CN110606199A - 半径不等纵列式三旋翼直升机 - Google Patents

半径不等纵列式三旋翼直升机 Download PDF

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CN110606199A CN201911072119.9A CN201911072119A CN110606199A CN 110606199 A CN110606199 A CN 110606199A CN 201911072119 A CN201911072119 A CN 201911072119A CN 110606199 A CN110606199 A CN 110606199A
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Abstract

半径不等纵列式三旋翼直升机，机身顶部设置纵梁，纵梁前，中，后分别设置翼型的小塔，后面小塔比前面小塔高，每个小塔上设置一个旋翼，三个旋翼的旋转面水平且间距相等，每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距和周期变距控制器操纵旋翼升力的大小和方向，设置传动装置使三个旋翼的角速度相同，使前后旋翼的转向相同且与中间旋翼的转向相反，每个旋翼采用相同翼型、相同展弦比、相同数量的桨叶组成，前后旋翼的桨叶半径相同，前后旋翼的桨叶半径等于中间旋翼桨叶半径的0.87倍，使三旋翼的反扭矩相互抵消，旋翼同步装置使三旋翼的相位差始终保持恒定，机身下设置起落架，应用于救护、运输等。

Description

半径不等纵列式三旋翼直升机
技术领域
本发明涉及一种不依赖机场采用多旋翼垂直升降、悬停、前后左右飞行的半径不等纵纵列式三旋翼直升机。
背景技术
目前公知的能实现垂直升降、悬停、前后左右飞行的直升机的成功方法有单旋翼直升机和纵列式双旋翼直升机，单旋翼直升机，俯仰、横滚右单旋翼负责操纵，航向由为螺旋桨专门操纵，具有结构简单操纵灵活的优点，但单旋翼直升机其旋翼的反扭矩需要旋转面垂直的尾螺旋桨平衡，该螺旋桨不产生垂直方向的升力，消耗一点功率，纵列式双旋翼直升机，因采用等速的尺寸相同的一对正反转旋翼，旋翼的反扭矩相互抵消，节省了一点功率，但两个旋翼都要参与俯仰、横滚和航向的操纵，俯仰、横滚和航向都不能独立操纵，操纵特性较单旋翼直升机的操纵特性差，两个旋翼的操纵负担大，航向稳定性较差。
发明内容
为了节省了平衡反扭矩的功率，提高直升机的操纵特性，既有单旋翼直升机较好操纵特性，又有纵列式双旋翼直升机的旋翼的反扭矩相互抵消的优点，本发明提供一种半径不等纵列式三旋翼直升机，实现这一目标。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：三个旋翼采用纵列式布局，机身顶部设置一条纵向的梁，以下称为纵梁，纵梁前端悬臂上设置一翼型小塔，小塔起垂直尾翼的作用，该小塔以下称为第一小塔，在第一小塔上设置第一个旋翼，纵梁的中心在重心上面，在重心上面的机身顶部设置一翼型小塔，小塔起垂直尾翼的作用，该小塔以下称为第二小塔，在第二小塔上设置第二个旋翼，纵梁后端悬臂上设置一翼型小塔，小塔起垂直尾翼的作用，该小塔以下称为第三小塔，在第三小塔上设置第三个旋翼。
设置三个小塔的间距相等，第三小塔比第二小塔高，第二小塔比第一小塔高，可以减小前边旋翼下洗气流对后面旋翼的影响。
三个小塔上的三个旋翼的间距相等，且该间距尺寸小于第二个旋翼的直径，使第一小塔上的第一个旋翼旋转面与第二小塔上的第二个旋翼旋转面在水平投影上有部分重叠，第二小塔上的第二个旋翼旋转面与第三小塔上的第三个旋翼旋转面在水平投影上有部分重叠，节省了三旋翼的占用空间。
每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距控制器操纵旋翼升力的大小，设置周期变距控制器操纵旋翼桨尖旋转面的倾倒角，从而改变旋翼的升力方向。
设置发动机，通过传动装置同时驱动三个旋翼，使三个旋翼的角速度相同，使第一个旋翼和第三个旋翼的转向相同，使第一个旋翼和第二个旋翼的转向相反。
每个旋翼采用相同数量的桨叶组成，第一个旋翼和第三个旋翼采用数量相同、尺寸相同的桨叶，第二个旋翼采用桨叶的数量和第一个旋翼采用桨叶的数量相同、相同的翼型、相同的展弦比、但半径比第一个旋翼桨叶半径大，第一个旋翼的半径尺寸是第二个旋翼的半径尺寸的0.87倍。
设：设第一个旋翼采用两个桨叶，第三个旋翼采用两个桨叶，第二个旋翼采用两个 桨叶，第二个旋翼的桨叶半径为，第一个旋翼的桨叶半径为0.87*，第三个旋翼的桨叶 半径也为0.87*，当采用这种桨叶设置时，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第二个旋 翼的相邻桨叶相位差90°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差90°防止旋翼桨叶相 互碰撞，并减小小塔需要的高度。
或者设：设第一个旋翼采用三个桨叶，第三个旋翼采用三个桨叶，第二个旋翼采用 三个桨叶，第二个旋翼的桨叶半径为，第一个旋翼的桨叶半径为0.87*，第三个旋翼的 桨叶半径也为0.87*，当采用这种桨叶设置时，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第二 个旋翼的相邻桨叶相位差60°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差60°防止旋翼桨 叶相互碰撞，并减小小塔需要的高度。
又或者设：设第一个旋翼采用四个桨叶，第三个旋翼采用四个桨叶，第二个旋翼采 用四个桨叶，第二个旋翼的桨叶半径为，第一个旋翼的桨叶半径为0.87*，第三个旋翼 的桨叶半径也为0.87*，当采用这种桨叶设置时，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第 二个旋翼的相邻桨叶相位差45°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差45°防止旋翼 桨叶相互碰撞，并减小小塔需要的高度。
机身下靠近重心附近设置起落架。
半径不等纵列式三旋翼直升机的工作原理是：为方便说明以3片桨叶的旋翼为例子，设第一个旋翼和第三个旋翼逆时针转，第二个旋翼顺时针转，第一个旋翼采用三个桨叶，第三个旋翼采用三个桨叶，第二个旋翼采用三个桨叶。
旋翼同步装置使第一个旋翼与第二个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持60°，使第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持60°，所以即使三个旋翼的间距相等且小于旋翼的直径，旋翼的桨叶也不会相互碰撞。
设第一个旋翼的桨叶半径为R1，第二个旋翼的桨叶半径为R2， 第三个旋翼的桨叶 半径为R3，第一个旋翼的桨叶宽为b1，第二个旋翼的桨叶宽为b2，第三个旋翼的桨叶宽为b3， 三个旋翼的角速度相同为。
三个旋翼的展弦比相同，所以：
…………………………………………(1)
…………………………………………(2)
设第一个旋翼的实度为，第二个旋翼的实度为，第三个旋翼的实度为。
………………………………………………（3）
………………………………………………（4）
………………………………………………（5）
式中K为旋翼的桨叶数，K=3。所以三个旋翼的实度相同：
=………………………………………………（6）
=………………………………………………（7）
旋翼的扭矩公式是：
…………………………………………（8）
式中旋翼的扭矩，旋翼的扭矩系数， 空气密度，旋翼的半径，旋翼的角速 度。
第一个旋翼的扭矩系数为，第一个旋翼的扭矩为：
………………………………………….（9）
第二个旋翼的扭矩系数为，第二个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（10）
第三个旋翼的扭矩系数为，第三个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（11）
由于旋翼的反扭矩与旋翼的扭矩成正比，所以旋翼的扭矩相同，反扭矩也相同，由于第 一个旋翼和第三个旋翼是相同的，R1=R3，=，所以，=，第一个旋翼和第三个旋 翼的反扭矩是相同的。
令=+，即=2*，第一个旋翼及第三个旋翼的反扭矩的和等于第二 旋翼的反扭矩，第一个旋翼和第三个旋翼转向相同并与第二个旋翼的转向相反，由于三个 旋翼的角速度相同，数量上第一个旋翼和第三个旋翼的反扭矩之和等于第二个旋翼的反扭 矩，而方向相反，所以三个旋翼的反扭矩相互抵消。
=2*（）……………………………………………（11）
由于三个旋翼的实度相同，翼型相同，展弦比相同，桨叶数量相同，所以旋翼的扭矩系数接近相同：
≈……………………………………………（12）
≈……………………………………………（13）
式（11）简化为：
=2…………………………………………………（14）
…………………………………………………（15）
……………………………………………（16）
解式（16）得：≈0.87
由于三个旋翼的角速度相同，在第二个旋翼的桨叶半径为，第一个旋翼的桨叶半径 为0.87*，第三个旋翼的桨叶半径也为0.87*时，数量上第一个旋翼及第三个旋翼的反 扭矩之和等于第二个旋翼的反扭矩，而方向相反，所以三个旋翼的反扭矩相互抵消。
加大驱动旋翼的发动机的油门，同时，操纵三个旋翼的总距增大，三个旋翼的升力加大，当总升力大于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直上升。
减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力等于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机悬停。
继续减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力小于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直下降。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第一个旋翼的周期变距控制器向右倾斜，第一个旋翼的桨尖旋转面向右倾斜，第一个旋翼的升力向右倾斜，同时，操纵第三个旋翼的周期变距控制器向左倾斜，第三个旋翼的桨尖旋转面向左倾斜，第三个旋翼的升力向左倾斜，第一个旋翼和第三个旋翼共同产生向右转向力矩，该力矩驱动机身向右转向；操纵第一个旋翼的周期变距控制器向左倾斜，第一个旋翼的桨尖旋转面向左倾斜，第一个旋翼的升力向左倾斜，同时，操纵第三个旋翼的周期变距控制器向右倾斜，第三个旋翼的桨尖旋转面向右倾斜，第三个旋翼的升力向右倾斜，第一个旋翼和第三个旋翼共同产生向左转向力矩，该力矩驱动机身向左转向，实现航向操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼的周期变距控制器向前倾斜，第二个旋翼的桨尖旋转面向前倾斜，第二个旋翼的升力向前倾斜，机身前俯；操纵第二个旋翼的周期变距控制器向后倾斜，第二个旋翼的桨尖旋转面向后倾斜，第二个旋翼的升力向后倾斜，机身后仰，实现俯仰操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼的周期变距控制器向左倾斜，第二个旋翼的桨尖旋转面向左倾斜，第二个旋翼的升力向左倾斜，使机身向左横滚；操纵第二个旋翼的周期变距控制器向右倾斜，第二个旋翼的桨尖旋转面向右倾斜，第二个旋翼的升力向右倾斜，使机身向右横滚，实现横滚操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵机身前俯，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向前飞行；操纵机身后仰，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向后飞行；操纵机身向左横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向左飞行；操纵机身向右横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向右飞行。
俯仰和横滚由第二个旋翼操纵，航向由第一个旋翼和第三个旋翼操纵，第二个旋翼不参与航向的操纵，将航向的操纵独立开来，提高了半径不等纵列式三旋翼直升机的操纵特性，与单旋翼直升机的操纵相似（单旋翼直升机，旋翼操纵俯仰和横滚，尾螺旋桨操纵航向）。
在第二个旋翼的桨叶半径为，第一个旋翼的桨叶半径为0.87*，第三个旋翼的 桨叶半径也为0.87*，其中系数0.87是≈，≈的近似结果，在0.87正负百分 之5内，即0.82~0.92的范围内，三旋翼的反扭矩基本抵消，未抵消的反扭矩会干扰航向，由 第一旋翼和第三旋翼的航向操纵克服干扰。
本发明的有益效果是，采用三个旋翼，比单旋翼直升机的载重量大很多，三个旋翼的反扭矩相互抵消，减少了克服反扭矩的功率消耗；采用三个旋翼，将航向的操纵由专门的旋翼执行，与单旋翼直升机的操纵相似，旋转面在水平投影上部分重叠，节省了纵列式三旋翼直升机的占用空间，三个旋翼采用相同的实度，提高了悬停效率，纵列式的布局适合在狭窄的地方飞行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明半径不等纵列式三旋翼直升机每个旋翼采用两个桨叶的构造三视图。
图2是本发明半径不等纵列式三旋翼直升机每个旋翼采用三个桨叶的构造三视图。
图3是本发明半径不等纵列式三旋翼直升机每个旋翼采用四个桨叶的构造三视图。
图中1. 采用二个桨叶的第一个旋翼， 2. 采用二个桨叶的第二个旋翼，3. 采用二个桨叶的第三个旋翼，4. 第一个旋翼的总距和周期变距控制器，5.第二个旋翼的总距和周期变距控制器，6.第三个旋翼的总距和周期变距控制器，7. 第一小塔，8. 第二小塔，9.第三小塔，10.纵梁，11.机身， 12. 起落架，301.采用三个桨叶的第一个旋翼， 302. 采用三个桨叶的第二个旋翼，303. 采用三个桨叶的第三个旋翼，
401.采用四个桨叶的第一个旋翼， 402. 采用四个桨叶的第二个旋翼，403. 采用四个桨叶的第三个旋翼，P.重心。
具体实施方式
图1所示实施例中，机身（11）顶部设置一条纵向的梁，以下称为纵梁（10），纵梁（10）前端悬臂上设置第一小塔（7），翼型的第一小塔（7）起垂直尾翼的作用，在第一小塔（7）上设置由两片桨叶构成的第一个旋翼（1），纵梁（10）的中心在重心（P）上面，在重心（P）上面的机身（11）顶部设置第二小塔（8），翼型的第二小塔（8）起垂直尾翼的作用，在第二小塔（8）上设置由两片桨叶构成的第二个旋翼（2），纵梁（10）后端悬臂上设置第三小塔（9），翼型的第三小塔（9）起垂直尾翼的作用，在第三小塔（9）上设置由两片桨叶构成的第三个旋翼（3）。
设置三个小塔的间距相等，第三小塔（9）比第二小塔高（8），第二小塔（8）比第一小塔高（7），可以减小前边旋翼下洗气流对后面旋翼的影响。
三个小塔上的三个旋翼的间距相等，且该间距尺寸小于第二个旋翼（2）的直径，使第一小塔（7）上的第一个旋翼（1）旋转面与第二小塔（8）上的第二个旋翼（2）旋转面在水平投影上有部分重叠，第二小塔（8）上的第二个旋翼（2）旋转面与第三小塔（9）上的第三个旋翼（3）旋转面在水平投影上有部分重叠，节省了三旋翼的占用空间。
每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距控制器操纵旋翼升力的大小，设置周期变距控制器操纵旋翼桨尖旋转面的倾倒角，从而改变旋翼的升力方向。
总距和周期变距控制器（4）驱动第一个旋翼（1）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（5）驱动第二个旋翼（2）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（6）驱动第三个旋翼（3）的桨叶桨距。
设置发动机，通过传动装置同时驱动三个旋翼，使三个旋翼的角速度相同，使第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）的转向相同，使第一个旋翼（1）和第二个旋翼（2）的转向相反。
设：第二个旋翼（2）的桨叶半径为R2，第一个旋翼（1）的桨叶半径为0.87* R2，第三个旋翼（3）的桨叶半径也为0.87* R2，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼（1）与第二个旋翼（2）的相邻桨叶相位差90°，第二个旋翼（2）与第三个旋翼（3）的相邻桨叶相位差90°防止旋翼桨叶相互碰撞，并减小小塔需要的高度。
机身（10）下靠近重心（P）附近设置起落架（12）。
这种半径不等纵列式三旋翼直升机的工作原理是：设第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）逆时针转，第二个旋翼（2）顺时针转。
设第一个旋翼（1）的桨叶半径为R1，第二个旋翼（2）的桨叶半径为R2， 第三个旋翼 （3）的桨叶半径为R3，第一个旋翼（1）的桨叶宽为b1，第二个旋翼（2）的桨叶宽为b2，第三个旋 翼（3）的桨叶宽为b3，三个旋翼的角速度相同为。
三个旋翼的展弦比相同，所以：
…………………………………………(17)
…………………………………………(18)
设第一个旋翼（1）的实度为，第二个旋翼（2）的实度为，第三个旋翼（3）的实度为。
………………………………………………（19）
………………………………………………（20）
………………………………………………（21）
式中K为旋翼的桨叶数，K=2。所以三个旋翼的实度相同：
=………………………………………………（22）
=………………………………………………（23）
旋翼的扭矩公式是：
…………………………………………（24）
式中旋翼的扭矩，旋翼的扭矩系数， 空气密度，旋翼的半径，旋翼的角速度。
第一个旋翼（1）的扭矩系数为，第一个旋翼的扭矩为：
………………………………………….（25）
第二个旋翼（2）的扭矩系数为，第二个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（26）
第三个旋翼（3）的扭矩系数为，第三个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（27）
由于旋翼的反扭矩与旋翼的扭矩成正比，所以旋翼的扭矩相同，反扭矩也相同，由于第 一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）是相同的，R1=R3，=，所以，=，第一个旋翼（1）和 第三个旋翼（3）的反扭矩是相同的。
令=+，即=2*，第一个旋翼（1）及第三个旋翼（3）的反扭矩的和等 于第二旋翼（2）的反扭矩，第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）逆时针转，第二个旋翼（2）顺时 针转，由于三个旋翼的角速度相同，数量上第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）的反扭矩之和 等于第二个旋翼（2）的反扭矩，而方向相反，所以三个旋翼的反扭矩相互抵消。
由=2*、式（25）和式（26）得：
=2*（）……………………………………………（27）
由于三个旋翼的实度相同，翼型相同，展弦比相同，桨叶数量相同，所以旋翼的扭矩系数接近相同：
≈……………………………………………（28）
≈……………………………………………（29）
式（27）简化为：
=2…………………………………………………（30）
…………………………………………………（31）
……………………………………………（32）
解式（32）得：≈0.87
由于三个旋翼的角速度相同，在第二个旋翼（2）的桨叶半径为，第一个旋翼（1）的桨 叶半径为0.87* ，第三个旋翼（3）的桨叶半径也为0.87*时，数量上第一个旋翼（1）及第 三个旋翼（3）的反扭矩之和等于第二个旋翼（2）的反扭矩，而方向相反，所以三个旋翼的反 扭矩相互抵消。
加大驱动旋翼的发动机的油门，同时，操纵三个旋翼的总距增大，三个旋翼的升力加大，当总升力大于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直上升。
减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力等于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机悬停。
继续减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力小于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直下降。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第一个旋翼（1）的周期变距控制器（4）向右倾斜，第一个旋翼（1）的桨尖旋转面向右倾斜，第一个旋翼（1）的升力向右倾斜，同时，操纵第三个旋翼（3）的周期变距控制器（6）向左倾斜，第三个旋翼（3）的桨尖旋转面向左倾斜，第三个旋翼（3）的升力向左倾斜，第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）共同产生向右转向力矩，该力矩驱动机身（11）向右转向；操纵第一个旋翼（1）的周期变距控制器（4）向左倾斜，第一个旋翼（1）的桨尖旋转面向左倾斜，第一个旋翼（1）的升力向左倾斜，同时，操纵第三个旋翼（3）的周期变距控制器（6）向右倾斜，第三个旋翼（3）的桨尖旋转面向右倾斜，第三个旋翼（3）的升力向右倾斜，第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）共同产生向左转向力矩，该力矩驱动机身（11）向左转向，实现航向操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（2）的周期变距控制器（5）向前倾斜，第二个旋翼（2）的桨尖旋转面向前倾斜，第二个旋翼（2）的升力向前倾斜，机身（11）前俯；操纵第二个旋翼（2）的周期变距控制器（5）向后倾斜，第二个旋翼（2）的桨尖旋转面向后倾斜，第二个旋翼（2）的升力向后倾斜，机身（11）后仰，实现俯仰操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（2）的周期变距控制器（5）向左倾斜，第二个旋翼（2）的桨尖旋转面向左倾斜，第二个旋翼（2）的升力向左倾斜，使机身（11）向左横滚；操纵第二个旋翼（2）的周期变距控制器向右倾斜，第二个旋翼（2）的桨尖旋转面向右倾斜，第二个旋翼（2）的升力向右倾斜，使机身（11）向右横滚，实现横滚操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵机身（11）前俯，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向前飞行；操纵机身（11）后仰，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向后飞行；操纵机身（11）向左横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向左飞行；操纵机身（11）向右横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向右飞行。
俯仰和横滚由第二个旋翼（2）操纵，航向由第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）操纵，第二个旋翼（2）不参与航向的操纵，将航向的操纵独立开来，提高了半径不等纵列式三旋翼直升机的操纵特性，与单旋翼直升机的操纵相似（单旋翼直升机，旋翼操纵俯仰和横滚，尾螺旋桨操纵航向）。
图2所示实施例中，机身（11）顶部设置一条纵梁（10），纵梁（10）前端悬臂上设置第一小塔（7），翼型的第一小塔（7）起垂直尾翼的作用，在第一小塔（7）上设置由三片桨叶构成的第一个旋翼（301），纵梁（10）的中心在重心（P）上面，在重心（P）上面的机身（11）顶部设置第二小塔（8），翼型的第二小塔（8）起垂直尾翼的作用，在第二小塔（8）上设置由两三片桨叶构成的第二个旋翼（302），纵梁（10）后端悬臂上设置第三小塔（9），翼型的第三小塔（9）起垂直尾翼的作用，在第三小塔（9）上设置由三片桨叶构成的第三个旋翼（303）。
设置三个小塔的间距相等，第三小塔（9）比第二小塔高（8），第二小塔（8）比第一小塔高（7），可以减小前边旋翼下洗气流对后面旋翼的影响。
三个小塔上的三个旋翼的间距相等，且该间距尺寸小于第二个旋翼（2）的直径，使第一小塔（7）上的第一个旋翼（1）旋转面与第二小塔（8）上的第二个旋翼（2）旋转面在水平投影上有部分重叠，第二小塔（8）上的第二个旋翼（2）旋转面与第三小塔（9）上的第三个旋翼（3）旋转面在水平投影上有部分重叠，节省了三旋翼的占用空间。
每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距控制器操纵旋翼升力的大小，设置周期变距控制器操纵旋翼桨尖旋转面的倾倒角，从而改变旋翼的升力方向。
总距和周期变距控制器（4）驱动第一个旋翼（301）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（5）驱动第二个旋翼（302）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（6）驱动第三个旋翼（303）的桨叶桨距。
设置发动机，通过传动装置同时驱动三个旋翼，使三个旋翼的角速度相同，使第一个旋翼（3011）和第三个旋翼（303）的转向相同，使第一个旋翼（301）和第二个旋翼（302）的转向相反。
设：第二个旋翼（302）的桨叶半径为R2，第一个旋翼（301）的桨叶半径为0.87* R2，第三个旋翼（303）的桨叶半径也为0.87* R2，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼（301）与第二个旋翼（302）的相邻桨叶相位差60°，第二个旋翼（302）与第三个旋翼（303）的相邻桨叶相位差60°防止旋翼桨叶相互碰撞，并减小小塔需要的高度。
机身（10）下靠近重心（P）附近设置起落架（12）。
这种半径不等纵列式三旋翼直升机的工作原理是：设第一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）逆时针转，第二个旋翼（302）顺时针转。
设第一个旋翼（301）的桨叶半径为R1，第二个旋翼（302）的桨叶半径为R2， 第三个 旋翼（303）的桨叶半径为R3，第一个旋翼（301）的桨叶宽为b1，第二个旋翼（302）的桨叶宽为 b2，第三个旋翼（303）的桨叶宽为b3，三个旋翼的角速度相同为。
三个旋翼的展弦比相同，所以：
…………………………………………(33)
…………………………………………(34)
设第一个旋翼（301）的实度为，第二个旋翼（302）的实度为，第三个旋翼（303）的实 度为。
………………………………………………（35）
………………………………………………（36）
………………………………………………（37）
式中K为旋翼的桨叶数，K=3。所以三个旋翼的实度相同：
= ………………………………………………（38）
=………………………………………………（39）
旋翼的扭矩公式是：
…………………………………………（40）
式中旋翼的扭矩，旋翼的扭矩系数， 空气密度，旋翼的半径，旋翼的角速 度。
第一个旋翼（301）的扭矩系数为，第一个旋翼的扭矩为：
………………………………………….（41）
第二个旋翼（302）的扭矩系数为，第二个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（42）
第三个旋翼（303）的扭矩系数为，第三个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（43）
由于旋翼的反扭矩与旋翼的扭矩成正比，所以旋翼的扭矩相同，反扭矩也相同，由于第 一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）是相同的，R1=R3，=，所以，=，第一个旋翼 （301）和第三个旋翼（303）的反扭矩是相同的。
令=+，即=2*，第一个旋翼（301）及第三个旋翼（303）的反扭矩的 和等于第二旋翼（302）的反扭矩，第一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）逆时针转，第二个旋 翼（302）顺时针转，由于三个旋翼的角速度相同，数量上第一个旋翼（301）和第三个旋翼 （303）的反扭矩之和等于第二个旋翼（302）的反扭矩，而方向相反，所以三个旋翼的反扭矩 相互抵消。
由=2*、式（41）和式（42）得：
=2*（）……………………………………………（44）
由于三个旋翼的实度相同，翼型相同，展弦比相同，桨叶数量相同，所以旋翼的扭矩系数接近相同：
≈……………………………………………（45）
≈……………………………………………（46）
式（44）简化为：
=2…………………………………………………（47）
…………………………………………………（48）
……………………………………………（49）
解式（49）得：≈0.87
由于三个旋翼的角速度相同，在第二个旋翼（302）的桨叶半径为，第一个旋翼（301） 的桨叶半径为0.87* ，第三个旋翼（303）的桨叶半径也为0.87*时，数量上第一个旋翼 （301）及第三个旋翼（303）的反扭矩之和等于第二个旋翼（302）的反扭矩，而方向相反，所以 三个旋翼的反扭矩相互抵消。
加大驱动旋翼的发动机的油门，同时，操纵三个旋翼的总距增大，三个旋翼的升力加大，当总升力大于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直上升。
减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力等于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机悬停。
继续减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力小于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直下降。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第一个旋翼（301）的周期变距控制器（4）向右倾斜，第一个旋翼（1）的桨尖旋转面向右倾斜，第一个旋翼（301）的升力向右倾斜，同时，操纵第三个旋翼（303）的周期变距控制器（6）向左倾斜，第三个旋翼（303）的桨尖旋转面向左倾斜，第三个旋翼（303）的升力向左倾斜，第一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）共同产生向右转向力矩，该力矩驱动机身（11）向右转向；操纵第一个旋翼（301）的周期变距控制器（4）向左倾斜，第一个旋翼（301）的桨尖旋转面向左倾斜，第一个旋翼（301）的升力向左倾斜，同时，操纵第三个旋翼（303）的周期变距控制器（6）向右倾斜，第三个旋翼（303）的桨尖旋转面向右倾斜，第三个旋翼（303）的升力向右倾斜，第一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）共同产生向左转向力矩，该力矩驱动机身（11）向左转向，实现航向操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（302）的周期变距控制器（5）向前倾斜，第二个旋翼（302）的桨尖旋转面向前倾斜，第二个旋翼（302）的升力向前倾斜，机身（11）前俯；操纵第二个旋翼（302）的周期变距控制器（5）向后倾斜，第二个旋翼（302）的桨尖旋转面向后倾斜，第二个旋翼（302）的升力向后倾斜，机身（11）后仰，实现俯仰操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（302）的周期变距控制器（5）向左倾斜，第二个旋翼（302）的桨尖旋转面向左倾斜，第二个旋翼（302）的升力向左倾斜，使机身（11）向左横滚；操纵第二个旋翼（302）的周期变距控制器向右倾斜，第二个旋翼（302）的桨尖旋转面向右倾斜，第二个旋翼（302）的升力向右倾斜，使机身（11）向右横滚，实现横滚操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵机身（11）前俯，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向前飞行；操纵机身（11）后仰，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向后飞行；操纵机身（11）向左横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向左飞行；操纵机身（11）向右横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向右飞行。
俯仰和横滚由第二个旋翼（302）操纵，航向由第一个旋翼（301）和第三个旋翼（303）操纵，第二个旋翼（302）不参与航向的操纵，将航向的操纵独立开来，提高了半径不等纵列式三旋翼直升机的操纵特性，与单旋翼直升机的操纵相似（单旋翼直升机，旋翼操纵俯仰和横滚，尾螺旋桨操纵航向）。
图3所示实施例中，机身（11）顶部设置纵梁（10），在纵梁（10）前端悬臂上设置第一小塔（7），翼型的第一小塔（7）起垂直尾翼的作用，在第一小塔（7）上设置由四片桨叶构成的第一个旋翼（401），纵梁（10）的中心在重心（P）上面，在重心（P）上面的机身（11）顶部设置第二小塔（8），翼型的第二小塔（8）起垂直尾翼的作用，在第二小塔（8）上设置由四片桨叶构成的第二个旋翼（402），纵梁（10）后端悬臂上设置第三小塔（9），翼型的第三小塔（9）起垂直尾翼的作用，在第三小塔（9）上设置由四片桨叶构成的第三个旋翼（403）。
设置三个小塔的间距相等，第三小塔（9）比第二小塔高（8），第二小塔（8）比第一小塔高（7），可以减小前边旋翼下洗气流对后面旋翼的影响。
三个小塔上的三个旋翼的间距相等，且该间距尺寸小于第二个旋翼（402）的直径，使第一小塔（7）上的第一个旋翼（401）旋转面与第二小塔（8）上的第二个旋翼（402）旋转面在水平投影上有部分重叠，第二小塔（8）上的第二个旋翼（402）旋转面与第三小塔（9）上的第三个旋翼（403）旋转面在水平投影上有部分重叠，节省了三旋翼的占用空间。
每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距控制器操纵旋翼升力的大小，设置周期变距控制器操纵旋翼桨尖旋转面的倾倒角，从而改变旋翼的升力方向。
总距和周期变距控制器（4）驱动第一个旋翼（401）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（5）驱动第二个旋翼（402）的桨叶桨距，总距和周期变距控制器（6）驱动第三个旋翼（403）的桨叶桨距。
设置发动机，通过传动装置同时驱动三个旋翼，使三个旋翼的角速度相同，使第一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）的转向相同，使第一个旋翼（401）和第二个旋翼（402）的转向相反。
设：第二个旋翼（402）的桨叶半径为R2，第一个旋翼（401）的桨叶半径为0.87* R2，第三个旋翼（403）的桨叶半径也为0.87* R2，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼（401）与第二个旋翼（402）的相邻桨叶相位差45°，第二个旋翼（402）与第三个旋翼（403）的相邻桨叶相位差45°防止旋翼桨叶相互碰撞，并减小小塔需要的高度。
机身（10）下靠近重心（P）附近设置起落架（12）。
这种半径不等纵列式三旋翼直升机的工作原理是：设第一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）逆时针转，第二个旋翼（402）顺时针转。
设第一个旋翼（401）的桨叶半径为R1，第二个旋翼（402）的桨叶半径为R2， 第三个 旋翼（403）的桨叶半径为R3，第一个旋翼（401）的桨叶宽为b1，第二个旋翼（402）的桨叶宽为 b2，第三个旋翼（403）的桨叶宽为b3，三个旋翼的角速度相同为。
三个旋翼的展弦比相同，所以：
…………………………………………(50)
…………………………………………(51)
设第一个旋翼（401）的实度为，第二个旋翼（402）的实度为，第三个旋翼（403）的实 度为。
………………………………………………（52）
………………………………………………（53）
………………………………………………（54）
式中K为旋翼的桨叶数，K=4。所以三个旋翼的实度相同：
=………………………………………………（55）
=………………………………………………（56）
旋翼的扭矩公式是：
…………………………………………（57）
式中旋翼的扭矩，旋翼的扭矩系数， 空气密度，旋翼的半径，旋翼的角速度。
第一个旋翼（401）的扭矩系数为，第一个旋翼的扭矩为：
………………………………………….（58）
第二个旋翼（402）的扭矩系数为，第二个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（59）
第三个旋翼（403）的扭矩系数为，第三个旋翼的扭矩为：
…………………………………………（60）
由于旋翼的反扭矩与旋翼的扭矩成正比，所以旋翼的扭矩相同，反扭矩也相同，由于第 一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）是相同的，R1=R3，=，所以，=，第一个旋翼 （401）和第三个旋翼（403）的反扭矩是相同的。
令=+，即=2*，第一个旋翼（401）及第三个旋翼（403）的反扭矩的 和等于第二旋翼（402）的反扭矩，第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）逆时针转，第二个旋翼 （2）顺时针转，由于三个旋翼的角速度相同，数量上第一个旋翼（1）和第三个旋翼（3）的反扭 矩之和等于第二个旋翼（2）的反扭矩，而方向相反，所以三个旋翼的反扭矩相互抵消。
由=2*、式（58）和式（59）得：
=2*（）……………………………………………（61）
由于三个旋翼的实度相同，翼型相同，展弦比相同，桨叶数量相同，所以旋翼的扭矩系数接近相同：
≈……………………………………………（62）
≈……………………………………………（63）
式（61）简化为：
=2…………………………………………………（64）
…………………………………………………（65）
……………………………………………（66）
解式（66）得：≈0.87
由于三个旋翼的角速度相同，在第二个旋翼（402）的桨叶半径为，第一个旋翼（401） 的桨叶半径为0.87* ，第三个旋翼（403）的桨叶半径也为0.87*时，数量上第一个旋翼 （401）及第三个旋翼（403）的反扭矩之和等于第二个旋翼（402）的反扭矩，而方向相反，所以 三个旋翼的反扭矩相互抵消。
加大驱动旋翼的发动机的油门，同时，操纵三个旋翼的总距增大，三个旋翼的升力加大，当总升力大于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直上升。
减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力等于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机悬停。
继续减少驱动旋翼的发动机的油门，当总升力小于半径不等纵列式三旋翼直升机的重量时，半径不等纵列式三旋翼直升机垂直下降。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第一个旋翼（401）的周期变距控制器（4）向右倾斜，第一个旋翼（401）的桨尖旋转面向右倾斜，第一个旋翼（401）的升力向右倾斜，同时，操纵第三个旋翼（403）的周期变距控制器（6）向左倾斜，第三个旋翼（403）的桨尖旋转面向左倾斜，第三个旋翼（403）的升力向左倾斜，第一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）共同产生向右转向力矩，该力矩驱动机身（11）向右转向；操纵第一个旋翼（401）的周期变距控制器（4）向左倾斜，第一个旋翼（401）的桨尖旋转面向左倾斜，第一个旋翼（401）的升力向左倾斜，同时，操纵第三个旋翼（403）的周期变距控制器（6）向右倾斜，第三个旋翼（403）的桨尖旋转面向右倾斜，第三个旋翼（403）的升力向右倾斜，第一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）共同产生向左转向力矩，该力矩驱动机身（11）向左转向，实现航向操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（402）的周期变距控制器（5）向前倾斜，第二个旋翼（402）的桨尖旋转面向前倾斜，第二个旋翼（402）的升力向前倾斜，机身（11）前俯；操纵第二个旋翼（402）的周期变距控制器（5）向后倾斜，第二个旋翼（402）的桨尖旋转面向后倾斜，第二个旋翼（402）的升力向后倾斜，机身（11）后仰，实现俯仰操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵第二个旋翼（402）的周期变距控制器（5）向左倾斜，第二个旋翼（402）的桨尖旋转面向左倾斜，第二个旋翼（402）的升力向左倾斜，使机身（11）向左横滚；操纵第二个旋翼（402）的周期变距控制器向右倾斜，第二个旋翼（402）的桨尖旋转面向右倾斜，第二个旋翼（402）的升力向右倾斜，使机身（11）向右横滚，实现横滚操纵。
当半径不等纵列式三旋翼直升机在空中时，操纵机身（11）前俯，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向前飞行；操纵机身（11）后仰，同时加大驱动三旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向后飞行；操纵机身（11）向左横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向左飞行；操纵机身（11）向右横滚，同时加大驱动三个旋翼的发动机的油门，半径不等纵列式三旋翼直升机向右飞行。
俯仰和横滚由第二个旋翼（402）操纵，航向由第一个旋翼（401）和第三个旋翼（403）操纵，第二个旋翼（402）不参与航向的操纵，将航向的操纵独立开来，提高了半径不等纵列式三旋翼直升机的操纵特性，与单旋翼直升机的操纵相似（单旋翼直升机，旋翼操纵俯仰和横滚，尾螺旋桨操纵航向）。

Claims (5)

1.一种半径不等纵列式三旋翼直升机，机身下靠近重心附近设置起落架，机身顶部设置一条纵向的梁，以下称为纵梁，纵梁前端悬臂上设置翼型第一小塔，在第一小塔上设置第一个旋翼，纵梁的中心在重心上面，在重心上面的机身顶部设置翼型第二小塔，在第二小塔上设置第二个旋翼，纵梁后端悬臂上设置翼型第三小塔，在第三小塔上设置第三个旋翼，设置三个小塔的间距相等，第三小塔比第二小塔高，第二小塔比第一小塔高，减小前边旋翼下洗气流对后面旋翼的影响，翼型的小塔有垂直尾翼的作用，三个小塔上的三个旋翼的间距相等，且该间距尺寸小于中间旋翼的直径，使第一小塔上的第一个旋翼旋转面与第二小塔上的第二个旋翼旋转面在水平投影上有部分重叠，第二小塔上的第二个旋翼旋转面与第三小塔上的第三个旋翼旋转面在水平投影上有部分重叠，减小三旋翼的占用空间，每个旋翼的旋转面水平设置，每个旋翼的桨叶经桨殼与旋翼轴连接，桨殼配有挥舞铰、摆振铰和变距铰组成的桨叶挥舞装置，设置总距控制器操纵旋翼升力的大小，设置周期变距控制器操纵旋翼桨尖旋转面的倾倒角，从而改变旋翼的升力方向，设置发动机，通过传动装置同时驱动三个旋翼转动，其特征是：使三个旋翼的角速度相同，使第一个旋翼和第三个旋翼的转向相同，使第一个旋翼和第二个旋翼的转向相反，每个旋翼采用采用相同翼型、相同展弦比、相同数量的桨叶组成，前后旋翼的桨叶半径相同，前后旋翼的桨叶半径等于中间旋翼桨叶半径的0.87倍，第一个旋翼和第三个旋翼采的反扭矩之和与第二个旋翼的反扭矩数量相等方向相反，三个旋翼的反扭矩相互抵消，旋翼同步装置使三旋翼的相位差始终保持恒定，防止旋翼桨叶相互碰撞。
2.根据权利要求1所述的半径不等纵列式三旋翼直升机，其特征是，前后旋翼的桨叶半径相同，前后旋翼的桨叶半径等于中间旋翼桨叶半径的0.82～0.92倍。
3.根据权利要求1所述的半径不等纵列式三旋翼直升机，其特征是，三个旋翼都采用两个桨叶，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第二个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持90°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持90°防止旋翼桨叶相互碰撞。
4.根据权利要求1所述的半径不等纵列式三旋翼直升机，其特征是，三个旋翼都采用三个桨叶，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第二个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持60°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持60°防止旋翼桨叶相互碰撞。
5.根据权利要求1所述的半径不等纵列式三旋翼直升机，其特征是，三个旋翼采用四个桨叶，设置旋翼同步装置使，第一个旋翼与第二个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持45°，第二个旋翼与第三个旋翼的相邻桨叶相位差始终保持45°防止旋翼桨叶相互碰撞。
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