CN115973412A - 双模起降四倾转旋翼机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的双模起降四倾转旋翼机，属于载人飞行器技术领域，包括：机身，两个前机翼对称设置在机身头部两侧，端部设置有前旋翼；两个后机翼对称设置在机身尾部两侧，端部设置有后旋翼；当四旋翼均倾转至朝向机身的头部时其最低端与机身的最低端平齐或者高于打开状态起落架的中点位置，因此同时具备垂直起降和水平起降的能力；另外通过等升力机翼和零干扰四旋翼结构、自由气动中心与质心匹配结构形成更好的平衡性并降低了操控难度；设计多个下洗气动优化和减阻结构将经典倾转旋翼机的最高速度和巡航速度提升了大于20％；通过分布式电机、液氢燃料电池、起降和水平过度自动模型等实现了清洁化、电气化和智能化。

Description

双模起降四倾转旋翼机

技术领域

本发明涉及载人飞行器技术领域，具体涉及一种双模起降四倾转旋翼机。

背景技术

双模起降四倾转旋翼机是一种将固定翼飞机和直升机融为一体的新型载人飞行器，其既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行和水平起降能力，是一种性能独特的旋翼飞行器。具体的，双模起降四倾转旋翼机在固定翼飞机机翼的两翼尖处，各装一套可在水平位置与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件，当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列式直升机飞行状态，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞。

现有技术的倾转旋翼机，比如V280倾转旋翼机，具有以下弱点：

1、双倾转旋翼带来的稳定性和气动性能欠佳，其对气动中心和质心的纵向控制能力弱，且操控较难；

2、不能在地面上进行水平起飞和降落，当具有跑道等有利节能地形时，也只能采用垂直起降，垂直起降需要旋翼较大的转速，消耗能量较多，同时不具备失去动力时的紧急水平滑翔迫降能力和自转下滑能力，安全系数很低；

3、最大飞行速度和巡航速度对比传统直升机虽有大幅提高，但对比良好设计的固定翼螺旋桨飞机仍有差距，其限制条件为整体气动设计和减阻设计。

4、鱼鹰V系列倾转旋翼机使用了传统动力和传统结构使其配置了液压系统，而液压系统会增加飞行器的结构复杂度和对密封性造成威胁，其两次最大的安全事故均是因为液压系统泄漏导致的飞机坠毁。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的倾转旋翼机无法同时具备垂直起降和水平起降的缺陷，从而提供一种双模起降四倾转旋翼机。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双模起降四倾转旋翼机，包括：

机身，底部设置有可收回起落架，所述可收回起落架上具有机轮；

前机翼，具有对称设置在所述机身头部的两个，两个所述前机翼的端部分别设置有可倾转的前旋翼；

后机翼，具有对称设置在所述机身尾部的两个，两个所述后机翼的端部分别设置有可倾转的后旋翼；

当所述前旋翼和所述后旋翼均倾转至朝向机身的头部时，所述前旋翼和所述后旋翼的最低端与所述机身的最低端平齐或者高于打开状态的所述可收回起落架的中点位置。

可选地，当所述前旋翼和所述后旋翼均倾转至朝向机身头部的角度时，以及当所述前旋翼和所述后旋翼均倾转至朝向机身顶部的角度时，所述前旋翼和所述后旋翼的下洗气动干扰区域均彼此避开，以使所述前旋翼和所述后旋翼的彼此下洗气动干扰为零。

可选地，当所述前旋翼和所述后旋翼均倾转至朝向机身头部的角度时，所述前旋翼和所述后旋翼在机身的正面投影相切，或者所述前旋翼和所述后旋翼的投影重合范围小于旋翼半径的15％。

可选地，当所述前旋翼和所述后旋翼均倾转至朝向机身顶部的角度时，所述前旋翼和所述后旋翼在机身的顶面投影分别与所述机身相离。

可选地，所述前旋翼和所述后旋翼的下洗气动干扰区域避开机身，以使所述前旋翼和所述后旋翼对所述机身的下洗气动干扰和增重为零。

可选地，所述前机翼和所述后机翼具有双V结构，前机翼和后机翼均保持上反V型角，前机翼长于且低于后机翼，双机翼之间的下洗干扰为零。

可选地，所述前机翼和所述后机翼为等升力结构，所述前机翼和所述后机翼的迎风面为平直结构、背风面为前掠结构。

可选地，所述机身为三维对称弧线减阻结构，所述前旋翼和所述后旋翼的桨毂外壳为雨滴形结构，蒙皮为一体化碳纤维复合材料抛光光滑板结构。

可选地，所述桨毂包括：

雨滴形减阻外壳；

动力电机，安装在所述雨滴形减阻外壳内部，所述动力电机具有一体化减速机，所述一体化减速机具有驱动轴，所述驱动轴与旋翼的桨叶连接，通过所述动力电机驱动所述桨叶旋转；

所述桨叶具有变距系统和减振系统，所述变距系统包括：变距电机，所述变距电机安装在所述雨滴形减阻外壳内部，所述减振系统包括：阻尼减振器，所述阻尼减振器安装在所述雨滴形减阻外壳内部，通过所述阻尼减振器连接所述桨叶和所述动力电机；

万向旋转臂，安装在所述雨滴形减阻外壳内部，并与所述动力电机连接，通过所述万向旋转臂用于驱动所述雨滴形减阻外壳旋转以调节旋翼的倾角，所述万向旋转臂上连接有伺服电机，通过所述伺服电机控制所述万向旋转臂的旋转。

可选地，所述动力电机、所述变距电机和所述伺服电机均通过燃料电池或涡轮发电机进行供电驱动，所述机身内还设置有控制器，所述控制器分别与所述动力电机、所述变距电机和所述伺服电机电连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的双模起降四倾转旋翼机，由于前旋翼和后旋翼的倾转角产生的最低端均平齐于机身最低端，因此同时具备垂直起降和水平起降的能力。

2.本发明提供的双模起降四倾转旋翼机，通过四倾转旋翼的设计，以及对前机翼和后机翼的等升力结构设计，除等升力结构和零干扰四旋翼布置本身可以提供更好的起降稳定性外，还可纵向自由调配气动中心使其同质心无限重合形成恒定的超临界稳定或使二者根据需求自由调配，从而增强了飞行稳定性控制能力和降低了操控成本。

3.本发明提供的双模起降四倾转旋翼机，将机身设计为三维对称弧线减阻结构，将旋翼的桨叶桨毂设计为雨滴形结构，并提供零巡航阻力的可收回起落架，从而大幅降低了巡航飞行阻力，提高了飞行速度，具体的，最高速度至632～700km/h,巡航速度至500～550km/h。

4.本发明提供的双模起降四倾转旋翼机，使用了分布式全电机控制取替了传统动力和所有的液压系统，使用燃料电池或涡轮发电机进行供电，简化了整体结构，实现了清洁化、电气化和智能化，并带来了巨大的安全优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中提供的双模起降四倾转旋翼机的一种实施方式的前视图；

图2为图1中的双模起降四倾转旋翼机头部向前的俯视图；

图3为图2中的双模起降四倾转旋翼机的旋翼倾转向上时的俯视图；

图4为图3中的双模起降四倾转旋翼机的侧视图；

图5为图3中的双模起降四倾转旋翼机的旋翼的俯视图；

图6为图5中旋翼的桨毂的主视透视图。

附图标记说明：

1、机身；2、前机翼；3、前旋翼；4、后机翼；5、后旋翼；6、机轮；7、起落架；8、升降舵；9、桨叶；12、桨毂；13、雨滴形减阻外壳；14、动力电机；15、驱动轴；16、万向旋转臂；17、伺服电机；18、变距电机；19、阻尼减振器；20、变距齿轮；21、连接支架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机，能够旋转采用水平起飞和降落，以及采用竖直起飞和降落，当遇到具有跑道地形时，采用水平起飞，能够在消耗能量较小的前提下完成起飞动作。

如图1所示，为本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机的一种具体实施方式，包括：机身1，所述机身1的底部设置有可收回起落架7，所述可收回起落架7上具有机轮。在所述机身1头部具有对称设置的两个前机翼2，两个所述前机翼2的端部分别设置有可倾转的前旋翼3；在所述机身1尾部具有对称设置的两个后机翼4，两个所述后机翼4的端部分别设置有可倾转的后旋翼5；当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1的头部时，所述前旋翼3和所述后旋翼5的最低端与所述机身1的最低端平齐或者高于打开状态的所述可收回起落架7的中点位置。通过该设置，当将四旋翼均倾转至朝向机身1的头部时，四旋翼不会与地面发生干涉，从而同时具备垂直起降和水平起降的能力，在具有跑道等有利节能地形时，可以采用水平起降，相比于只能采用垂直起降，可减少消耗的能量，同时具备失去动力时的紧急水平滑翔迫降能力，安全系数较高。

如图1-3所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机，为了提升最高速度和巡航速度，对旋翼的下洗气动干扰进行了如下设计：

第一、设计四旋翼相互之间的下洗气动干扰为零，具体的，当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1头部的角度时，以及当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1顶部的角度时，所述前旋翼3和所述后旋翼5的下洗气动干扰区域均彼此避开，以使所述前旋翼3和所述后旋翼5的彼此下洗气动干扰为零。

第二、设计四旋翼对机身1的下洗气动干扰为零，具体的，使四旋翼的下洗气动干扰区域避开机身1。

第三、设计前机翼和后机翼之间的下洗气动干扰为零，具体的，将前机翼和后机翼设计为不同高度，从而避免前机翼和后机翼之间的下洗气动干扰。

第四、设计减小四旋翼对机翼的下洗气动干扰，具体的，通过减小机翼的宽度，从而减小四旋翼对机翼的下洗气动干扰。

通过上述设计，可提升四倾转旋翼机的最高速度和巡航速度，配合减阻结构，可相对于经典倾转旋翼机的最高速度和巡航速度提升大于20％。

如图1所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1头部的角度时，所述前旋翼3和所述后旋翼5在机身1的正面投影相切，或者所述前旋翼3和所述后旋翼5的投影重合范围小于旋翼半径的15％。由于旋翼的下洗流是一个内弧线，因此在保证不会产生下洗干扰的基础上，也可以将前旋翼3和后旋翼5的投影相互重叠一部分，从而将前旋翼3和后旋翼5的横向距离降到最低，这样可以减少飞机的横向尺寸。

如图3所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1顶部的角度时，所述前旋翼3和所述后旋翼5在机身1的顶面投影分别与所述机身1相离。通过该设计，使四旋翼之间的下洗气动干扰为零，从而提升四倾转旋翼机的最高速度和巡航速度。

如图2、图3所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，当所述前旋翼3和所述后旋翼5均倾转至朝向机身1顶部的角度时，所述前旋翼3和所述后旋翼5的下洗气动干扰区域避开机身1，以使所述前旋翼3和所述后旋翼5对所述机身1的下洗气动干扰和增重为零。

如图1所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，所述前机翼2和所述后机翼4具有双V结构，前机翼2和后机翼4均保持上反V型角，前机翼2长于且低于后机翼4，双机翼之间的下洗干扰为零。

如图3所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，所述前机翼2和所述后机翼4为等升力结构，所述前机翼2和所述后机翼4的迎风面为平直结构、背风面为前掠结构。该前平前掠式可以使旋翼在机翼上方和前方更好的产生倾转，减少了机翼对旋翼的干扰，并保留了机翼良好的气动结构。通过将前机翼2和后机翼4设计为等升力结构，可纵向自由调配气动中心使其同质心无限重合形成恒定的超临界稳定或使二者根据需求自由调配，从而增强了飞行稳定性控制能力和降低了操控成本。

如图3所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，所述后机翼4上连接有升降舵8。工作时，通过所述升降舵8用于控制水平飞行时的俯仰角。

如图4、图5所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机，对机身1、机翼以及四旋翼进行了减阻设计。具体的，所述机身1设计为三维对称弧线减阻结构，所述前旋翼3和所述后旋翼5的桨毂12外壳设计为雨滴形结构，蒙皮设计为一体化碳纤维复合材料抛光光滑板结构。通过上述设计，可提高在进行水平飞行时的速度，配合对四旋翼的下洗气动优化，可将倾转旋翼机的最高速度和巡航速度提升了大于20％。具体的，可使最高速度提高至632～700km/h,巡航速度提高至500～550km/h。

如图6所示，本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机中，所述桨毂12包括：雨滴形减阻外壳13，在所述雨滴形减阻外壳13的内部安装有动力电机14，所述动力电机14具有一体化减速机，所述一体化减速机具有驱动轴15，所述驱动轴15与桨叶9连接。工作时，通过所述动力电机14驱动所述桨叶9旋转。所述雨滴形减阻外壳13的头部为可分离罩，该可分离罩通过连接支架21与一体化减速机的驱动轴15连接，工作时，该可分离罩随着驱动轴15一同旋转。另外，本实施例中提供的动力电机14为孪生电机，当一个电机发生故障时，可通过另一个电机进行驱动，以保证安全。

如图6所示，所述桨叶9具有变距系统和减振系统，所述变距系统包括：变距电机18，所述变距电机安装在雨滴形减阻外壳13内部，所述变距电机通过变距齿轮20与桨叶轴连接。工作时，通过变距电机18驱动桨叶轴旋转，从而控制桨叶9的转动，以实现桨叶9的变距。

如图6所示，所述减振系统包括：阻尼减振器19，所述阻尼减振器安装在所述雨滴形减阻外壳13内部，所述动力电机14的驱动轴与所述阻尼减振器19连接，通过所述阻尼减振器19与所述桨叶9连接。具体的，所述阻尼减振器19的中心穿设有连接架，所述连接架的四周通过若干弹性件与外壳连接，工作时，外壳上的振动通过弹性件进行阻尼减振，从而大幅度减少振幅，提高运行平稳性以及寿命。本实施例中动力电机14直接驱动旋翼，大幅度削减了轮毂空重和阻力面积。另外通过控制动力电机14的转速，可以避免旋转速度产生的频率和振动产生的主频率发生共振。

如图6所示，在雨滴形减阻外壳13的内部安装有万向旋转臂16，所述万向旋转臂16与动力电机14连接。工作时，通过万向旋转臂16驱动雨滴形减阻外壳13旋转以调节旋翼的倾角，所述万向旋转臂16上连接有伺服电机17，通过所述伺服电机17的设置，可通过控制器控制所述万向旋转臂16的旋转，从而实现调节的电气化和智能化。

本实施例提供的双模起降四倾转旋翼机，进行了清洁化、电气化和智能化设计。具体的，所述动力电机、所述变距电机18和所述伺服电机17均通过燃料电池或涡轮发电机进行供电驱动，所述机身1内还设置有控制器，所述控制器分别与所述动力电机、所述变距电机18和所述伺服电机17电连接。从而，在工作时，控制器通过控制动力电机的启动及转速，调节倾转旋翼机的速度，通过控制变距电机18调节旋翼的变距，从而实现对倾转旋翼机的控制，通过控制伺服电机17，调节四旋翼的倾转角度。通过上述设置，实现了倾转旋翼机的电气化和智能化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，包括：

机身(1)，底部设置有可收回起落架，所述可收回起落架上具有机轮；

前机翼(2)，具有对称设置在所述机身(1)头部的两个，两个所述前机翼(2)的端部分别设置有可倾转的前旋翼(3)；

后机翼(4)，具有对称设置在所述机身(1)尾部的两个，两个所述后机翼(4)的端部分别设置有可倾转的后旋翼(5)；

当所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)均倾转至朝向机身(1)的头部时，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的最低端与所述机身(1)的最低端平齐或者高于打开状态的所述可收回起落架的中点位置。

2.根据权利要求1所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，当所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)均倾转至朝向机身(1)头部的角度时，以及当所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)均倾转至朝向机身(1)顶部的角度时，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的下洗气动干扰区域均彼此避开，以使所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的彼此下洗气动干扰为零。

3.根据权利要求2所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，当所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)均倾转至朝向机身(1)头部的角度时，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)在机身(1)的正面投影相切，或者所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的投影重合范围小于旋翼半径的15％。

4.根据权利要求2所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，当所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)均倾转至朝向机身(1)顶部的角度时，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)在机身(1)的顶面投影分别与所述机身(1)相离。

5.根据权利要求1所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的下洗气动干扰区域避开机身(1)，以使所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)对所述机身(1)的下洗气动干扰和增重为零。

6.根据权利要求1所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述前机翼(2)和所述后机翼(4)具有双V结构，前机翼(2)和后机翼(4)均保持上反V型角，前机翼(2)长于且低于后机翼(4)，双机翼之间的下洗干扰为零。

7.根据权利要求1所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述前机翼(2)和所述后机翼(4)为等升力结构，所述前机翼(2)和所述后机翼(4)的迎风面为平直结构、背风面为前掠结构。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述机身(1)为三维对称弧线减阻结构，所述前旋翼(3)和所述后旋翼(5)的桨毂(12)外壳为雨滴形结构，蒙皮为一体化碳纤维复合材料抛光光滑板结构。

9.根据权利要求8所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述桨毂(12)包括：

雨滴形减阻外壳(13)；

动力电机(14)，安装在所述雨滴形减阻外壳(13)内部，所述动力电机(14)具有一体化减速机，所述一体化减速机具有驱动轴(15)，所述驱动轴(15)与旋翼的桨叶(9)连接，通过所述动力电机(14)驱动所述桨叶(9)旋转；

所述桨叶(9)具有变距系统和减振系统，所述变距系统包括：变距电机(18)，所述变距电机安装在所述雨滴形减阻外壳(13)内部，所述减振系统包括：阻尼减振器(19)，所述阻尼减振器安装在所述雨滴形减阻外壳(13)内部，通过所述阻尼减振器(19)连接所述桨叶(9)和所述动力电机(14)；

万向旋转臂(16)，安装在所述雨滴形减阻外壳(13)内部，并与所述动力电机(14)连接，通过所述万向旋转臂(16)用于驱动所述雨滴形减阻外壳(13)旋转以调节旋翼的倾角，所述万向旋转臂(16)上连接有伺服电机(17)，通过HA202209421

所述伺服电机(17)控制所述万向旋转臂(16)的旋转。

10.根据权利要求9所述的双模起降四倾转旋翼机，其特征在于，所述动力电机、所述变距电机(18)和所述伺服电机(17)均通过燃料电池或涡轮发电机进行供电驱动，所述机身(1)内还设置有控制器，所述控制器分别与所述动力电机、所述变距电机(18)和所述伺服电机(17)电连接。

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