CN205652350U - 双叶桨纵列式直升机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种双叶桨纵列式直升机，其包括机身、动力系统、控制系统和两组旋翼，所述两组旋翼相对于机身纵向布置。每组旋翼又分别包括旋翼轴、旋翼头和两片桨叶，其中，旋翼轴联结至动力系统，旋翼头固定至旋翼轴，桨叶附接至旋翼头。本实用新型的双叶桨纵列式直升机在使机体重量接近单旋翼直升机的同时，具有更大的桨盘面积，可获得接近其2倍或以上的起飞重量，同时具有搬运体积小、结构简单、气动效率高等特点。

Description

双叶桨纵列式直升机
技术领域
本实用新型涉及一种直升机，更具体地，涉及一种双叶桨纵列式直升机。
背景技术
作为可以垂直升降的飞行器，直升机的突出特点是可以做低空、低速和机头方向不变的机动飞行，特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其无论在军用方面(例如对地攻击、机降登陆、后勤支援等)或是民用方面(例如短途运输、医疗救护、救灾救生、地质勘探等)都具有广阔的用途及发展前景。直升机一般由机身、动力系统、控制系统、和升力系统构成。能够使得直升机垂直升降的升力系统对于直升机而言非常重要，其主要包括旋翼。目前，直升机按旋翼布置方式主要分为单旋翼式、纵列式、横列式、共轴式和交叉旋翼式5大类。
对于单旋翼直升机而言，通过增加其桨叶数量和桨叶长度可以提高起飞重量。直升机的最大起飞重量是衡量直升机性能的重要指标，一般通过增加“桨盘面积”或增加桨叶数量来提高最大起飞重量。“桨盘面积”是指旋翼半径在旋翼构造平面内所形成的圆盘面积。但单旋翼直升机需要尾桨平衡主旋翼产生的反扭力，因此尾桨会消耗20％左右的发动机动力。而且单旋翼直升机尾桨必须在主旋翼外，所以随着桨叶长度增加，机尾长度要相应增加，同时机头长度也要增加以平衡机尾重量，保证机体重心在主旋翼中心附近，导致机体重量增加，因此单旋翼直升机起飞重量越大效率越低。
对于多叶桨纵列式直升机而言，当旋翼尺寸相同时，相同桨叶数量下的桨盘面积可以增加接近1倍，但由于需要保证旋翼在运行过程中没有干涉，所以两组旋翼轴距要大于旋翼半径，而且桨叶数量越多轴距越大。桨盘重叠用重叠率ov进行描述，即ov＝1-ds/d。其中ds为旋翼轴距，d为旋翼直径。3片旋翼/组的纵列式直升机桨盘重叠率一般小于34％，4片旋翼/组的纵列式直升机桨盘重叠率一般小于22％。重叠率越小，轴距越大，机体尺寸和重量越大，需要增加额外结构重量保持机身刚度，同时过大的机体还会阻挡旋翼的下洗气流，降低升力，气动效率降低。
多叶桨横列式直升机一般没有桨盘重叠，前飞阻力大，所以很少应用该设计。
共轴式直升机的具有两个上下布置的旋翼，它们在同一轴线上反向旋转，桨盘大面积重叠，从而导致气动效率降低。
交叉旋翼直升机的两组旋翼轴距非常短，因此桨盘面积较同尺寸单旋翼直升机略有增加，无尾桨设计可以有效利用发动机功率，但航向控制能力差，其与共轴直升机一样还需要用一组在伸出主旋翼外的垂直尾翼提供额外的航向安定性。因此机身尺寸与单旋翼直升机比只略有缩短。
虽然已经发展出以上多种类型的直升机，但目前的直升机依然存在着桨盘面积小、机身尺寸大、气动效率低等缺陷。非常需要一种能够克服以上各类型直升机缺陷的新型直升机。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对以上现有直升机存在的桨盘面积小、机身尺寸大、气动效率低等缺陷，提供一种新型的直升机、特别是双叶桨纵列式直升机。
根据本实用新型的新型直升机，在相同旋翼尺寸下机身尺寸小于单旋翼、交叉旋翼、多叶桨纵列式和横列式直升机的大载荷直升机。
根据本实用新型的新型直升机，在机体重量接近单旋翼直升机的条件下具有更大的桨盘面积，可获得接近其2倍或以上的起飞重量。
根据本实用新型的新型直升机，搬运体积小、结构简单、气动效率高。
根据本实用新型的一个方面，提供一种双叶桨纵列式直升机，其包括：机身、动力系统、控制系统和升力系统，其中所述升力系统包括两组旋翼，所述两组旋翼相对于机身纵向布置。两组旋翼构成的桨盘直径相同并且以相反方向同步旋转。两组旋翼各自包括：可枢转地连接到动力系统的旋翼轴；固定地连接到旋翼轴的上端的旋翼头；围绕着旋翼头成直线型位置配置的两片桨叶。两个旋翼轴在动力系统的驱动下带动旋翼头以及桨叶旋转。
根据本实用新型的双叶桨纵列式直升机的布局是介于交叉旋翼和多桨叶纵列式直升机之间的一种布局，包括两组纵向排列的旋翼，但每组旋翼由两片桨叶组成，可以有较大的重叠率，即轴距短于多叶桨纵列式直升机，大于交叉旋翼直升机。因此，本实用新型的直升机的双叶桨纵列式布局具有以下有益效果：
1)增加桨盘重叠率，最大可以增加至约45％，缩短两组旋翼轴距，缩短机身长度，显著小于同旋翼尺寸的其他直升机，例如，与3叶桨旋翼相比可缩短约15％以上，与4叶桨旋翼相比可缩短约29％以上，因而缩减机体体积，减小空气阻力，降低机身重量，在一种情形中，本实用新型的新型直升机的机身重量接近同旋翼尺寸的单旋翼和交叉旋翼直升机，小于多叶桨纵列式直升机；
2)搬运尺寸(旋翼移除或折叠状态)小于同旋翼尺寸的其他直升机；
3)与同旋翼尺寸的单旋翼和交叉旋翼直升机相比，能够显著增加桨盘面积和起飞重量，其中桨盘面积可增大约67％以上(与重叠率成反比)，起飞重量可增加约65％以上；
4)每组旋翼桨叶数量少，旋翼间涡流干扰小，旋翼头结构简单，减速箱负荷低；
5)具有多叶桨纵列式直升机气动对称，飞行速度高，对重心不敏感等特点。
本实用新型的双叶桨纵列式直升机可以实现更小机身尺寸下较大的桨盘面积，提升载荷能力，降低桨叶间涡流干扰，提高气动效率，并且与旋翼头结构、旋翼形状、旋转方向、控制、动力系统、机身形状、起落架形式等无关。
附图说明
图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的双叶桨纵列式直升机的侧视图；
图2是图1所示双叶桨纵列式直升机的俯视图。
具体实施方式
下面，参照附图详细描述本实用新型的新型直升机。所给出的仅仅是根据本实用新型的思想的优选实施方式，本领域技术人员可以想到能够实现本实用新型的其他方式。本文中出现的方位术语，例如“前”、“后”、“左”、“右”是相对于飞机机身而言的。
图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的双叶桨纵列式直升机的侧视图，图2是图1所示双叶桨纵列式直升机的俯视图。如图1和图2所示，根据本实用新型的优选实施方式的双叶桨纵列式直升机1包括：机身10；动力系统(未示出)；控制系统(未示出)；以及升力系统20。根据本实用新型的升力系统20包括第一组旋翼30和第二组旋翼50。其中，第一组旋翼30和第二组旋翼50以距离ds相对于机身10纵向布置，第一组旋翼30布置在机身10前部，第二组旋翼布置在机身10后部。
如图1所示，第一组旋翼30包括：在机身10的前部可枢转地连接到动力系统的旋翼轴31；固定地连接到旋翼轴31的上端的旋翼头33；围绕着旋翼头33成直线型位置配置的第一桨叶35和第二桨叶37。类似地，第二组旋翼50包括：在机身10的后部可枢转地连接到动力系统的旋翼轴51；固定地连接到旋翼轴51的上端的旋翼头53；围绕着旋翼头53成直线型位置配置的第三桨叶55和第四桨叶57。旋翼轴31和51在动力系统的驱动下带动旋翼头以及桨叶旋转。
在一种实施方式中，第一组旋翼30的第一桨叶35与第二桨叶37构成的桨盘直径d和第二组旋翼50的第三桨叶55与第四桨叶57构成的桨盘直径d相同。并且，第一组旋翼30以第一方向R1旋转，第二组旋翼50以与第一方向R1相反的第二方向R2同步旋转(如图2所示)。根据本实用新型的配置，两个旋翼轴31和51之间的距离ds可以介于桨盘直径d的55％至70％之间。桨盘重叠率可以介于30％至45％之间。
优选的是，旋翼头33、53可以是全挥舞式旋翼头，即，桨叶可以相对于旋翼头进行一定程度的俯仰、横摆和扭转运动。在其它优选实施方式中，旋翼头33和53可以替代为桨叶不可以相对于旋翼头进行运动的刚性旋翼头、无铰式旋翼头，或者桨叶可以相对于旋翼头进行一定程度的俯仰或横摆运动的跷跷板式旋翼头。
在一种优选实施方式中，第二组旋翼50的旋翼头53相对于机身10的竖直高度高于第一组旋翼30的旋翼头33相对于机身10的竖直高度。
在又一种优选实施方式中，第一组旋翼30的旋翼头33和第二组旋翼50的旋翼头53相对于机身10的竖直高度相同。
在一种优选实施方式中，旋翼轴31和51的轴线位于机身10的纵向竖直平面内，彼此平行并且垂直于机身10。
在又一种优选实施方式中，旋翼轴31和51的轴线位于机身10的纵向竖直平面内，彼此不平行并且相交于机身10下方。
在一种优选实施方式中，桨叶的内层材料为玻璃纤维，外层材料为碳纤维。
在其它优选实施方式中，桨叶的材料为玻璃纤维和碳纤维中的一种。
在一种优选实施方式中，桨叶为对称翼型，桨叶的上下翼面是对称的。
在其它优选实施方式中，桨叶为非对称翼型，桨叶的上翼面较鼓，下翼面较平。
本实用新型的双叶桨纵列式直升机在机体重量接近单旋翼直升机的同时，具有更大的桨盘面积，可获得约2倍或以上的起飞重量。同时具有搬运体积小、结构简单、气动效率高等特点。
通过以上内容，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，但不脱离所附权利要求书的范围。

Claims (11)

1.一种双叶桨纵列式直升机，其特征在于，包括：
机身；
动力系统；
控制系统；和
升力系统，其中所述升力系统包括两组旋翼，所述两组旋翼相对于机身纵向布置，每组旋翼分别包括：
旋翼轴，其可枢转地连接到动力系统；
旋翼头，其固定地连接到旋翼轴的上端；和
两片桨叶，其围绕旋翼头成直线型位置配置。
2.根据权利要求1所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两组旋翼的桨叶构成的桨盘直径相同并且以相反方向同步旋转。
3.根据权利要求1所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两组旋翼的桨叶构成的桨盘重叠率介于30％至45％之间。
4.根据权利要求2所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两组旋翼的桨叶构成的桨盘重叠率介于30％至45％之间。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两个旋翼头相对于机身的竖直高度相同。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，后部旋翼头相对于机身的竖直高度高于前部旋翼头相对于机身的竖直高度。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，旋翼头可以是刚性旋翼头、无铰式旋翼头、跷跷板式旋翼头或全挥舞式旋翼头。
8.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两个旋翼轴的轴线位于机身的纵向竖直平面内，彼此平行并且垂直于机身。
9.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，两个旋翼轴的轴线位于机身的纵向竖直平面内，彼此不平行并且相交于机身下方。
10.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，桨叶包括玻璃纤维的内层和碳纤维的外层。
11.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的双叶桨纵列式直升机，其特征在于，桨叶为对称翼型或非对称翼型。
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