CN112238939A - 新构型倾转旋翼飞行器及其飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新构型倾转旋翼飞行器及其飞行控制方法，该飞行器在机身尾部设置有常规垂尾和平尾，机身中部两侧设置有两副机翼。所述的机翼包括通过折叠机构连接的内段机翼和外段机翼，外段机翼末端装有一副可折叠的旋翼；所述的外段机翼能通过折叠机构绕内段机翼同时完成折叠与旋转两个动作。该飞行器垂直起降时，能减小机翼对旋翼下洗流造成的阻碍；另一方面，可以减小机体体积，降低投影面积。该飞机在空中飞行时机翼展开，旋翼折叠，可有效减小高速前飞时旋翼带来的阻力，从而提升前飞速度。

Description

新构型倾转旋翼飞行器及其飞行控制方法

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体是一种新构型倾转旋翼飞行器及其飞行控制方法。

背景技术

航空技术装备在军民领域均有重要作用。从军用方面来看缺乏制空权会导致陆军和海军的军用装备和人员暴露在敌方空中打击下，难以组织起有效的攻击和防御。从民用方面来看，先进的民用航空器可以让人们的出行边的更加便捷，并且随着无人机的出现，森林消防，农业植保等方面，使得航空领域变得愈来愈重要。

其中传统固定翼飞机机翼尺寸大，整机体积大，在地面时占用空间大，运输携带不方便。并且起飞时需要一段距离的跑道。旋翼类飞行器虽然可以垂直起降，但是由于旋翼类飞行器速度过快时，前行桨叶常常产生激波，后行桨叶则会发生失速，导致其最大前飞速度受到限制。而倾转旋翼机是将固定翼飞机和直升机特点融为一体的新型飞行器，兼备固定翼高速巡航和直升机垂直起降和悬停的优点，但传统的倾转旋翼机在垂直起降的时候固定翼段会遮挡一部分旋翼下洗气流，致使整机升力下降。而且倾转过程中固定翼下方气流紊乱，特别是倾转过程中的机身力矩难以平衡，使倾转旋翼飞行器机身姿态控制难度增高。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种新构型倾转旋翼飞行器及其飞行控制方法，该飞机垂直起降时，能减小旋翼下洗气流对机翼造成的冲击；另一方面，可以减小机体体积，降低占地面积。该飞机在空中飞行时机翼展开，旋翼折叠，可有效减小高速前飞时的阻力，从而提升前飞速度。

本发明提供了一种新构型倾转旋翼飞行器，包括机身，机身尾部设置有垂尾和平尾，机身侧方设置有机翼，所述的机翼包括通过折叠机构连接的内段机翼和外段机翼，外段机翼前后两端分别装有旋翼结构；所述的外段机翼通过折叠机构绕内段机翼同时完成折叠与旋转两个动作。

进一步改进，所述的外段机翼前端旋翼结构为折叠结构。

进一步改进，所述的机翼包括分布在机身前端和中端的两对机翼。

进一步改进，所述的两对机翼位于不同的水平面上,外段机翼折叠旋转时下侧外段机翼向前侧折叠旋转，上侧外段机翼向后侧折叠旋转。

进一步改进，所述的折叠机构包括固定端、底座、转动端、轴套和转动舵机，其中固定端和底座固定在内段机翼上，转动舵机与底座固定连接，转动端与外段机翼固定，转动端上固定有轴套，转动舵机通过传动链条与轴套相连，转动舵机通过传动链条带动转动端进行转动。

进一步改进，所述的轴套上下两个端面分别设置有止推轴承。

本发明还提供了一种新构型倾转旋翼飞行器的飞行控制方法，包括以下过程：

1)当飞行器垂直起降时，外段机翼为折叠状态，外段机翼前端的旋翼结构展开，整机成为四轴飞行器，通过改变四个旋翼的总距从而改变升力，控制整个飞机在旋翼状态下的垂直起降和低速飞行；

2)当飞行器水平低速飞行时，外段机翼为展开状态，外段机翼前端的旋翼结构也为展开状态，整个机体为固定翼模式；

3)当飞行器水平高速前飞时，外段机翼前端的旋翼结构折叠，大大减小高速前飞时的阻力，由外段机翼后端的螺旋桨结构提供推力；飞行器通过舵面来进行飞行操纵，平尾和垂尾可以为飞机提供稳定性。

其中，机翼由折叠到打开及由打开到折叠的过程中，四个外段机翼同一时刻开始运动。

本发明有益效果在于：

与传统的倾转旋翼机相比较，本发明可倾转与可折叠旋翼的飞行器的优势主要有两点，其一是垂直起降时大大减小固定机翼对旋翼下洗流的阻碍，减小升力损失，提高垂直起降的稳定性；其二是四个外段机翼分为两组向相反方向折叠，从而抵消了过渡过程产生的力矩，使得飞机在过渡过程中姿态更加稳定。

垂直起降时机翼折叠，对起飞降落的场地限制更小。可以在多轴和固定翼模式之间自由切换。采用固定翼飞行时，比传统倾转旋翼机的航程更远，飞行速度更快。并且，固定翼模式时将前旋翼折叠可以减小相当大的阻力，使飞机更加节油经济。

附图说明

图1是本发明的平飞状态轴侧视意图；

图2是本发明的垂直状态轴侧视意图；

图3是本发明的旋翼折叠平飞状态轴侧示意图；

图4是本发明的过渡状态轴侧示意图；

图5是本发明的垂直状态三视图；

图6是本发明的平飞状态三视图；

图7是本发明的旋翼展开状态的侧视图；

图8是本发明的旋翼折叠状态的侧视图；

图9是本专利的旋翼倾转机构旋转角度示意图；

图10是本专利的旋翼倾转机构部件关系图；

图11是本专利的旋翼倾转机构在整机中的布置位置；

图12是本专利的旋翼倾转机构的位置放大图；

图13是本专利的旋翼倾转机构的工作示意图；

图14是本专利的旋翼倾转机构的结构爆炸示意图。

图中，固定端1,、止推轴承2、轴套3、转动舵机4、链条轮5、传动链条6、底座7、转动端8、止推轴承9、止推轴承10、机身11、平尾12、垂尾13、外段机翼14、内段机翼15、旋翼系统16、螺旋桨系统17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明包括机身11，机身11尾部设置有垂尾13和平尾12，机身侧方设置有机翼，所述的机翼包括通过折叠机构连接的内段机翼15和外段机翼14，外段机翼前后两端分别装有旋翼结构；所述的外段机翼14通过折叠机构绕内段机翼15同时完成折叠与旋转两个动作。

所述的外段机翼前端旋翼结构为折叠结构的旋翼系统16，后端旋翼结构为螺旋桨系统17。所述的机翼包括分布在机身前端和中端的两对机翼，两对机翼位于不同的水平面上,外段机翼折叠旋转时下侧外段机翼向前侧折叠旋转，上侧外段机翼向后侧折叠旋转。

实施例1：

附图1是本发明可倾转与可折叠旋翼飞行器的平飞状态图，此状态可由前端旋翼系统16提供向前的拉力，同时后端螺旋桨系统17也可提供向前的推力。而机翼系统提供飞机的升力。

附图2是本发明可倾转与可折叠旋翼飞行器的垂直飞行状态图，此时上侧外段机翼14为向后折叠状态，下侧外段机翼为向前折叠状态。旋翼系统16通过控制总距和周期变距来进行飞机的操纵。

附图3是可倾转与可折叠旋翼飞行器在高速前飞下的示意图，此状态旋翼系统16的桨叶进行折叠，可以降低高速前飞时旋翼系统带来的的阻力。

附图7是旋翼与螺旋桨系统，旋翼和螺旋桨的动力由同一根轴输入，在内部进行转换。主要结构有减速器、离合器、刹车盘等。

实施例2：

飞行器在倾转过渡段，飞机逐渐建立前飞速度，此时旋翼提供的升力逐渐下降，机翼提供的升力逐渐上升。同时旋翼的阻力进一步增加，螺旋桨开始介入工作。等到飞行器完全建立了前飞速度之后，飞机的升力由固定机翼提供，此时旋翼刹车，停止工作，由折叠机构收回在机身两侧，同时螺旋桨进入工作状态，提供飞机平飞时的推力。而由平飞转换到垂直起降的过程和上述过程相反。

实施例3：

为了能够在一个旋转动作中同时实现机翼向两个方向的旋转，本实例设计了一个特殊的平面角度，使得给机构能在一个旋转动作中实现。该设计的关键在于设计倾转机构斜面的特殊角度。通过立体几何的方法进行计算，可以得出两个关键的设计角度分别如图9和图10所示，即从俯视图来看，该斜面与水平的夹角为

而从侧视图来看，该斜面与水平面的夹角为

经过几何模型的验证，该角度设计能满足上文提出的设计要求。具体的角度和工作状态的具体部件关系如附图9和附图10中所示。

该折叠机构在飞机整体中的位置如附图11附图12示。

如附图13所示，该机构的工作部件主要由6个部分组成。固定端1和底座7被固定在内侧机翼上，转动端8与转动的机翼相固联。当机翼转动时，由转动舵机4通过传动链条6带动转动端8进行转动，来实现机构的转动。其中轴套3为固定转动端的部件。

该机构的详细结构如附图14所示，分别是固定端1,、止推轴承2、轴套3、转动舵机4、

链条轮5、传动链条6、底座7、转动端8、止推轴承9、止推轴承10。其中止推轴承2位于轴套3的上端面，止推轴承10位于轴套2的下端面。转动舵机4通过链条轮5带动传动链条6转动，从而带动转动端8绕轴线进行旋转。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新构型倾转旋翼飞行器，包括机身，机身尾部设置有垂尾和平尾，机身前部和中部两侧设置有机翼，其特征在于：所述的机翼包括通过折叠机构连接的内段机翼和外段机翼，外段机翼装有可折叠的旋翼结构和螺旋桨结构；所述的外段机翼通过折叠机构绕内段机翼同时完成折叠与旋转两个动作。

2.根据权利要求1所述的新构型倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述的外段机翼前端旋翼结构为可折叠结构。

3.根据权利要求1所述的新构型倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述的机翼包括分布在机身前部和中部的两对机翼。

4.根据权利要求1所述的新构型倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述的两对机翼分别位于上下两个的水平面上, 外段机翼折叠旋转时下侧外段机翼向前侧折叠旋转，上侧外段机翼向后侧折叠旋转。

5.根据权利要求1所述的新构型倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述的折叠机构包括固定端、底座、转动端、轴套和转动舵机，其中固定端和底座固定在内段机翼上，转动舵机与底座固定连接，转动端与外段机翼固定，转动端上固定有轴套，转动舵机通过传动链条与轴套相连，转动舵机通过传动链条带动转动端进行转动。

6.根据权利要求5所述的新构型倾转旋翼飞行器，其特征在于：所述的轴套上下两个端面分别设置有止推轴承。

7.一种新构型倾转旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于包括以下过程：

1）当飞行器垂直起降时，外段机翼为折叠状态，外段机翼前端的旋翼结构展开，整机成为四轴类飞行器，控制方法与直升机类似，通过改变四个旋翼的总距和周期变距从而改变升力大小与方向，控制整个飞机在旋翼状态下的垂直起降和低速飞行；

2）当飞行器水平飞行速度达到一定要求时，外段机翼展开，外段机翼前端的旋翼也为展开状态，整个飞行器为固定翼模式；

3）当飞行器水平高速前飞时，外段机翼前端的旋翼折叠，减小高速前飞时旋翼带来的阻力，由外段机翼后端的高速螺旋桨提供推力。

8.根据权利要求7所述的新构型倾转旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于：机翼由折叠到打开及由打开到折叠的过程中，四个外段机翼同一时刻开始运动。

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