CN112678166A - 一种飞机倾转旋翼系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交通运输领域，公开了一种飞机倾转旋翼系统，包括：机体具有机头、机身以及机尾；第一风扇组分别安装在机头和机尾处；一对组合翼分别安装在机身的两侧；第二风扇组安装在复合机翼组件上；其中，每个组合翼包括：安装翼一端安装在机身上，另一端沿水平方向远离机身；风扇翼安装在安装翼的另一端；可倾转机翼可转动地安装在安装翼上，且位于机身与风扇翼之间，可倾转机翼转轴方向与安装翼的长度方向相平行；主旋翼，安装在可倾转机翼上，用于向机体提供动力。本发明所提供飞机倾转旋翼系统动力输出与姿态调整独立工作，因此，本发明所提供飞机倾转旋翼系统具有良好的气动外形、质量轻、良好的飞行性能。

Description

一种飞机倾转旋翼系统

技术领域

本发明属于交通运输领域，具体涉及一种飞机倾转旋翼系统。

背景技术

飞机的类型分固定翼式飞机和旋翼式飞机，固定翼飞机技术比较成熟，运载量大，但是在起飞或下降过程中需要较长的跑道。因此，在一些崎岖的地方采用不需要跑道就可以升空和落地的旋翼飞机。

旋翼飞机在正常飞行过程中主要需要动力输出，但遇到一些其他状况时需要调整飞行姿态，如，俯仰、偏航、横滚以及空中悬停。

现有技术中的旋翼飞机的动力输出和姿态控制分为单翼式和多翼式。多翼式的飞机具有多个动力源，可以为飞机提供动力输出和姿态调整。但是，这样的设计造成冗余，使得飞机气动布局较差，承载载荷低。

相对于多翼式的飞机，单翼式飞机具有良好的气动布局。但姿态控制和动力输出存在天然的矛盾，较长的桨叶虽然能够提供较强的动力输出，但在姿态调整的时候，由于桨叶的转动惯量较大，使得姿态调整较为迟缓。鉴于此，美国V22鱼鹰采用复杂的直升机周期变矩系统来提升动力和控制飞机，该周期变矩系统结构复杂、技术难度大、造价昂贵、不易操纵，且实用性较差，全球仅美国贝尔公司生产制造的军用型号，目前尚未成功民用化。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种飞机倾转旋翼系统。

本发明提供了一种飞机倾转旋翼系统，包括：

机体，具有依次设置的机头、机身以及机尾；

第一风扇组，分别安装在机头和机尾处，第一风扇组的风向朝下；

一对组合翼，分别安装在机身的两侧，用于向机体提供动力；

第二风扇组，安装在组合翼上，第二风扇组的风向朝下；

其中，每个组合翼包括：

安装翼，一端安装在机身上，另一端沿水平方向向机身外延伸；

风扇翼，安装在安装翼的另一端，用于安装第二风扇组；

可倾转机翼，可转动地安装在安装翼上，且位于机身与风扇翼之间，可倾转机翼转轴方向与安装翼的长度方向相平行；

主旋翼，安装在可倾转机翼上，用于向机体提供动力。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征，其中，组合翼还包括：风扇舵翼，可转动地安装在风扇翼上，风扇舵翼转轴方向与风扇翼的长度方向相平行。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征，其中，组合翼还包括：副翼，可转动地安装在可倾转机翼上，副翼转轴方向与安装翼的长度方向相平行，用于实现偏航。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征：其中，副翼的长度与可倾转机翼的长度相等。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征：其中，主旋翼位于可倾转机翼的中部，且主旋翼的扫掠直径小于可倾转机翼的长度。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征：其中，机尾具有垂直尾翼以及安装在垂直尾翼上端的水平尾翼。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征，还包括：升降舵，可转动地安装在水平尾翼的尾端，用于调整机体的俯仰角度。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征，还包括：方向舵，可转动地安装在垂直尾翼的尾端，用于调整机体偏航。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一风扇组包括第一风扇和第二风扇，第一风扇位于机头内，第二风扇位于机尾内。

在本发明提供的飞机倾转旋翼系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二风扇组包括第三风扇和第四风扇，第三风扇以及第四风扇位于相应的风扇翼内。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的飞机倾转旋翼系统，因为机体上两侧具有安装翼以及安装在安装翼上的主旋翼，所以，当机处于垂直起降、过渡飞行或巡航飞行状态时，主旋翼通过安装翼调整推力方向，从而满足飞机工作需求。

此外，机体的机头和机尾的第一风扇组，可通过第一风扇组调整机体的俯仰角度。在安装翼的另一端安装有风扇翼，该风扇翼安装有第二风扇组，可通过第二风扇组调整机体横滚，即本发明所提供飞机倾转旋翼系统动力输出与姿态调整独立工作，因此，本发明所提供飞机倾转旋翼系统具有良好的气动外形、质量轻、良好的飞行性能。

附图说明

图1是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的主视图；

图2是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的右视图；

图3是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的俯视图；

图4是本发明的实施例中机头的剖视图；

图5是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的立体图；

图6是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的立体图；

图7是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的侧视图；

图8是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的立体图；

图9是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的侧视图；

图10是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的立体图；

图11是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的侧视图；

图12是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统的立体图。

图13是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统的俯视图；

图14是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的立体图；

图15是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的侧视图；

图16是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的立体图；

图17是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的侧视图；

图18是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的立体图；以及

图19是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的侧视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

图1是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的主视图，图2是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的俯视图，图3是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的右视图，图4是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统的立体图，图5是本发明的实施例中机头的剖视图。

如图1和图5所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统100包括机体1、升降舵2、方向舵3、一对组合翼4、第一风扇组5以及第二风扇组6。

机体1具有从前往后依次安装的机头11、机身12以及机尾13。

机头11的一端安装在机身12的头部，另一端沿机身12的长度方向远离。在本实施例中，为降低飞行阻力，机头11呈子弹头状。

机尾13包括尾杆14、垂直尾翼15以及水平尾翼16。尾杆14的一端安装在机身12的尾端，另一端沿机身12的长度方向延伸。

垂直尾翼15安装在尾杆14上。在本实施例中，垂直尾翼15为后掠角结构。

水平尾翼16垂直地安装在垂直尾翼15的上端。在本实施例中，水平尾翼16的前端(迎风端)为后掠角结构，尾端为平面结构。

升降舵2可转动地安装在水平尾翼16的尾端，升降舵2的转动轴线与水平尾翼16的长度方向相平行。升降舵2的长度与水平尾翼16的长度方向相等。

方向舵3可转动地安装在垂直尾翼15的后端，升降舵2转动轴线与垂直尾翼15的长度方向相平行。升降舵2的长度与垂直尾翼15的长度方向相等。

组合翼4包括安装翼41、风扇翼42、可倾转机翼43、主旋翼44以及副翼45。

安装翼41的一端安装在机身12上，另一端沿水平方向向机身12外延伸。

风扇翼42的安装在安装翼41的另一端。为降低飞行阻力，风扇翼42的上表面为凸出的圆弧面，风扇翼42的下表面为平面，圆弧面与平面的前端(气流流动方向)通过过渡弧面连接。

可倾转机翼43可转动地安装在安装翼41上。可倾转机翼43位于机身12与风扇翼42之间，可倾转机翼43转轴方向与安装翼41的长度方向相平行。

主旋翼44包括引擎以及桨叶，引擎安装在可倾转机翼43的中部，桨叶安装在引擎的转轴上，桨叶在引擎的带动下从而为飞机提供动力。在本实施例中，且桨叶旋转扫掠的直径尺寸小于可倾转机翼43的长度尺寸。

副翼45可转动地安装在可倾转机翼43上，副翼45转轴方向与安装翼41的长度方向相平行。在本实施例中，副翼45的长度与可倾转机翼43的长度相等。

在本实施例中，升降舵2、方向舵3、可倾转机翼43以及副翼45均采用电机驱动方式进行转动。

为降低飞机的飞行阻力，在本实施例中安装翼41的横截面、可倾转机翼43的横截面以及副翼45的横截面组成的截面与风扇翼42的横截面投影重合。在机身12的顶部，也就是两个安装翼41之间的部分设有弧形过渡部。

第一风扇组5具有两个风扇，即第一风扇51和第二风扇52。

第一风扇51内嵌在机头11内，且第一风扇51的风向朝下。

第二风扇52内嵌在水平尾翼16内，且第二风扇52的风向朝下。

第二风扇组6具有两个风扇，即第三风扇61和第四风扇62。

第三风扇61和第四风扇62安装在相应的风扇翼42内。

第一风扇51、第二风扇52、第三风扇61以及第四风扇62呈十字分布，在本实施例中，为提高机体1姿态相应速度，第一风扇51和第二风扇52连线与第三风扇61和第四风扇62连线具有一交点，该交点靠近整个飞机的重心。

本实施例提供的飞机倾转旋翼系统100具有三种飞行模式：垂直起降飞行模式、过渡飞行模式以及巡航飞行模式。

图6是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的立体图，图7是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的侧视图。

如图6和图7所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统100在垂直起降飞行模式时，主旋翼44通过可倾转旋翼转至垂直状态，然后主旋翼44工作并为机体1提供垂直升力，从而完成垂直起降和悬停。

在此模式下，飞机可通过第一风扇51和第二风扇52的转速差控制飞机的俯仰、通过第三风扇61以及第四风扇62的转速差控制飞机的横滚。

以机身的长度方向为纵轴，安装翼的长度方向为横轴，上下贯穿机身的轴为竖轴。

在此模式下飞机可进行偏航，即，两个副翼45绕横轴转动，利用主旋翼44产生的下洗气流进行副翼45差动产生的舵效，从而实现偏航。

图8是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的立体图，图9是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的侧视图。

如图8和图9所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统100在过渡飞行模式时，主旋翼44通过可倾转旋翼转至30°的水平夹角，主旋翼44产生倾斜向下的动力，该动力由水平推力以及垂直升力组成。

同时，主旋翼44也能产生较大的升力，因此，在该模式下飞机将会以较低的水平速度进行飞行。

以机身的长度方向为纵轴，安装翼的长度方向为横轴，上下贯穿机身的轴为竖轴。

在该模式下，飞机的飞行姿态可通过方向舵3绕竖轴转动调整偏航方向，通过升降舵2绕横轴转动控制飞机俯仰，通过副翼45绕横轴转动，利用主旋翼44产生的下洗气流进行副翼45差动产生的舵效，控制飞机偏航。但是为了保证飞行姿态的安全，转换第一风扇51、第二风扇52、第三风扇61以及第四风扇62仍然会参与相关的姿态控制，从而形成一种混合控制的姿态控制模式。

在本实施例中，以可倾转旋翼呈30°的水平夹角进行举例。在其他的实施例中，可根据飞机的飞行要求，在0°～90°范围内调整可倾转旋翼的水平夹角，具体角度能够实现适当的姿态控制、符合实际飞行需求即可。

图10是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的立体图，图11是本发明的实施例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的侧视图。

如图10和图11所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统100在巡航飞行模式时，主旋翼44通过可倾转旋翼转至水平状态，然后主旋翼44工作并为机体1提供水平推力。

在该模式下，飞机的形姿态飞机的飞行姿态完全由副翼45、垂直尾翼15、水平尾翼16进行控制，第一风扇组5和第二风扇组6部参与任何姿态控制。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的飞机倾转旋翼系统，因为机体上两侧具有安装翼以及安装在安装翼上的主旋翼，所以，当机处于垂直起降、过渡飞行或巡航飞行状态时，主旋翼通过安装翼调整推力方向，从而满足飞机工作需求。

此外，机体的机头和机尾的第一风扇组，可通过第一风扇组调整机体的俯仰角度。在安装翼的另一端安装有风扇翼，该风扇翼安装有第二风扇组，可通过第二风扇组调整机体横滚，即本实施例所提供飞机倾转旋翼系统动力输出与姿态调整独立工作，因此，本实施例所提供飞机倾转旋翼系统具有良好的气动外形、质量轻、良好的飞行性能。

在本实施例提供的飞机倾转旋翼系统中，因为第一风扇组和第二风扇组均采用隐藏式的设计，所以能够降低飞机飞行阻力。

<变形例>

在本变形例中，对于与实施例一相同的结构，给与相同的编号并省略相同的说明。

图12是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统的立体图，图13是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统的俯视图。

如图12和图13所示，本变形例提供的飞机倾转旋翼系统200包括机体1、升降舵2、方向舵3、一对组合翼7、第一风扇组5以及第二风扇组6。

本变形里中的一对组合翼7分别安装在机体的两侧，包括安装翼71、风扇翼72、可倾转机翼73、主旋翼74、副翼75以及风扇舵翼76。

安装翼71的一端安装在机身12上，另一端沿水平方向远离机身12。

风扇翼72的安装在安装翼71的另一端。为降低飞行阻力，风扇翼72的上表面为凸出的圆弧面，风扇翼72的下表面为平面，圆弧面与平面的前端(气流流动方向)通过过渡弧面连接。

可倾转机翼73可转动地安装在安装翼71上。可倾转机翼73位于机身12与风扇翼72之间，可倾转机翼73转轴方向与安装翼71的长度方向相平行。

主旋翼74包括引擎以及桨叶，引擎主旋翼74安装在可倾转机翼73的中部，桨叶安装在引擎的转轴上，且桨叶旋转扫掠的直径小于可倾转机翼73的长度。

副翼75可转动地安装在可倾转机翼73上，副翼75转轴方向与安装翼71的长度方向相平行。在本实施例中，副翼75的长度与可倾转机翼73的长度相等。

风扇舵翼76可转动地安装在风扇翼72上，风扇舵翼76转轴方向与风扇翼72的长度方向相平行。两侧风扇舵翼76上下转动，流经风扇翼72的空气吹击风扇舵翼76的上表面，使得飞机两侧产生升力差，从而控制飞机横滚。

可倾转机翼73、副翼75以及风扇舵翼76采用电机驱动的方式转动。

在本实施例中，降低飞行阻力，安装翼71的横截面、可倾转机翼73的横截面以及副翼75的横截面组成的截面与风扇翼72的横截面和风扇舵翼76的横截面组成的截面投影重合。在机身12的顶部，也就是两个安装翼71之间的部分设有弧形过渡部。

图14是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的立体图，图15是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统垂直起降模式的侧视图。

本实施例提供的飞机倾转旋翼系统200在垂直起降飞行模式时，风扇舵翼76转动至与风扇翼72相平齐的位置，主旋翼74通过可倾转旋翼转至垂直状态，然后主旋翼74工作并为机体1提供垂直向下的作用力，从而完成垂直起降和悬停。

此外，主旋翼74位于垂直状态时，还可以实现飞机悬停，在此模式下，飞机可通过第一风扇51和第二风扇52的转速差控制飞机的俯仰、通过第三风扇61以及第四风扇62的转速差控制飞机的横滚。

以机身的长度方向为纵轴，安装翼的长度方向为横轴，上下贯穿机身的轴为竖轴。

在此模式下飞机可进行偏航，即，两个副翼75绕横轴转动，利用主旋翼74产生的下洗气流进行副翼75差动产生的舵效，从而实现偏航。

图16是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的立体图，图17是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统过渡飞行模式的侧视图。

如图16和图17所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统200在过渡飞行模式时，主旋翼74通过可倾转旋翼转至30°的水平夹角，主旋翼74产生倾斜向下的动力，该动力由水平推力以及垂直升力组成。

同时，主旋翼74也能产生较大的升力，因此，在该模式下飞机将会以较低的水平速度进行飞行。

以机身的长度方向为纵轴，安装翼的长度方向为横轴，上下贯穿机身的轴为竖轴。

在该模式下，飞机的飞行姿态可通过方向舵3绕竖轴转动调整偏航方向，通过升降舵2绕横轴转动控制飞机俯仰，通过副翼75绕横轴转动，利用主旋翼74产生的下洗气流进行副翼75差动产生的舵效，控制飞机偏航，还可以控制两侧风扇舵翼76绕横轴转动实现飞机偏航。但是为了保证飞行姿态的安全，转换第一风扇51、第二风扇52、第三风扇61以及第四风扇62仍然会参与相关的姿态控制，从而形成一种混合控制的姿态控制模式。

图18是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的立体图，图19是本发明的变形例中飞机倾转旋翼系统巡航飞行模式的侧视图。

如图18和图19所示，本实施例提供的飞机倾转旋翼系统200在巡航飞行模式时，主旋翼74通过可倾转旋翼转至水平状态，然后主旋翼74工作并为机体1提供水平推力。

在该模式下，飞机的形姿态飞机的飞行姿态完全由垂直尾翼15、水平尾翼16、副翼75以及风扇舵翼76进行控制，第一风扇组5和第二风扇组6部参与任何姿态控制。

变形例的作用与效果

根据本变形例提供的飞机倾转旋翼系统，除了具有实施例的飞机倾转旋翼系统所起到的作用和效果之外，还具有如下优点：因为风扇翼的后端安装有可转动地风扇舵翼，所以，可调整飞机两侧风扇舵翼的水平夹角，改变飞机两侧的升力、控制飞机横滚。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞机倾转旋翼系统，其特征在于，包括：

机体，具有依次设置的机身、机头以及机尾；

第一风扇组，分别安装在所述机头和所述机尾处，所述第一风扇组的风向朝下；

一对组合翼，分别安装在所述机身的两侧，用于向所述机体提供动力；

第二风扇组，安装在所述组合翼上，所述第二风扇组的风向朝下；

其中，每个所述组合翼包括：

安装翼，一端安装在所述机身上，另一端沿水平方向向所述机身外延伸；

风扇翼，安装在所述安装翼的另一端，用于安装所述第二风扇组；

可倾转机翼，可转动地安装在所述安装翼上，且位于所述机身与所述风扇翼之间，所述可倾转机翼的转轴方向与所述安装翼的长度方向相平行；

主旋翼，安装在所述可倾转机翼上，用于向所述机体提供动力。

2.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于：

其中，所述组合翼还包括：

风扇舵翼，可转动地安装在所述风扇翼上，所述风扇舵翼的转轴方向与所述风扇翼的长度方向相平行。

3.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于：

其中，所述组合翼还包括：

副翼，可转动地安装在所述可倾转机翼上，所述副翼的转轴方向与所述安装翼的长度方向相平行，用于实现偏航。

4.根据权利要求3所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于：

其中，所述副翼的长度与所述可倾转机翼的长度相等。

5.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于：

其中，所述主旋翼位于所述可倾转机翼的中部，且所述主旋翼的扫掠直径小于所述可倾转机翼的长度。

6.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于：

其中，所述机尾具有垂直板以及安装在所述垂直尾翼上端的水平尾翼。

7.根据权利要求6所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于，还包括：

升降舵，可转动地安装在所述水平尾翼的尾端，用于调整所述机体的俯仰角度。

8.根据权利要求6所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于，还包括：

方向舵，可转动地安装在所述垂直尾翼的尾端，用于调整所述机体偏航。

9.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于，

其中，所述第一风扇组包括第一风扇和第二风扇，

所述第一风扇位于所述机头内，所述第二风扇位于所述机尾内。

10.根据权利要求1所述的飞机倾转旋翼系统，其特征在于，

其中，所述第二风扇组包括第三风扇和第四风扇，

所述第三风扇以及所述第四风扇位于相应的所述风扇翼内。

Images