CN1686758A - 园形直升飞机 - Google Patents

Abstract

一种由机身、发动机、主旋翼、起落架、充气环罐和电磁阀咀组成的直升飞机。其特点是机身半球状，既无尾梁，也无尾桨，它是通过安装在机身下园环的贮气环罐上的一些环向电磁阀咀喷气产生扭矩来平衡机身的自转和控制飞行方向。因园形机身和旋翼盘的水平投影同心，直升机在飞行和空中悬停时其桨叶产生的下洗气流对机身的作用较均匀，故机身震动相对较少。另外当事故发生时，除可采用桨叶自旋减速降落外，本发明还通过充气式起落架、救生椅、救生气襄、救生环气垫和气动弹伞装置等多项安全措施共同作用来减少事故对人们的伤害。本发明为人们提供了一种结构紧凑占地少、乘座更平稳舒适和安全更有保障的直升飞机。

Description

园形直升飞机

所属技术领域：

本发明涉及一种机身为半球形的直升飞机，尤其是一种无尾梁、无尾桨、结构紧凑和飞行更安全的园形直升飞机。

背景技术：

目前，公知的直升飞机主要是由机身、发动机、主旋翼、尾梁和尾桨组成。当发动机带动主旋翼旋转产生的升力大于直升机全重时，直升机就飞离地面。而当主旋翼盘向前倾斜时，直升机就向前飞行。但主旋翼对机身的反作用力会使机身不停地反转，导致飞行员无法控制飞行方向，为此，通常在机身尾部加设尾梁和尾桨来平衡机身的反转和控制飞行方向。因机身粗长，而主旋翼动力场为圆形，且呈现从圆心到园环边呈几何级数的增长态势，机身水平投影形状和动力场既不同心也不对称.因而导致压力分布不均和机身受力不均，从而使机身振动比较大。

近几年虽然也有一种“球冠形无尾桨单旋翼直升飞机”(专利号：ZL00128177.1)已公告，它克服机身反转是通过在球冠形机身下园环装设一些活动导叶，当主旋翼的下洗气流通过这些导叶时，会对机身产生一个反扭矩去控制机身的反转和飞行方向。该直升机的优点是没有高速旋转的尾桨，所以飞行更安全，也设有粗长的尾梁，所以结构紧凑，占地面积少，而且由主旋翼产生的周期性震动也较少。但这些导叶制造和安装还是比较复杂，且飞行时流线可能较乱而导致前飞阻力相对会较大，因此会影响直升机的稳定性和速度。

发明内容：

为了克服现有直升飞机的上述缺点，本发明提供了一种结构紧凑的圆形直升飞机，该直升飞机不仅能在空中自由地上、下、左、右飞行和悬停，而且在飞行中机身更稳定，机舱内乘坐空间更舒适。还有几种安全措施联合作用使飞行更安全可靠。

本发明所采用的技术方案是：机身做成半球型或球冠型，底板平整，主旋翼位于圆形机身正中的上方。机身下圆周上设贮气环罐。半球形机身内部的中心做成中空的中心腔体，而驾驶舱、乘客舱和设备舱围绕中心腔体外围经向布置。这样，人体坐姿与机身内部空间相适应，双脚可大范围伸展，从而乘坐舒适。由发动机带动空气压缩机向贮气环罐内输入空气，而在贮气环罐外侧边设置若干个电磁阀咀。当人们控制电磁阀咀的开度就可以控制喷气口的喷气量，从而控制机身反转的反扭矩大小去抗衡机身自转和控制直升机的飞行方向。

当现有直升飞机的发动机发生故障时，都会利用主旋翼自旋去减缓直升飞机向下坠落的速度。本发明为了更安全，除仍然保留这一安全措施外，还增设了以下一些安全措施：

1将起落架改为两条充气式橡胶胎起落架，因充气胎柔软有弹性，且与地面接触面积大，机身对地面的压强小，因此直升机降落到地面的瞬间，它所受到的地面冲击力就较小，使人们感觉舒适。

2沿机身底板的下边缘设一环状的救生环气垫，平时将其抽成真空成扁平状，再采用塑料不干胶带附贴在机身底版下，并不影响飞行。当发生发动机事故停机，直升飞机开始向下坠落时。打开充气电磁阀，使救生环气垫鼓起像一个特大型救生圈，可以大大吸收直升机下堕的动能。平时机身底板到地面的高度也较低，人们进出机舱方便快捷。

3将普通座椅改为弹性救生座椅，下方设有弹簧和两边两个园管导轨，当直升飞机坠落至地面的到那一瞬间，座椅靠背不动，但座椅的海绵座垫可向下移动一段距离，从而减少地面对人体的冲击力，即减少对人体的伤害

4为了进一步减缓直升飞机事故状态下堕落的速度。本发明在直升飞机旋翼盘根安装“气动弹伞装置”，当直升飞机事故坠落达到一定速度时，驾驶员按下仪器仪表盘上的发射机按钮，安装在“气动弹伞装置”内的接受机受到发射机的无线电波信号后，便控制电磁销钉动作，充气压力罐内的空气就将钢活塞头相连的伞盒盖弹出。在空中此伞盒盖起牵引小降落伞的作用，带动大降落伞张开。由于机身本来已经具备较大的下坠速度，伞盒盖打开和降落伞张开都不会被主旋翼的浆叶搅缠，即可以正常打开和工作。虽然主旋翼浆叶以每秒几百圈的速度旋转，但由于本发明在降落伞与与主旋翼盘根连接处安装了轴向单列轴承。因此降落伞不会随着浆叶快速旋转而旋转，即便有旋转，也很缓慢。不会出现降落伞缠绕而失去作用的现象。

本发明在总体设计基本不变的情况下的第二种圆形直升飞机。其机身仍为半球形，而发动机设在机身中心位置的中心腔体内。但驾驶舱与乘客舱分别设在其前方和后方。而其左边和右边分别为行李舱和油箱。控制机身自转的方式改为在右侧(或左侧)另增设一个小喷气发动机。控制此小喷气发动机的进油量就可以控制机身自转的环量扭矩。因不采用气动控制机身自转。则不设贮气环罐。因此不能在机身底版下设救生环气垫，但可设充气式起落架。

本发明直升飞机的有益效益是结构简洁、机舱内乘坐空间舒适、占地空间最少、无粗长尾梁、无高速旋转的尾浆、还有多种安全措施共同保护乘客安全。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是圆形直升飞机气动受力的纵剖面图

图2是园形直升飞机气动受力的平面图

图3是圆形直升飞机的结构纵剖面图

图4是圆形直升飞机的结构平面图

图5是圆形直升飞机的前视立面图

图6是圆形直升飞机(5座)的结构平面图

图7是圆形直升飞机气动系统后半部结构放大图

图8是救生椅平时状态图

图9是救生椅事故坠落触地瞬时状态图

图10是救生椅结构剖面图

图11是图10的Q_Q剖视图

图12是圆形直升飞机气动弹伞装置剖面图

图13是气动弹伞装置锁定部位的放大图

图14是气动弹伞装置与旋翼盘根相连部位的结构放大图

图15是圆形直升飞机事故降落救生的状态图

图16是圆形直升飞机事故降落时的机身底板仰视图

图17是第二种圆形直升飞机气动受力的纵剖面示意图

图18是第二种圆形直升飞机气动受力的平面示意图

图19是第二种圆形直升飞机的结构纵剖面图

图20是第二种圆形直升飞机结构平面图

图21是第二种圆形直升飞机前视立面图

图22是第二种园形直升飞机发动机安装在机身内侧的前视立面图

图23是第三种园形大型直升飞机纵向结构剖面图

图24是第三种园形大型直升飞机平面结构图

图中  1.主旋翼，2.自动倾斜器，3.机身，4.仪器仪表盘，5.操纵杆线，6.向下电磁阀咀，7.机舱，8.充气式起落架，9.齿轮，10.减速器，11.离合器，12.发动机，13.底板，14.皮带，15.空气压缩机，16.逆止阀，17.贮气环罐，18.环向电磁阀咀，19.向上电磁阀咀，20.设备舱，21.玻璃窗，22.主轴，23.中心腔体，24.中心腔框架，25.气动弹伞装置，26.舱门，27.油箱，28.行李舱，29.旋翼盘根，30.充气电磁阀，31.救生环气垫，32.真空救生环气垫，33.抽真空阀，34.立柱，35.救生气囊，36.喷气发动机，37.不干胶粘带，38.海绵垫，39.固定靠背，40.活动导管，41.椅架，42.弹簧，43.园管，44.椅柱，45.座垫板，46.海绵座垫，47.茶几，48.带压力罐伞盒，49.伞盒盖，50.电磁销钉组合(成品)，51.钢活塞头，52.钿钉，53.栓伞顶孔，54.吊伞孔和吊耳，55.降落伞，56.无线电接受机及天线，57.提碗与法兰，58.制动钿帽，59.轴向单列轴承，60.观地窗，61.充气阀，62.密封圈，63.条形橡胶胎。

具体实施方式：

在图1中，表示直升飞机向前飞行时的受力状态，主旋翼盘在自动倾斜器(2)作用下向前倾斜，主旋翼对机身的作用力F可分解成F1和F2两个分力，其中F1与直升飞机重量G平衡。F2使飞机前飞，但F2与重心O之间有距离H，其产生力偶M1，但M1使机身向前倾斜。为了减少这种倾斜幅度，本发明通过安装在贮气环罐(17)上的向下电磁阀嘴(6)和向上电磁阀嘴(19)同时喷气，产生的力偶M2可平衡M1，从而使直升飞机由悬停状态突然改为向前飞行的时候，机身不会因无平尾而向前过度倾斜去影响人们乘坐的舒适性。

在图2中，M3为主旋翼旋转时空气对机身(3)产生的的力矩，M3将使机身(3)不停地反转，从而无法控制飞行方向，本发明采用在储气环罐(17)周围安装若干个环向电磁阀嘴(18)同时喷气产生反扭矩M4来平衡M3，达到控制直升飞机飞行方向，改变喷气量的大小就可以改变M4的大小，从而控制机身(3)左转和右转。

在图3和图4中，机身(3)中心设有中心腔框架(24)构成的中心腔体(23)，机舱(7)、设备舱(20)、行李舱(28)和油箱(27)环绕中心腔体(23)径向分布，结构紧凑，有利减轻机身(3)自重。因驾驶员和乘员座椅的椅架(41)也围绕中心腔体(23)外围径向安放，机舱(7)的空间形状与人的座姿吻合，且双脚可以前后左右自由的收放，所以人们乘坐舒适。

在图5中，驾驶员视线宽阔，条形充气式起落架(8)虽然很长，但前进方向的迎风面积并不大，因此遇到的阻力也不大。

在图6中，表示了园形直升机(5座)的平面结构布置。

在图7中，空气压缩机(15)也可以采用高压轴流式鼓风机，贮气环罐(17)和机身(3)与底板(13)连接处应设橡胶海绵垫(38)防震。在空气压缩机(15)和贮气环罐(17)之间设逆止阀(16)。救生环气垫(32)设在机舱(7)外缘靠贮气环罐(17)处，其间设有充气电磁阀(30)。当事故发生时，关闭向下电磁阀咀(6)、向上电磁阀咀(19)和环向电磁阀咀(18)后可以维持贮气环罐(17)内的气压。再打开充气电磁阀(30)就可确保向原先处于真空状态的真空救生环气垫(32)充气，这样，当直升机机身(3)下堕触地的瞬间，救生环气垫(31)和充气式起落架(8)就能联合吸收直升机下堕的动能。

图中充气式起落架(8)可用簿钢板做成长条状，并与条形橡胶胎(63)园滑相接，条形橡胶胎(63)的触地部分应加贴耐磨橡胶层。本图中，为了好表达，将充气式起落架(8)转90度表示。

在图8、9、10、11中，当直升机事故下坠触地瞬间，固定靠背(39)不动，但海绵座垫(46)、座垫板(45)和椅柱(44)在人体的下堕动能作用下向下运动一段距离，从而压缩园管(43)内的弹簧(42)而消能。为了便椅柱(44)能在园管(43)内正常上下移动而不被卡塞，在座垫板(45)的后二角做活动导管(40)，活动导管(40)可沿椅架(41)的二根直管上下运动。

在图12、13、14中，气动弹伞装置(25)的结构是将带压力罐伞盒(48)通过提碗与法兰(57)安装在直升机的主轴(22)顶端。压力罐上端有安装在小气缸内的钢活塞头(51)通过钿钉(52)与伞盒盖(49)相连。平时钢活塞头(51)被电磁销钉(50)锁住在小气缸内，并有电线和无线电接收机及天线(56)连接。降落伞(55)放在带压力罐伞盒(48)内。降落伞(55)伞顶有绳联接钢活塞头(51)，伞底也用绳连结伞吊孔和吊耳(54)。

当无线电接收机及天线(56)收到安装在仪器仪表盘上的发射机发来的无线电波信号，电磁销钉(50)吸入销钉，钢活塞头(51)在压力罐的气压作用下，和伞盒盖(49)一起被弹射到空中，从而带动降落伞(55)冲出带压力罐(48)伞盒而张开。

在图15、16中，当发生发动机事故停车，直升机失去动力，开始进入主旋翼自旋消能下堕过程。现有直升机由于尾梁粗长，惯性大，机身易大幅倾斜而发生主旋翼先触地的大事故。而本发明由于机身(3)是园形，与主旋翼盘是同心园，又无尾梁和尾桨，因此直升机主旋翼自旋消能下堕时可以保持主旋翼在上，机身在下的姿态，即不会发生主旋翼先触地的大事故，而总是机身(3)的底板(13)先触地，加上本发明在底板(13)下方设有充气式起落架(8)和事故用的救生环气垫(31)共同作用去使直升机软着陆。不仅如此，为了使直升机下堕速度再减缓，使机身(3)下堕时姿态更正，在旋翼盘根(29)上安装气动弹伞装置(25)。图15为本发明直升机事故状态下的降落景象。

在图17、18图中，表示本发明第二种园形直升飞机的气动工作原理图。在半球形机身(3)的一侧边安装一个喷气发动机(36)来平衡直升机自转的扭矩，这样结构更简单，而且喷发动机(36)产生的推力和直升机飞行方向一致，因此此力可以增加直升飞机的飞行速度，一举二得。但缺点是增加了一个发动机，造价和故障率略有增加。

在图19、20中，表示本发明第二种园形直升飞机的结构图。发动机(12)、减速器(10)、离合器(36)和主轴(22)均安装在中心腔体(23)内，结构更紧凑，喷气发动机(36)安装在机身(3)的侧边，没有贮气环罐(17)和各种电磁阀咀，其余结构和第一种园形直升机基本相同。

在图21、22中，表示了第二种园形直升机中喷气发动机(36)安装在机身(3)外侧一边和安装在内侧一边的前视立面图。

在图23、24中，表示本发明第三种大型园形直升飞机的结构。将发动机(12)、减速器(10)不安装在机舱(7)内，而是像现有一些直升机将它们安放在机身(3)的顶部的第三种园形直升机，机舱(7)内的中心可设中心腔体(23)，也可只设一根立柱(34)，这样可以减少机舱(7)的跨度，有利减轻直升飞机自重。其余部位和第一种园形直升机基本相同。此种直升机的主要优点是机舱(7)内的空间宽畅好用。图中以20多座位为例进行设计布局。

Claims (8)

1.一种直升飞机，它主要由机身，发动机，主旋翼，气动弹伞装置、充气环管和起落架组成，其特征是：机身是半球形或球冠形，在机身的下园周安装贮气环罐和若干个电磁阀咀，机身底板下安装充气式起落架，气动弹伞装置则安装在旋翼盘根处的主轴上端。

2.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：半球形机身中心为中心腔框架构成的中心腔体，驾驶舱、乘客舱、设备舱和行李舱围绕此中心腔体径向布置。

3.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：在园形机身下园环安装贮气环罐，沿贮气环罐园周安装若干个环向电磁阀咀，而在贮气环罐后半部上方安装若干个向上电磁阀咀，还在贮气环罐前半部下方安装若干个向下电磁阀咀。

4.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：贮气环罐的正下方的机身底板处对应安装救生环气垫。

5.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：钢板弯制的充气式起落架下面安放条形橡胶胎，橡胶胎下方镶贴一层耐磨橡胶层。

6.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：气动弹伞装置的结构是在带压力罐伞盒内安放降落伞、无线电接收机及天线，伞盒盖通过细钉固定在园柱形钢活塞头上端，电磁销钉组合锁定钢活塞头在压力罐上端的小气缸内，压力罐带一个充气阀，降落伞顶端用绳栓在钢活塞头的栓伞顶孔上，降落伞下端用绳栓在吊伞孔和吊耳上。压力罐下端有法兰与提碗的法兰相接，提碗上下各放一个轴向单列轴承后套在主轴上端，再用制动钿帽紧固。

7.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：救生椅结构是由固定靠背、海绵座垫和椅架组成，固定靠背固定在椅架上，海绵座垫安放在座垫板上，座垫板下中心设椅柱，座垫板后边设有二个活动导管，活动导管又套装在椅架后边二个园脚上，而椅柱则插入椅架的其内安放有弹簧的园管内。

8.根据权利要求1所述的圆形直升飞机，其特征是：当半球形机身下园环不设贮气环罐时，可在其一侧安装一个喷气发动机。

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