、向右微调指向可以调节控制飞行器向右、向左偏航。图1就是飞行器处于前飞状态，顶桨旋翼前倾顺时针主动旋转时，百向平桨提供侧向分力平衡顶桨旋翼反作用力力矩，同时也提供部分前向推力的俯视示意图。

当飞行器处于前飞状态，顶桨旋翼像自转旋翼机旋翼一样被动旋转时，百向平桨的轴向指向可以转动至指向后方，发挥前向推进力的作用，单独给飞行器提供前飞推进力。同时百向平桨向左、向右微调指向可以调节控制飞行器向右、向左偏航。图2就是百向平桨单独提供飞行器前飞推力的俯视示意图。图3是其侧视示意图。

上述实施例仅为本发明的部分实施方式，本发明提出，利用顶桨旋翼提供升力的飞行器，只要在其百向平桨的传动路径中设置了五种百向传动器之一。使百向传动器输出端与百向平桨相连接，百向平桨可以围绕竖直的百向合动器轴周转且周转可控。使动力从传动系统经百向传动器传动到百向平桨的过程中，百向平桨轴向指向的转动可控，成为百向平桨，包括百向平桨或后置百向平桨。这样的飞行器均应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.百向平桨直升飞行器，包括机身、发动机、传动系统、顶桨旋翼、百向传动器、百向平桨、操纵控制系统等，所述顶桨旋翼可以是单旋翼或双旋翼，含总距变距机构与周期变距机构等，所述百向传动器含其百向操控装置，所述百向平桨可以是单桨或双桨，含其变距机构等，该飞行器依靠顶桨旋翼提供升力，其特征在于该飞行器设置了百向平桨，且在动力从传动系统传动到百向平桨的传动路径中设置了同向分动百向传动器、同向分动双控百向传动器、双流百向传动器、反向分动百向传动器、反向分动双控百向传动器等五种百向传动器中的一种，使百向传动器中的百向合动器轴保持竖直，使百向传动器的输入端与传动系统连接，使百向传动器的输出端与百向平桨连接，百向平桨与百向传动器输出端一起可以围绕百向合动器轴周转，设置百向操控装置控制这种周转，在动力经百向传动器传动到百向平桨的过程中使百向平桨可以水平转动、百向平桨可以受控地改变轴向指向，实现百向平桨推力水平变向。

2.如权利要求1所述的百向平桨直升飞行器，其特征还在于该飞行器百向平桨轴向指向的改变即百向传动器输出端的周转是受百向操控装置控制的，对于同向分动百向传动器或反向分动百向传动器，通过控制周转控制端来控制周转，对于同向分动双控百向传动器或反向分动双控百向传动器，应用方式一通过控制中心输入端来控制周转，应用方式二通过控制周转控制端来控制周转，应用方式三通过控制输入端来控制周转，应用方式四通过控制周转控制端来控制周转，对于双流百向传动器，通过控制周转输入端或控制周转控制端来控制周转。

3.如权利要求1所述的百向平桨直升飞行器，设置单旋翼顶桨的该飞行器，通过百向平桨控制变距和操控百向平桨轴向指向转向，百向平桨可以发挥三种作用：1，平衡顶桨旋翼反作用力力矩，2，控制偏航，3，提供飞行器前飞推进力，设置共轴反桨双旋翼顶桨的该飞行器，百向平桨可以发挥两种作用：1，控制偏航，2，提供飞行器前飞推进力，百向平桨的各种作用可以单独作用，也可以与该飞行器的其他设备装置的作用叠加。