CN117141716A - 一种发动机随转多模复合式高速直升机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种发动机随转多模复合式高速直升机，属于直升机技术领域，包括机身、旋翼、动力系统、传动系统，还包括螺旋桨；动力系统中的发动机与机身间只保留绕输出轴方向的旋转自由度，隔离发动机与机身间扭矩传递，旋翼旋转与空气作用产生的反转扭矩经传动系统传递只驱动发动机反向旋转，不传递至机身，无需尾桨平衡扭矩；升力风扇与发动机沿输出轴向同轴固定安装，通过升力风扇随同发动机同步反向转动产生附加升力，旋翼、发动机与升力风扇组合体反向旋转作用于空气产生的反转扭矩相互平衡。机身上安装倾转机构，在传动系统配合下实现直升机、自转旋翼机切换。本发明实现直升机高速飞行的同时，有效提升可靠性、经济性、安全性和使用寿命。

Description

一种发动机随转多模复合式高速直升机

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，具体涉及一种发动机随转多模复合式高速直升机。

背景技术

传统直升机前飞和滞空的动力来自于旋翼的高速转动，直升机飞行速度越快，意味着旋翼转速就越快，在大速度平飞时前行桨叶接近声速，后行桨叶出现反流区，带来旋翼升力降低、阻力及功率需求激增。综合材料结构强度、经济性、航程等约束条件，常规构型直升机的最大巡航速度通常在300km/h左右。由于直升机能够垂直起降、自由悬停，在高度竞争环境力量快速投送、灾害应急搜救、近距离空中支援等方面发挥着不可替代的作用，而提升直升机巡航速度能够抓牢唯快不破的战场制胜法则。

最大巡航速度超过300km/h的直升机可称为高速直升机。根据已知高速直升机的构型特征、技术特点、飞行与操纵原理，可将现有高速直升机分为：复合式、倾转式和停转式。

复合式高速直升机是在传统单旋翼或共轴双旋翼直升机基础上，安装固定机翼和水平推进装置的直升机。起飞、悬停和着陆由旋翼产生的升力来完成，前飞时所需的拉力主要由水平推进装置产生。单旋翼复合式高速直升机由于需要额外加装涡喷发动机，导致直升机重量、成本、油耗均有较大幅度的增加，且因仍保留用于平衡反转扭矩的尾桨，此类直升机的能量利用率、可靠性相对较低，经济性较差。另外由于还存在尾桨故障或在战场被击中尾桨使直升机失控的安全风险，因而除完成试验样机试制后，并未大量生产装备。共轴双旋翼复合式高速直升机由于利用共轴反转的两副旋翼，使得无需尾桨平衡反转扭矩，发动机的能量利用率有所提升，但额外增加的发动机依然导致直升机重量、成本、油耗均有较大幅度的增加。为减少传统双旋翼轴过长带来的阻力，同时又避免双旋翼在旋转时出现碰撞，目前多采用“前行桨叶概念”，基于共轴刚性反转的旋翼系统设计，对旋翼的刚度要求高，在重量、尺寸、强度、刚度等多重约束下，旋翼的设计难度大，价格高昂。刚性旋翼传递到翼毂上的力矩远大于传统有铰式旋翼，而由于上下旋翼共轴反转，等于是把这个力矩翻倍，为承受这样大力矩的翼毂结构、重量设计难度均会大幅提升。此外，共轴双旋翼还需要更为复杂的操纵系统、为了降低这种新构型直升机存在的巨大振动而采用的主动振动控制系统都增大了该类型直升机的空重比。

倾转式高速直升机通过在固定翼飞机机翼两端对称安装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；当飞机平飞时，旋翼轴平行于地面，旋翼变为大尺寸螺旋桨产生拉动飞机前进的动力。主要代表有V-22鱼鹰、V-280等，最大速度均可达到460km/h以上。倾转式高速直升机兼顾了直升机与螺旋桨定翼机的特点，具有“跨界”特征。倾转式高速直升机具有振动小、噪声低的优点，但近地面机动能力比复合式要低，旋翼倾转系统使得结构、控制系统及动力系统十分复杂，成本大幅增加、可靠性有所降低。

停转式高速直升机是通过控制气动部件在低速和高速状态的运行方式，实现兼顾低高速飞行的目的。即低速状态旋翼旋转以提供气动力，高速状态桨叶停转或者收缩(盘翼旋翼机)，以固定翼机方式提供气动力。主要代表有美国X-50A“蜻蜓(Dragon-fly)”、“X-Wing”项目，停转类是一种较新颖的高速直升机，兼顾了直升机的特点，并通过喷气发动机等可实现更高速度的飞行。缺点是旋翼系统要兼顾旋转和固定/收缩状态，气动效率较低，且在转为固定翼状态时需要旋翼具有能够承载整机载荷的高刚度和强度，无疑需要大幅增加旋翼的结构重量，并且飞行控制系统更为复杂，部分核心关键技术尚未取得实质性突破。

综上，目前已知的各类高速直升机，虽然飞行速度较传统直升机有了较大程度的提升，但多采取额外增加动力系统、采用特种材料旋翼、使用复杂的结构和控制系统设计，由此带来重量、成本增大，寿命、安全性、续航里程降低等问题，导致除V-22等少数型号外，其他高速直升机仍多停留在测试试验状态，并未得到量产。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在于加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种发动机随转多模复合式高速直升机。

一种发动机随转多模复合式高速直升机，包括机身、旋翼、动力系统、传动系统，还包括螺旋桨；动力系统包括进气道、动力舱、发动机、升力风扇、百叶窗舵；传动系统包括输出轴、主齿轮、传动轴、从动齿轮、旋翼轴、万向节、螺旋桨轴、水平离合器、垂直离合器；旋翼包括翼毂和安装在翼毂上的至少两片旋翼叶片；

机身是承载机上设备及保持飞行所需气动外形的结构体，包括位于中部两侧对称的两片固定翼，位于尾部的水平尾翼、升降舵、垂直尾翼、方向舵，位于底部的起落架，以及位于顶部的倾转机构；

动力舱固定安装于机身底部，设有进气口和排气口，进气口与进气道相连，进气道开口朝向机身头部；发动机和升力风扇同轴串联固定，沿输出轴方向安装在动力舱内，发动机与动力舱间只保留发动机绕输出轴方向旋转的一个自由度，隔离发动机与机身间的扭转力矩传递通路，发动机经过配平处理，与升力风扇整体绕输出轴同步自由回转；

百叶窗舵包括四组舵，位于动力舱排气口，将排气口分为四个扇区，每组舵独立控制偏转方向，通过四组舵同向偏转或差动偏转，改变排气口气流方向，用于控制高速直升机进行俯仰、偏航、滚动偏转；

输出轴与发动机动力输出端固连，输出轴上套装有主齿轮，传动轴与输出轴垂直，传动轴上套装有从动齿轮，输出轴与传动轴通过主齿轮、从动齿轮啮合实现动力传递，传动轴通过水平离合器与螺旋桨轴同轴连接，螺旋桨轴另一端固连螺旋桨，输出轴通过垂直离合器与旋翼轴共轴连接，旋翼轴通过万向节与旋翼的翼毂固连，万向节沿径向穿过倾转机构；

水平离合器用于切断或闭合传动轴与螺旋桨轴间的动力传递，垂直离合器用于切断或闭合输出轴与旋翼轴间的动力传递；

旋翼和升力风扇绕输出轴的旋向相反，叶片结构设计为推动各自周围的气流下行，获得向上的升力；螺旋桨的桨叶结构设计为在动力系统、传动系统驱动下旋转时向后推动周围空气，获得向前的反作用力。

进一步地，倾转机构绕机身俯仰方向旋转，带动穿过其间的万向节随转，改变万向节轴的指向，使旋翼的旋转平面法线处于竖直/后倾两种不同状态，配合垂直离合器闭合/断开实现直升机/自转旋翼机两种模式切换。

进一步地，发动机经过传动系统驱动旋翼高速旋转产生升力，旋翼与空气作用产生的反转扭矩经传动系统传递驱动发动机及与其固连的升力风扇反向旋转产生附加升力，旋翼、发动机与升力风扇组合体反向旋转作用于空气产生的反转扭矩相互平衡。

进一步地，发动机还包括减速机构。

进一步地，发动机采用活塞式发动机或涡轮轴发动机。

进一步地，主齿轮和从动齿轮采用斜齿锥齿轮、直齿锥齿轮或曲线锥齿轮。

本发明所取得的有益技术效果是：

发动机随转多模复合式高速直升机方案的结构、动力、控制系统设计简单，安全可靠，技术成熟度较高，成本相对低廉，具备直升机、自转旋翼机等不同飞行状态自由切换能力，兼具高速飞行、中低速巡航等多种选择模式，兼顾已知多数高速直升机的优势，同时又能有效规避其突出缺点和不足，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明其中一种具体实施例的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的下视图；

图4是图1的上视图；

图5是图1的轴测视图；

图6是本发明其中一种具体实施例的动力舱未剖开状态左后半剖俯视图；

图7是本发明其中一种具体实施例的动力舱剖开状态左后半剖俯视图；

图8是本发明其中一种具体实施例的动力舱和传动系统局部放大左剖视图；

图9是本发明其中一种具体实施例的动力舱左半剖俯视图；

图10是本发明其中一种具体实施例的动力舱局部放大上视图；

图11是本发明其中一种具体实施例的倾转机构与旋翼轴局部放大侧视图；

图12是本发明其中一种具体实施例的自转旋翼飞行状态左侧视图

附图标记：1、机身；11、固定翼；12、水平尾翼；13、升降舵；14、垂直尾翼；15、方向舵；16、起落架；17、倾转机构；2、旋翼；21、翼毂；22、旋翼叶片；3、动力系统；31、进气道；32、动力舱；33、发动机；34、升力风扇；35、百叶窗舵；4、螺旋桨；5、传动系统；51、输出轴；511、主齿轮；52、传动轴；521、从动齿轮；53、旋翼轴；531、万向节；54、螺旋桨轴；55、水平离合器；56、垂直离合器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下描述中提出的诸如特定系统结构、型号、技术参数等具体细节，仅为更好的理解本具体实施方式所做出的说明，而不是限定，不应因此影响本发明的保护范围。另外，对本领域技术人员来说应当知晓和理解的内容，此处不再赘述。

此外，本发明描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“左上”、“右上”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，仅是为便于描述本发明而不是要求本发明必须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。

如图1～12所示，一种发动机随转多模复合式高速直升机具体实施例，采用单旋翼无尾桨设计，包括机身1、旋翼2、动力系统3、螺旋桨4、传动系统5。

机身1是承载机上设备及保持飞行所需气动外形的结构体，包括固定翼11、水平尾翼12、升降舵13、垂直尾翼14、方向舵15、起落架16、倾转机构17。

本具体实施例中机身1采用对称结构。固定翼11有两片，对称设置在机身1的中部两侧，主要用于产生升力，还产生抑制机身1绕纵轴产生滚转运动的阻力。

水平尾翼12和垂直尾翼14各一副，设置在机身1的尾部。本具体实施例中垂直尾翼14为两片，对称设置在水平尾翼12的两端。升降舵13有两套，对称设置在水平尾翼12上。方向舵15有两套，对称设置在垂直尾翼14上。起落架16有一组，对称设置在机身1的底部。本具体实施例中起落架16为轮式起落架，也可以采用三点式起落架或滑撬式起落架。倾转机构17设置在机身1的顶部，用于操纵旋翼2倾转。

旋翼2包括翼毂21和旋翼叶片22，本具体实施例中安装于翼毂21上的旋翼叶片22为四片，根据实际需求也可以采用三片、五片或其他数量。

动力系统3包括进气道31、动力舱32、发动机33、升力风扇34、百叶窗舵35。动力舱32固定安装于机身1底部，设有进气口和排气口，进气口与进气道31相连，进气道31开口朝向机身1头部，百叶窗舵35设置在动力舱32排气口位置。发动机33、升力风扇34位于旋翼2的下方，依次沿垂直方向同轴串联安装在动力舱32内，百叶窗舵35安装在动力舱32排气口处。

本具体实施例中螺旋桨4有一套，沿纵轴方向水平设置在机身1主体上，位于固定翼11和水平尾翼12之间。传动系统5包括输出轴51、主齿轮511、传动轴52、从动齿轮521、旋翼轴53、万向节531、螺旋桨轴54、水平离合器55、垂直离合器56。万向节531沿倾转机构17径向贯穿，旋翼轴53通过万向节531与翼毂21固连。输出轴51上套装有主齿轮511，与发动机33动力输出端固连。传动轴52上套装有从动齿轮521，与输出轴51垂直设置。主齿轮511和从动齿轮521为圆锥齿轮，输出轴51与传动轴52通过主齿轮511、从动齿轮521啮合实现动力传递。本具体实施例中主齿轮511和从动齿轮521采用斜齿锥齿轮，也可以采用直齿锥齿轮或曲线锥齿轮。输出轴51通过垂直离合器56与旋翼轴53共轴连接。传动轴52通过水平离合器55与螺旋桨轴54同轴连接，螺旋桨轴54另一端固连螺旋桨4。水平离合器55用于切断或闭合传动轴52与螺旋桨轴54间的动力传递。垂直离合器56用于切断或闭合输出轴51与旋翼轴53间的动力传递。

如图8、11所示，本具体实施例中倾转机构17可绕机身1俯仰方向旋转，用于控制旋翼2的旋转平面法线方向，旋翼2的旋转平面始终与连接的万向节531轴线垂直，倾转机构17绕机身1俯仰方向旋转并带动穿过其间的万向节531随转，使万向节531轴线的指向改变，进而使旋翼2的旋转平面法线处于竖直和后倾两种不同状态。

本具体实施例中发动机33与升力风扇34串联固定，沿输出轴51方向安装在动力舱32内，有别于传统六个自由度均约束的方式，发动机33与动力舱32间，限制除发动机33绕输出轴51方向旋转外的其他自由度，发动机33整体在动力舱32内可绕输出轴51自由回转运动，隔离发动机33与机身1间扭转力矩传递通路。发动机33可以是活塞式发动机，也可以是涡轮轴发动机，发动机33经过配平处理，确保发动机33绕输出轴51高速旋转平稳，不出现明显晃动或振动。为适应发动机33绕输出轴51高速旋转的需要，油箱和供油系统也应做出调整，采用同步绕输出轴高速旋转或旋转供油的方式。

如图5、6、7所示，本具体实施例中螺旋桨4的桨叶设计保证其在动力系统3、传动系统5驱动下旋转，向后推动周围空气，获得向前的反作用力。

如图7、8所示，本具体实施例中旋翼叶片22及升力风扇34的叶片设计满足两者绕输出轴51做反向旋转时，均推动周围的气流下行，获得向上的升力。为满足螺旋桨4、旋翼叶片22及升力风扇34工作时所需的转速，本具体实施例中发动机33还包括减速机构。减速机构也可以设置在螺旋桨4的传动路线其他位置上，还可以通过调整主齿轮511和从动齿轮521的齿数比来实现，并无实质性的区别。

如图8所示，本具体实施例中发动机33、升力风扇34、传动系统5、旋翼2所转动过程中保持动量矩守恒，即发动机33经过传动系统5驱动旋翼2高速旋转产生升力，旋翼2与空气反作用产生的反转扭矩经传动系统5传递驱动发动机33及与之固连的升力风扇34反向旋转产生附加升力，不传递至机身1引起机身1反转，旋翼2、发动机33与升力风扇34组合体反向旋转作用于空气产生的反转扭矩相互平衡。

如图8、9、10所示，本具体实施例中百叶窗舵35为位于动力舱32排气口的四组舵，四组舵将排气口分为四个扇区，每组舵均可独立控制偏转方向，通过四组舵同向偏转或差动偏转，改变排气口气流方向，可在直升机低速飞行或悬停时实现机身1的左右倾斜、俯仰、航向偏转等控制，亦可在正常飞行阶段配合升降舵13、方向舵15提升直升机的机动性。

下面对本具体实施例实现高速飞行及控制的机理、流程进行说明：

第一步、直升机垂直起飞、悬停。

直升机在地面水平停泊时，水平离合器55、垂直离合器56均处于断开状态，将倾转机构17调整至使旋翼2旋转平面法线竖直状态，启动发动机33，闭合垂直离合器56，发动机33输出的扭矩经输出轴51、垂直离合器56、旋翼轴53带动旋翼2高速旋转，驱动周围空气下行产生升力，同时旋翼2旋转与空气作用所产生的反转扭矩反作用于发动机33，驱动发动机33做与旋翼2旋转方向相反的转动，并带动升力风扇34转动，驱动外部空气经进气道31进入动力舱32，动力舱32内空气下行产生升力，整个过程中产生的反转扭矩未传递到机身1上，机身1不会产生旋转，旋翼2、旋翼轴53、垂直离合器56、输出轴51与发动机33、升力风扇34旋转的角动量大小相等、方向相反，总角动量为零。

加大发动机33输出功率，直升机在旋翼2、升力风扇34旋转产生的升力作用下垂直上升，到达期望的高度后减小发动机33输出功率，使直升机旋翼2、升力风扇34旋转产生的升力大小与直升机重力相等，直升机进入悬停状态。从直升机尾部向前看，当直升机受到侧向气流扰动，出现左倾时，百叶窗舵35全部逆时针偏转，动力舱32排出气体作用于百叶窗舵35的舵面，形成指向直升机左侧的气动力，对直升机质心形成沿机身1纵向顺时针力矩，推动直升机回正，当直升机出现右倾时，则执行相反操作；从直升机尾部向前看，当直升机需要向右转向时，百叶窗舵35靠近机身头部的两组舵顺时针偏转，靠近机身尾部的两组舵逆时针偏转，从直升机正上方向下看，动力舱32排出气体作用于百叶窗舵35的舵面产生的气动力，形成绕竖直轴顺时针旋转的力偶，推动直升机机头向右侧调转，当直升机需要向左转向时，则执行相反操作；当需要直升机抬头时，百叶窗舵35靠近机身1尾部的两组舵偏转完全封闭后半部分排气口，动力舱32排出气体形成相对质心向上抬头的力矩，推动直升机俯仰角增大；当需要直升机低头时，则执行相反操作。

第二步、直升机水平中低速飞行。

直升机在悬停状态，闭合水平离合器55，适度加大发动机33输出功率。此时，发动机33输出的扭矩一部分经输出轴51、垂直离合器56、旋翼轴53带动旋翼2高速旋转产生升力，另一部分经输出轴51、传动轴52、水平离合器55、螺旋桨轴54带动螺旋桨4高速旋转产生使直升机前进的推力。同时旋翼2旋转与空气作用所产生的反转扭矩反作用于发动机33，驱动发动机33做与旋翼2旋转方向相反的转动，并带动升力风扇34转动，驱动外部空气经进气道31进入动力舱32，动力舱32内空气下行产生升力，整个过程中产生的反转扭矩未传递到机身1上，机身1不会产生旋转，旋翼2、旋翼轴53、垂直离合器56、输出轴51与发动机33、升力风扇34旋转的角动量大小相等、方向相反，总角动量为零；螺旋桨4产生的反转扭矩较小，直升机前进过程中气流流经机身1、固定翼11除产生升力外，还产生抑制机身1绕纵轴的滚转运动的阻力，可忽略螺旋桨4产生的反转扭矩对机身1的影响。直升机在螺旋桨4产生的水平推力驱动下加速运动，直至直升机所受空气阻力与螺旋桨4产生的水平推力相等时，直升机转入匀速平飞状态。此时，来流速度较大，可以使升降舵13、方向舵15上产生足够的控制力，通过控制方向舵15左右偏转，可使直升机左右偏航，升降舵13上下偏转实现直升机俯仰角增大减小，两片升降舵13分别升降差动实现直升机滚转控制。

第三步、直升机高速飞行。

直升机在匀速平飞状态，加大发动机33输出功率，断开垂直离合器56，使旋翼2卸载处于低负载或近似无负载状态，旋翼2所受空气阻力减小，并且不产生对机身1及发动机33的反转扭矩。直升机的升力主要由气流高速流过机身1及固定翼11产生，发动机33输出的全部动力经输出轴51、传动轴52、水平离合器55、螺旋桨轴54带动螺旋桨4高速旋转产生使直升机前进的推力。螺旋桨4产生的反转扭矩较小，直升机前进过程中气流流经机身1、固定翼11除产生升力外，还产生抑制机身1绕纵轴的滚转运动的阻力，可忽略螺旋桨4产生的反转扭矩对机身1的影响。直升机在螺旋桨4产生的水平推力驱动下进一步加速运动，直至直升机所受空气阻力再次与螺旋桨4产生的水平推力相等时，直升机转入高速平飞状态。

直升机减速机降落则执行与上述步骤相反过程。

此外，本具体实施例中高速直升机除正常的模式外，还具备转换为自转旋翼机模式的功能，适用于中低速巡航减少燃油消耗、动力系统受损时紧急自旋迫降等需求，其转化方式为：

如图12所示，在空中飞行过程中或在地面将倾转机构17调整至使旋翼2旋转平面法线向后倾，垂直离合器56断开，发动机33正常工作，水平离合器55保持闭合，直升机转为自转旋翼机工作状态。此时，气流流过机身1及固定翼11产生升力，旋翼2依靠迎面气流驱动旋转，产生升力，并且旋翼2旋转不产生对发动机33、机身1的反转扭矩。发动机33输出的扭矩经输出轴51、传动轴52、水平离合器55、螺旋桨轴54带动螺旋桨4高速旋转产生使直升机前进的推力。螺旋桨4产生的反转扭矩较小，直升机前进过程中气流流经机身1、固定翼11除产生升力外，还产生抑制机身1绕纵轴的滚转运动的阻力，可忽略螺旋桨4产生的反转扭矩对机身1的影响。直升机在螺旋桨4产生的水平推力驱动下加速运动，直至直升机所受空气阻力与螺旋桨4产生的水平推力相等时，直升机转入自转旋翼状态匀速平飞。

本具体实施例所取得的有益技术效果是：

采用发动机随转方式实现了单旋翼无尾桨的复合式高速直升机解决方案。将传统发动机与机身固定安装方式变更为发动机与机身间保留绕输出轴方向的旋转自由度，隔离发动机与机身间扭转力矩传递通路，旋翼高速旋转与空气作用产生的反转扭矩经传动系统传递只驱动发动机反向旋转，不传递至机身，无需安装尾桨及相应动力系统进行扭矩平衡；同时与发动机输出轴同轴串联固定安装升力风扇，通过升力风扇随同发动机同步反向转动产生附加升力，此外旋翼、发动机与升力风扇组合体反向旋转作用于空气产生的反转扭矩相互平衡。由于去掉了尾桨，发动机无需再提供15％的功率驱动尾桨旋转，发动机能量利用率大幅提升。较之共轴双旋翼方案，单旋翼所受的空气阻力相对更小，在同等气动布局及动力系统输出情况下，能实现更大飞行速度，且可以采用当前成熟的旋翼、翼毂设计及材料，避免了选用高强度、高刚度共轴双旋翼设计带来的成本、重量的大幅增加。使用一套动力系统，实现了旋翼、螺旋桨、升力风扇三重驱动，并将传统需消耗能量克服的反转扭矩变为可产生升力的升力风扇驱动力。动力舱出口配置百叶窗舵，可在低速和悬停状态提供倾斜和航向控制，机动能力进一步增强。具备直升机与自转旋翼双模式切换功能，同时兼顾低速、低功耗、低油耗侦查、搜救等应用场景需求，并可在动力系统战损情况下采用自旋模式降落，安全性能进一步提升。此外，本发明的设计实现原理简单，没有倾转旋翼等复杂结构及控制系统，系统的可靠性、经济性、使用寿命都能有显著提升。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发动机随转多模复合式高速直升机，包括机身(1)、旋翼(2)、动力系统(3)、传动系统(5)，其特征在于，所述高速直升机还包括螺旋桨(4)；所述动力系统(3)包括进气道(31)、动力舱(32)、发动机(33)、升力风扇(34)、百叶窗舵(35)；所述传动系统(5)包括输出轴(51)、主齿轮(511)、传动轴(52)、从动齿轮(521)、旋翼轴(53)、万向节(531)、螺旋桨轴(54)、水平离合器(55)、垂直离合器(56)；所述旋翼(2)包括翼毂(21)和安装在翼毂(21)上的至少两片旋翼叶片(22)；

所述机身(1)是承载机上设备及保持飞行所需气动外形的结构体，包括位于中部两侧对称的两片固定翼(11)，位于尾部的水平尾翼(12)、升降舵(13)、垂直尾翼(14)、方向舵(15)，位于底部的起落架(16)，以及位于顶部的倾转机构(17)；

所述动力舱(32)固定安装于机身(1)底部，设有进气口和排气口，进气口与进气道(31)相连，进气道(31)开口朝向机身(1)头部；发动机(33)和升力风扇(34)同轴串联固定，沿输出轴(51)方向安装在动力舱(32)内，发动机(33)与动力舱(32)间只保留发动机(33)绕输出轴(51)方向旋转的一个自由度，隔离发动机(33)与机身(1)间的扭转力矩传递通路，发动机(33)经过配平处理，与升力风扇(34)整体绕输出轴(51)同步自由回转；

所述百叶窗舵(35)包括四组舵，位于动力舱(32)排气口，将排气口分为四个扇区，每组舵独立控制偏转方向，通过四组舵同向偏转或差动偏转，改变排气口气流方向，用于控制高速直升机进行俯仰、偏航、滚动偏转；

所述输出轴(51)与发动机(33)动力输出端固连，输出轴(51)上套装有主齿轮(511)，传动轴(52)与输出轴(51)垂直，传动轴(52)上套装有从动齿轮(521)，输出轴(51)与传动轴(52)通过主齿轮(511)、从动齿轮(521)啮合实现动力传递，传动轴(52)通过水平离合器(55)与螺旋桨轴(54)同轴连接，螺旋桨轴(54)另一端固连螺旋桨(4)，输出轴(51)通过垂直离合器(56)与旋翼轴(53)共轴连接，旋翼轴(53)通过万向节(531)与旋翼(2)的翼毂(21)固连，万向节(531)沿径向穿过倾转机构(17)；

所述水平离合器(55)用于切断或闭合传动轴(52)与螺旋桨轴(54)间的动力传递，所述垂直离合器(56)用于切断或闭合输出轴(51)与旋翼轴(53)间的动力传递；

所述旋翼(2)和升力风扇(34)绕输出轴(51)的旋向相反，叶片结构设计为推动各自周围的气流下行，均获得向上的升力；所述螺旋桨(4)的桨叶结构设计为在动力系统(3)、传动系统(5)驱动下旋转时向后推动周围空气，获得向前的反作用力。

2.根据权利要求1所述的高速直升机，其特征在于，所述倾转机构(17)绕机身(1)俯仰方向旋转，带动穿过其间的万向节(531)随转，改变万向节(531)轴的指向，使旋翼(2)的旋转平面法线处于竖直/后倾两种不同状态，配合垂直离合器(56)闭合/断开实现直升机/自转旋翼机两种模式切换。

3.根据权利要求1所述的高速直升机，其特征在于，所述发动机(33)经过传动系统(5)驱动旋翼(2)高速旋转产生升力，旋翼(2)与空气作用产生的反转扭矩经传动系统(5)传递驱动发动机(33)及与其固连的升力风扇(34)反向旋转产生附加升力，所述旋翼(2)、发动机(33)与升力风扇(34)组合体反向旋转作用于空气产生的反转扭矩相互平衡。

4.根据权利要求1所述的高速直升机，其特征在于，所述发动机(33)还包括减速机构。

5.根据权利要求1所述的高速直升机，其特征在于，所述发动机(33)采用活塞式发动机或涡轮轴发动机。

6.根据权利要求1所述的高速直升机，其特征在于，所述主齿轮(511)和从动齿轮(521)采用斜齿锥齿轮、直齿锥齿轮或曲线锥齿轮。