CN1857965A - 旋翼轴可控倾转式共轴旋翼直升机 - Google Patents

Abstract

旋翼轴可控倾转式共轴旋翼直升机涉及一种飞行器，特别涉及共轴旋翼直升机。本发明旋翼仰角固定，旋翼轴固定安装在尾梁前端，尾梁与机身有铰链装置连接，长度可调节的飞行姿态调节装置连接机身与尾梁。通过调节飞行姿态调节装置的长度，调整旋翼轴延长线与直升机重心的相对位置。调节飞行姿态调节装置的长度，使旋翼轴延长线与重心重合时，直升机处于垂直升降状态；调长飞行姿态调节装置的长度，使重心在旋翼轴延长线之前时，直升机处于前飞状态；调短飞行姿态调节装置的长度，使重心在旋翼轴延长线之后时，直升机处于后飞状态。发动机油门控制旋翼转速高低，垂直尾翼调整飞行方向。本发明也可以看作是直扳式操纵的改良型。

Description

旋翼轴可控倾转式共轴旋翼直升机

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别是共轴旋翼直升机

背景技术

卡莫夫设计了大量的共轴旋翼直升机，与用倾斜盘控制的大型直升机不同，最初设计的卡-1式单人直升机旋翼非常简单，仰角固定地安装在旋翼轴上，这样，其产生升力的大小，完全由旋翼转数决定，旋翼轴固定安装在机身中部，由后部的发动机驱动，驾驶员位于前部，用操纵杆控制最后的一对垂尾，由一对气囊作为起落装置。在有驾驶员时，重心位于旋翼轴之前，这样，直升机只能向前飞，由尾翼的偏转，来使直升机左右转向，飞行色高度和速度成正比，都由油门控制。它的结构和操纵都很简单，缺点是不能垂直起降。

美国人伍迪·诺里斯发明的空中摩托(《科技新时代》2002年11月号，P42，“个人飞行器带你自由翱翔”)与卡-1都是共轴旋翼直升机，相同点是旋翼仰角固定，用尾部的一对垂尾来控制直升机左右转向。不同点是旋翼轴安装在C型梁的顶端，驾驶员位于旋翼轴正下方，后部的发动机通过传动轴和一对皮带轮将动力传给旋翼轴，前部有一个安置在连杆机构上的重块来平衡重心，重块通过连杆机构与自行车把式的操纵手把相连，向前推和向后拉操纵手把，可以使重块前后移动，当保持中立时直升机重心与旋翼轴延长线重合。在飞行时，用油门控制升力大小，左右转动操纵手把来控制飞行方向，前推操纵手把时，由于重心位于旋翼轴延长线的前方，所以直升机向前飞，同理向后拉操纵手把时直升机后退飞行，中立时，直升机处于垂直升降状态。与卡-1相比，飞行摩托可以垂直起降，但由于用重块来调整重心增加了不必要的重量，并且重块的重量有限，重心的变化范围较小。

发明内容

①要解决的技术问题是：旋翼仰角固定的共轴旋翼直升机，如何在前飞状态与垂直升降状态之间，高效转换的问题。

②技术方案：结构如附图1所示，旋翼仰角固定，旋翼轴1固定安装在尾梁2前端，尾梁与机身3有铰链装置连接，长度可调节的飞行姿态调节装置4连接机身与尾梁。通过调节飞行姿态调节装置的长度，调整旋翼轴延长线与直升机重心的相对位置。

如附图2所示大部分的升力都由两副旋翼产生，所产生的升力可以简化为作用在两副旋翼之间中点的旋翼轴S点，方向为沿旋翼轴向上。平稳飞行时，升力中心S与重心G必然在与水平面垂直的同一条垂线上。当重心G在旋翼轴延长线上时，重力与升力作用在同一线上，方向相反，如果升力大于直升机重量，直升机处于上升趋势；如果升力小于重力，直升机处于下降趋势中；如果相等。则保持原运动趋势。当重心G不在旋翼轴延长线上时，升力可分解为垂直升力与水平推力，如前所述，垂直升力与直升机所受重力的关系决定直升机是上升还是下降。水平推力则决定前进的速度。水平推力与垂直升力比例的大小视重心G与旋翼轴延长线的远近而决定，越远则水平推力越大。

如附图2所示，调节飞行姿态调节装置4的长度，使旋翼轴延长线与重心重合时，直升机处于垂直升降状态；调长飞行姿态调节装置的长度，使重心在旋翼轴延长线之前时，直升机处于前飞状态；调短飞行姿态调节装置的长度，使重心在旋翼轴延长线之后时，直升机处于后飞状态。发动机油门控制旋翼转速高低，垂直尾翼5调整飞行方向，也可以在尾梁两侧设置产生升力的短翼，当偏转垂直尾翼转向时，同步调整所转方向的翼面，减小升力，使机身倾斜，加速转向。

飞行姿态调节装置4可采用机械装置，如丝杠6与螺母配合。螺母用铰链固定在尾梁上，丝杠用一对斜轴承定位于机身上铰链座7中，丝杠一端旋入螺母，另一端连接万向节传力轴8，用自行车式脚蹬9，通过一对伞齿轮驱动万向节传力轴。当脚蹬旋转时，通过传力轴带动丝杠旋转，由于丝杠只能旋转和摆动，螺母只能摆动，所以丝杠的旋转使螺母沿丝杠移动，带动尾梁绕机身顶部铰链摆动，调整了旋翼轴延长线相对于直升机重心的位置。从而达到了飞行姿态调节的目的。

也可以将丝杠用铰接固定在尾梁上，用步进电机和减速器来驱动定位在铰链座中的螺母，达到同样的效果。

飞行姿态调节装置也可采用液压缸或气压缸。采用液压缸时将活塞杆的顶端与尾梁中部铰接，液压缸的底部与机身铰接，用三位换向阀来控制活塞杆的伸出、缩回和保持位置状态。在活塞杆上设置位置检测器，并在座舱中的活塞杆伸出位置显示器上标出不同载重时，使旋翼轴延长线与直升机重心重合的活塞杆伸出位置，即垂直升降状态，以便于操纵。

采用气压缸时，只保留前飞状态和垂直升降状态。连接方式与液压缸相同，气压缸的底部应设置一个可调节长度的限位挡块，通过调节限位挡块，控制活塞缩回位置来调节不同载重时的垂直升降状态。

③有益效果：与卡-1式相比，本发明可以垂直起降，与空中摩托相比，由于本发明是整个机身向前摆动，重心的移动范围更大，使直升机由起降状态转换为前飞状态设计，效率更高。本发明也可以看作是直扳式操纵的改良型。

附图说明

附图1为结构示意图，主要说明各部件的位置。附图2为飞行原理图，说明飞行姿态调节装置4调节控制飞行的原理，上图为旋翼轴延长线与重心重合时。直升机处于垂直升降状态；中图为重心在旋翼轴延长线之前时，直升机处于前飞状态；下图为重心在旋翼轴延长线之后时，直升机处于后飞状态。附图3为实施例1单人直升机的3视图和机身内部布置图。附图4为尾梁和飞行姿态调节装置4的侧视图和俯视图。附图5为轴箱剖视图。附图6为实施例2无人直升机的3视图。

具体实施方式

实施例1单人直升机：结构如附图3所示，机身采用半硬壳式结构，左右是两个侧围框，顶部由两条横向加强梁连接，侧围框前部有两道加强梁和纵梁加强与固定，侧围框底部和后部与背板10固定连接，滑橇式起落架11与背板和侧围框底部固定连接。驾驶员座椅12安置在座舱中，底部与背板固定，发动机13固定在背板之后，油箱14位于座椅与发动机之间，标准载重时全机重心的位置。舱门15用铰链安装在左侧侧围框上。

如附图4所示，尾梁由两条梁组成，前部有与背板上的机身铰链座相配的铰链，并且与旋翼轴座16用剪力栓和柱销固定，旋翼轴用一对斜轴承支撑固定在旋翼轴座中。尾梁中部与飞行姿态调节装置铰接，尾梁尾部与尾翼连接。

如附图5所示，旋翼轴底端通过万向节传动轴17与变速器发动机连接，旋翼轴座之上是用花键传动的齿轮18，轴箱19通过一对斜轴承固定在旋翼轴上，位在花键齿轮之上，轴箱底部的扭力盘20通过剪力栓与轴箱连接，扭力盘的长柄端与左尾梁固定使轴箱不转动。这样，花键齿轮通过轴箱中的斜齿轮21带动反转旋翼浆毂22上的齿轮，使反转旋翼浆毂与正转旋翼浆毂23转速相等转向相反，反转旋翼浆毂通过一对斜轴承定位在旋翼轴上，旋翼轴顶端是正转旋翼浆毂。正转旋翼浆毂由两个半圆环卡子24定位，半圆环卡子24有与旋翼轴环槽配合的凸起，并被紧固圆环25抱紧，反转旋翼浆毂、轴箱、花键齿轮也有此类定位。

油门由钢索，控制操纵杆上可转动的油门把手，通过转动角度的大小来控制发动机转数的高低，以此来调节旋翼转数的高低。车把式的操纵杆左右偏转，通过钢索带动垂尾操纵面的偏转来控制飞行的方向。由于尾梁会绕铰链摆动，因此从机身道尾梁这一段，用可滑动的花键来传递操纵力。尾梁中部通过铰链与飞行姿态调节装置的螺母铰接，飞行姿态调节装置的丝杠一端旋入螺母，另一端用一对斜轴承固定在铰接座中，铰接座与背板铰接，丝杠端头通过万向节传力轴与旋转脚蹬的齿轮副相连。当脚蹬转动时，可带动丝杠转动，通过丝杠的转动控制旋翼轴的倾斜，来使直升机处于前飞，后飞和垂直升降状态。座舱中设置一个旋翼轴倾角指示器，可以通过测量丝杠的转角来得到旋翼轴的倾角。在直升机负载标准重量时，测量直升机的重心位置，并调节丝杠使旋翼轴的延长线与重心重合，这时的旋翼轴倾角就是垂直升降时的倾角，在指示器上标注。测量不同负载时的垂直升降倾角，并将其一一标注。直升机起飞时，调节旋转脚蹬使旋翼轴处于垂直升降倾角，旋动油门不断提高旋翼转速，当旋翼产生的升力大于直升机的总重时，便飞起。当直升机升到安全高度后，转动脚蹬使直升机处于前飞状态旋翼产生的一部分升力转变为向前飞的推力，由于旋翼产生的总升力未变，所以回引起垂直升力下降，而导致直升机飞行高度下降，这时需加大油门，弥补升力下降的影响。

在飞行中，行进的方向靠操纵手把的左右偏转来调整，前进或是垂直升降由旋转脚蹬来调整，旋翼向前倾转的角度越大速度越快，当旋翼向前倾转的角度不变时，飞行的高度和速度成正比，都由油门控制。

降落时，对准适合的降落地点飞行，减小油门降低飞行高度和速度，到达后立即调节脚蹬使旋翼轴处于垂直升降倾角，不断减小油门直至落地。

实施例2无人直升机：结构如图6所示，发动机变速器安装在尾梁上，变速器通过一对皮带轮驱动轴箱中的斜齿轮带动旋翼转动。尾梁顶部与机身铰接，液压缸与尾梁底部铰接，活塞杆顶端与机身底部铰接。尾梁两侧有产生升力的短翼，后部为撑杆连接的尾翼。机身内部分别为载荷空间、飞行控制系统和油箱。

Claims (5)

1：旋翼轴可控倾转式共轴旋翼直升机，有两副共轴反转的旋翼，旋翼仰角固定，依靠旋翼转数决定升力大小，依靠尾翼(5)的偏转调整飞行方向，其特征是：旋翼轴(1)安置在尾梁(2)上，并且，尾梁(2)与机身(3)由铰链装置连接，长度可调节的飞行姿态调节装置(4)的两端分别由铰链装置连接机身(3)与尾梁(2)，通过调节飞行姿态调节装置的长度，可以使旋翼轴延长线分别处于直升机重心之前和之后的位置。

2：一种如权利要求1所述的共轴旋翼直升机，其特征在于所述直升机尾梁两侧有产生升力的短翼，在转向时同步调整所转方向的翼面，减小升力。

3：一种如权利要求1所述的共轴旋翼直升机，其特征在于所述直升机的飞行姿态调节装置是丝杠与螺母组合。

4：一种如权利要求1所述的共轴旋翼直升机，其特征在于所述直升机的飞行姿态调节装置是双作用液压缸。

5：一种如权利要求1所述的共轴旋翼直升机，其特征在于所述直升机的飞行姿态调节装置是气压缸。

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