CN111003164A - 一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机 - Google Patents

Abstract

一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机,包括由一对前旋翼臂（10）和后旋翼臂（12）呈T形拼装而成的机身（1），一对前旋翼臂（10）的动力输出端分别设有与前旋翼臂（10）内的动力传动轴（15）传动并产生推力的主旋翼（4），后旋翼臂（12）的动力输出端设有与后旋翼臂（12）内的动力传动轴（15）传动并产生推力的尾旋翼（5），本发明优点是：将一个发动机的动力输出到三个旋翼上，并分布在机身的两侧和尾部，机动性、升力和飞行速度大幅提升。

Description

一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机

技术领域

本发明涉及多旋翼桨叶直升机技术领域，具体涉及一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机。

背景技术

目前，共轴传动的旋翼桨叶直升机一般都是一台发动机带动一个或两个旋翼桨叶系统旋转，即称之为单旋翼或双旋翼直升机。它们的桨叶布局一般都设计在直升机背部或机身背部的前后各一个，而它们的旋翼系统由桨叶和桨毂组成，桨毂与主传动轴垂直固定安装，桨毂上设有挥舞铰、振摆铰和变矩铰，桨叶采用铰接方式安装在桨毂上，通过液压拉杆来控制变矩姿态。这种旋翼布局和旋翼变矩系统的结构设计，一方面，是导致桨毂与桨叶的铰接方式复杂，旋翼变矩系统体积大，功耗高，变矩机构件繁重，动力转换效率低，飞行速度提升不大；另一方面，当旋翼桨叶在机身背部的布局设计，桨叶旋转产生的推力方向与飞行方向几乎垂直，是导致直升机在飞行时，左右两边的桨叶前行的逆风、后行的顺风，相对空气流的速度是不一样的；比如：一架直升机以130km/h飞行时，旋翼以420km/h速度逆时针旋转，桨叶在左侧90°后行，空速为290km/h，桨叶在右侧90°前行，空速为550km/h，桨叶升力与速度平方成正比，因而右侧的升力远远大于左侧，也就是所谓的升力不对称，此时，直升机有严重向左横滚的趋势。而且桨叶每旋转一周就要经历一次剧烈的受力变化，会产生振动和桨叶材料疲劳。因此，传统的直升机旋翼布局和机构设计无法摆脱旋翼桨叶直升机振摆的诟病，无法向小型化和多旋翼应用方向发展，这就是导致近100年来旋翼桨叶直升机的技术发展瓶颈无法突破。

发明内容

本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机。

本发明包括由一对前旋翼臂和后旋翼臂呈T形拼装而成的机身，前旋翼臂和后旋翼臂均为中空管状，一对前旋翼臂和后旋翼臂内分别设有动力传动轴，机身上设有用于驱动各动力传动轴同步转动的动力装置，一对前旋翼臂的动力输出端分别设有与前旋翼臂内的动力传动轴传动并产生推力的主旋翼，后旋翼臂的动力输出端设有与后旋翼臂内的动力传动轴传动并产生推力的尾旋翼，机身前端设有用于操控飞机的驾驶舱，驾驶舱与后旋翼臂在同一轴线上。

一对主旋翼上分别设有主翼倾转齿轮，一对前旋翼臂的输出端分别设有驱动主翼倾转齿轮转动的主旋翼倾转电机，主旋翼倾转电机的输出轴上设有与主翼倾转齿轮配合的滚轮，主旋翼倾转电机通过滚轮和主翼倾转齿轮配合驱动对应的主旋翼以各自的动力传动轴为轴心倾转；尾旋翼上设有尾翼倾转齿轮，后旋翼臂的输出端设有驱动尾翼倾转齿轮转动的尾翼倾转电机，尾翼倾转电机的输出轴上设有与尾翼倾转齿轮配合的滚轮，尾翼倾转电机通过滚轮和尾翼倾转齿轮配合驱动对应的尾旋翼以后旋翼臂内的动力传动轴为轴心倾转。

一对前旋翼臂位于同一轴线上，后旋翼臂位于一对前旋翼臂中间，并与一对前旋翼臂垂直呈T形分布，一对前旋翼臂与后旋翼臂之间通过上、下、左、右四个结构梁固定，相对的两个结构梁呈对称分布，一对前旋翼臂、后旋翼臂和驾驶舱在同一平面层上；两个主旋翼4的旋转方向相反，且推进的方向相同。

动力装置包括发动机和分配动力的主分动箱，主分动箱内分别设有主动力输入轴、一对主翼动力输出轴和尾翼动力输出轴，主动力输入轴上设有主输入大锥齿轮，尾翼动力输出轴上设有尾翼输出小锥齿轮，一对主翼动力输出轴上分别设有与主输入大锥齿轮传动的主翼输出大锥齿轮以及与尾翼输出小锥齿轮传动的尾翼传动小锥齿轮，发动机的动力输出端与主动力输入轴连接，主翼动力输出轴与前旋翼臂的动力传动轴连接，尾翼动力输出轴与后旋翼臂的动力传动轴连接。

主旋翼包括主翼轴臂架、主翼桨叶、主翼桨毂和桨叶倾转变矩装置，主翼轴臂架一端通过连接构件安装在前旋翼臂上，主翼轴臂架内设有与动力传动轴齿轮传动的主翼传动轴，主翼传动轴两端分别通过轴承与主翼轴臂架活动配合，主翼传动轴上还套装有平面轴承，并通过平面轴承与主翼轴臂架紧密活动配合，主翼桨叶固接在主翼桨毂上，主翼桨毂通过双十字联轴器与主翼传动轴连接；桨叶倾转变矩装置包括四个液压缸、缸体固定座、缸体平衡支架和姿态控制圆盘，四个液压缸分别通过缸体固定座和缸体平衡支架安装在主翼轴臂架上，且四个液压缸以主翼传动轴为轴心呈十字对称分布；姿态控制圆盘套装在双十字联轴器上部，并通过平面轴承与主翼桨毂底部紧密活动配合，四个液压缸的活塞杆分别通过关节轴承与姿态控制圆盘活动连接。

尾旋翼包括尾翼支架、一级齿轮传动箱、二级齿轮传动箱、尾翼桨叶和尾翼倾转控制电机，尾翼支架通过连接构件固定安装在后旋翼臂上，一级齿轮传动箱固接在尾翼支架上，且一级齿轮传动箱的动力输入端与后旋翼臂的动力传动轴连接，尾翼支架上设有二级分动箱固定轴，二级齿轮传动箱通过轴承活动安装在二级分动箱固定轴上，二级齿轮传动箱的动力输入端与一级齿轮传动箱的动力输出端连接，尾翼桨叶与二级齿轮传动箱的动力输出端连接，尾翼倾转控制电机安装在二级齿轮传动箱上，二级分动箱固定轴上设有固定齿盘，尾翼倾转控制电机的输出轴上设有与固定齿盘配合使用的驱动滚轮，尾翼倾转控制电机通过固定齿盘驱动二级齿轮传动箱以二级分动箱固定轴为轴心倾转。

本发明优点是：结构设计巧妙，将一个发动机的动力输出到三个旋翼上，并分布在机身的两侧和尾部，机动性、升力和飞行速度大幅提升；旋翼桨叶变矩方式独特，还彻底改变了旋翼桨毂与传动轴垂直固定安装的方法，并提出了安全可靠的活动安装方法，加上前后倾转旋翼变矩功能稳定可靠，这样能大大提升直升机的飞行速度和机动性，姿态控制也更加灵敏安全平稳，发动机功率转换率高，机身设计也不会太笨重，还能向小型化、多旋翼飞行器方向发展。

附 图 说 明

图1是本发明结构示意图。

图2是主分动箱传动结构示意图。

图3是主分动箱分解结构示意图。

图4是主旋翼结构示意图。

图5是主旋翼内部结构示意图。

图6是尾旋翼结构示意图。

图7是尾旋翼内部结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，图2和图3中隐藏主分动箱箱体，图7中隐藏二级齿轮传动箱52的箱体以及尾翼倾转控制电机54；本发明由一对前旋翼臂10和后旋翼臂12呈T形拼装而成的机身1；这种结构布局设计可以将两个主旋翼4设计在机身1的两侧，旋翼挥舞所产生的过载气流能顺利的通过机身1，不像传统直升机那样，机身背部阻挡并将气流分割到两侧，致使空气流左右不平衡；传统的直升机飞行时，桨叶旋转挥舞角度与机身飞行的方向几乎在一个平面，这会导致桨叶旋转的左右两侧空速相差很大，桨叶每旋转一周都要经历巨大的瞬间力差，这也是产生周期性振摆的原因之一，如果将主旋翼旋转轴倾转至与飞行方向一致，这样就不会有振摆的现象，而且动力转换效率更高；旋翼桨叶在机身背部的直升机，其机身背部阻挡了一部分下行气流，损功耗也很明显。

一对前旋翼臂10和后旋翼臂12内分别设有动力传动轴15，机身1上设有用于驱动各动力传动轴15同步转动的动力装置3，两个主旋翼4和尾旋翼5同步转动，公用一个动力装置，结构简单，旋翼挥舞做功几乎没有损耗，也不会导致旋翼桨叶直升机飞行时左右过载气流不平衡，而且能将发动机的功完全传导到主旋翼4和尾旋翼5上。

一对前旋翼臂10的动力输出端分别设有与前旋翼臂10内的动力传动轴15传动并产生向下推力的主旋翼4，两个主旋翼4的旋转方向相反，且推进的方向相同，两个主旋翼4各自的反扭力可以相互抵消，保持飞行的稳定性。

后旋翼臂12的动力输出端设有与后旋翼臂12内的动力传动轴15传动并产生向后推力的尾旋翼5，机身1前端设有用于操控飞机的驾驶舱2，一对前旋翼臂10位于同一轴线上，驾驶舱2与后旋翼臂12在同一轴线上，一对前旋翼臂10、后旋翼臂12和驾驶舱2在同一平面层上，使飞机的重心位于前旋翼臂10和后旋翼臂12连接处，平稳性好。

一对前旋翼臂10位于同一轴线上，动力装置3设在两者之间，后旋翼臂12从动力装置3位置处并与一对前旋翼臂10垂直呈T形分布，后旋翼臂12与前旋翼臂10垂直，一对前旋翼臂10与后旋翼臂12和动力装置3之间通过上、下、左、右四个结构梁20固定，相对的两个结构梁20呈对称分布，左右和上下均对称，保持自身重力平衡且结构紧凑。

动力装置3包括发动机21和分配动力的主分动箱22，主分动箱22内分别设有主动力输入轴、一对主翼动力输出轴和尾翼动力输出轴，主动力输入轴上设有主输入大锥齿轮23，尾翼动力输出轴上设有尾翼输出小锥齿轮24，一对主翼动力输出轴上分别设有与主输入大锥齿轮23传动的主翼输出大锥齿轮25以及与尾翼输出小锥齿轮24传动的尾翼传动小锥齿轮26，主输入大锥齿轮23与一对主翼输出大锥齿轮25的尺寸规格相同，尾翼输出小锥齿轮24与一对尾翼传动小锥齿轮26的尺寸规格相同，发动机21的动力输出端与主动力输入轴连接，主翼动力输出轴与前旋翼臂10的动力传动轴15连接，尾翼动力输出轴与后旋翼臂12的动力传动轴15连接。

主旋翼4包括主翼轴臂架30、主翼桨叶31、主翼桨毂33和桨叶倾转变矩装置，主翼轴臂架30一端通过连接构件安装在前旋翼臂10上，连接构件通过轴承和前旋翼臂10活动连接，主翼倾转齿轮16固接在主旋翼4的连接构件上，主翼轴臂架30内设有与动力传动轴15齿轮传动的主翼传动轴32，主翼传动轴32两端分别通过轴承与主翼轴臂架30活动连接，主翼传动轴32上与主翼轴臂架30之间还通过平面轴承紧密活动配合，主翼桨叶31固接在主翼桨毂33上，主翼桨毂33通过双十字联轴器34与主翼传动轴32连接；桨叶倾转变矩装置包括四个液压缸35、缸体固定座36、缸体平衡支架37和姿态控制圆盘38，四个液压缸35分别通过缸体固定座36和缸体平衡支架37安装在主翼轴臂架30上，液压缸35的缸体上下两端分别通过缸体固定座36和缸体平衡支架37固定，且四个液压缸35以主翼传动轴32为轴心呈十字对称分布，主翼桨毂33固定安装在双十字联轴器34上部，姿态控制圆盘38套装在双十字联轴器34上部，并位于主翼桨毂33底部，姿态控制圆盘38的顶部通过平面轴承与主翼桨毂33底部紧密活动配合，四个液压缸35的活塞杆分别通过关节轴承与姿态控制圆盘38活动连接；当主翼桨叶31水平旋转时，姿态控制圆盘38为水平静止状，四个液压缸35位于同一水平线上，控制倾转的时候，当其中一个液压缸35向上顶起时，相对的一个液压缸35向下收缩，同时另外两个液压缸35同步向下收缩一段距离，姿态控制圆盘38以另外两个液压缸35铰接点连线为轴线发生姿态倾斜，并带动主翼桨毂33和主翼桨叶31偏转，主翼桨叶31的推力方向发生变化，从而控制飞机的飞行姿态和方向。

尾旋翼5包括尾翼支架50、一级齿轮传动箱51、二级齿轮传动箱52、尾翼桨叶53和尾翼倾转控制电机54，尾翼支架50通过连接构件固定安装在后旋翼臂12上，连接构件与后旋翼臂12之间通过轴承活动连接，一级齿轮传动箱51固接在尾翼支架50上，且一级齿轮传动箱51的动力输入端与后旋翼臂12的动力传动轴15连接，尾翼支架50上设有二级分动箱固定轴55，二级齿轮传动箱52通过轴承活动安装在二级分动箱固定轴55上，二级齿轮传动箱52的动力输入端与一级齿轮传动箱51的动力输出端连接，尾翼桨叶53与二级齿轮传动箱52的动力输出端连接，尾翼倾转控制电机54安装在二级齿轮传动箱52上，二级分动箱固定轴55上设有固定齿盘56，尾翼倾转控制电机54的输出轴上设有与固定齿盘56配合使用的驱动滚轮，尾翼倾转控制电机54通过固定齿盘56驱动二级齿轮传动箱52以二级分动箱固定轴55为轴心倾转；一级齿轮传动箱51为固定不动，起到传动以及与二级分动箱固定轴55配合固定二级齿轮传动箱52的作用，二级分动箱固定轴55与一级齿轮传动箱51的输出轴在同一轴线上，二级齿轮传动箱52可以绕这一轴线转动，二级分动箱固定轴55与后旋翼臂12的动力传动轴15垂直，尾翼倾转控制电机54控制尾翼桨叶53以二级分动箱固定轴55为轴心在90°范围内摆动来调整尾翼桨叶53的力矩角，让尾翼桨叶53能实现直升机上升和前行飞行时产生向下和先后的推力。

一对主旋翼4上分别设有主翼倾转齿轮16，一对前旋翼臂10的输出端分别设有驱动主翼倾转齿轮16转动的主旋翼倾转电机17，主旋翼倾转电机17通过主翼倾转齿轮16驱动对应的主旋翼4以各自的动力传动轴15为轴心整体倾转，用于控制主旋翼4的力矩发生较大倾角，控制主旋翼4推力的方向；当两个主翼轴臂架30向上时，飞机向上飞行，当两个主翼轴臂架30向前时，飞机向前飞行，当两个主翼轴臂架30一个向前一个向后倾斜时，飞机原地转弯。

尾翼倾转齿轮60固接在尾旋翼5的连接构件上，后旋翼臂12的输出端设有驱动尾翼倾转齿轮60转动的尾翼倾转电机61，尾翼倾转电机61通过尾翼倾转齿轮60驱动对应的尾旋翼5以后旋翼臂12内的动力传动轴15为轴心在180度范围内整体倾转；当尾翼倾转电机61驱动尾翼倾转齿轮60带动尾旋翼5整体倾转时，尾翼倾转控制电机54同步驱动固定齿盘56带动尾翼桨叶53以二级分动箱固定轴55为轴心倾转至向下垂直角度，产生向左或右的推力，实现直升机尾翼整体向左或向右做摆尾偏转飞行，当飞机向前飞行时，尾翼桨叶53转动到向后并产生向前的推力。

Claims (6)

1.一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于它包括由一对前旋翼臂（10）和后旋翼臂（12）呈T形拼装而成的机身（1），前旋翼臂（10）和后旋翼臂（12）均为中空管状，一对前旋翼臂（10）和后旋翼臂（12）内分别设有动力传动轴（15），机身（1）上设有用于驱动各动力传动轴（15）同步转动的动力装置（3），一对前旋翼臂（10）的动力输出端分别设有与前旋翼臂（10）内的动力传动轴（15）传动并产生推力的主旋翼（4），后旋翼臂（12）的动力输出端设有与后旋翼臂（12）内的动力传动轴（15）传动并产生推力的尾旋翼（5），机身（1）前端设有用于操控飞机的驾驶舱（2），驾驶舱（2）与后旋翼臂（12）在同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于一对主旋翼（4）上分别设有主翼倾转齿轮（16），一对前旋翼臂（10）的输出端分别设有驱动主翼倾转齿轮（16）转动的主旋翼倾转电机（17），主旋翼倾转电机（17）的输出轴上设有与主翼倾转齿轮（16）配合的滚轮，主旋翼倾转电机（17）通过滚轮和主翼倾转齿轮（16）配合驱动对应的主旋翼（4）以各自的动力传动轴（15）为轴心倾转；尾旋翼（5）上设有尾翼倾转齿轮（60），后旋翼臂（12）的输出端设有驱动尾翼倾转齿轮（60）转动的尾翼倾转电机（61），尾翼倾转电机（61）的输出轴上设有与尾翼倾转齿轮（60）配合的滚轮，尾翼倾转电机（61）通过滚轮和尾翼倾转齿轮（60）配合驱动对应的尾旋翼（5）以后旋翼臂（12）内的动力传动轴（15）为轴心倾转。

3.根据权利要求1所述的一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于一对前旋翼臂（10）位于同一轴线上，后旋翼臂（12）位于一对前旋翼臂（10）中间，并与一对前旋翼臂（10）垂直呈T形分布，一对前旋翼臂（10）与后旋翼臂（12）之间通过上、下、左、右四个结构梁（20）固定，相对的两个结构梁（20）呈对称分布，一对前旋翼臂（10）、后旋翼臂（12）和驾驶舱（2）在同一平面层上；两个主旋翼（4）的旋转方向相反，且推进的方向相同。

4.根据权利要求1所述的一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于动力装置（3）包括发动机（21）和分配动力的主分动箱（22），主分动箱（22）内分别设有主动力输入轴、一对主翼动力输出轴和尾翼动力输出轴，主动力输入轴上设有主输入大锥齿轮（23），尾翼动力输出轴上设有尾翼输出小锥齿轮（24），一对主翼动力输出轴上分别设有与主输入大锥齿轮（23）传动的主翼输出大锥齿轮（25）以及与尾翼输出小锥齿轮（24）传动的尾翼传动小锥齿轮（26），发动机（21）的动力输出端与主动力输入轴连接，主翼动力输出轴与前旋翼臂（10）的动力传动轴（15）连接，尾翼动力输出轴与后旋翼臂（12）的动力传动轴（15）连接。

5.根据权利要求1所述的一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于主旋翼（4）包括主翼轴臂架（30）、主翼桨叶（31）、主翼桨毂（33）和桨叶倾转变矩装置，主翼轴臂架（30）的一端通过连接构件安装在前旋翼臂（10）上，主翼轴臂架（30）内设有与动力传动轴（15）齿轮传动的主翼传动轴（32），主翼传动轴（32）两端分别通过轴承与主翼轴臂架（30）活动配合，主翼传动轴（32）上还套装有平面轴承，并通过平面轴承与主翼轴臂架（30）紧密活动配合，主翼桨叶（31）固接在主翼桨毂（33）上，主翼桨毂（33）通过双十字联轴器（34）与主翼传动轴（32）连接；桨叶倾转变矩装置包括四个液压缸（35）、缸体固定座（36）、缸体平衡支架（37）和姿态控制圆盘（38），四个液压缸（35）分别通过缸体固定座（36）和缸体平衡支架（37）安装在主翼轴臂架（30）上，且四个液压缸（35）以主翼传动轴（32）为轴心呈十字对称分布；姿态控制圆盘（38）套装在双十字联轴器（34）上部，并通过平面轴承与主翼桨毂（33）底部紧密活动配合，四个液压缸（35）的活塞杆分别通过关节轴承与姿态控制圆盘（38）活动连接。

6.根据权利要求1所述的一种共轴倾转三旋翼桨叶直升机，其特征在于尾旋翼（5）包括尾翼支架（50）、一级齿轮传动箱（51）、二级齿轮传动箱（52）、尾翼桨叶（53）和尾翼倾转控制电机（54），尾翼支架（50）通过连接构件固定安装在后旋翼臂（12）上，一级齿轮传动箱（51）固接在尾翼支架（50）上，且一级齿轮传动箱（51）的动力输入端与后旋翼臂（12）的动力传动轴（15）连接，尾翼支架（50）上设有二级分动箱固定轴（55），二级齿轮传动箱（52）通过轴承活动安装在二级分动箱固定轴（55）上，二级齿轮传动箱（52）的动力输入端与一级齿轮传动箱（51）的动力输出端连接，尾翼桨叶（53）与二级齿轮传动箱（52）的动力输出端连接，尾翼倾转控制电机（54）安装在二级齿轮传动箱（52）上，二级分动箱固定轴（55）上设有固定齿盘（56），尾翼倾转控制电机（54）的输出轴上设有与固定齿盘（56）配合使用的驱动滚轮，尾翼倾转控制电机（54）通过固定齿盘（56）驱动二级齿轮传动箱（52）以二级分动箱固定轴（55）为轴心倾转。

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