CN209757520U - 一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，包括多组滑动顶块及其驱动机构、具有固定在旋转机翼转轴上的转子、套装在旋转机翼转轴上的驱动套筒、固定座、套筒盖、直线驱动机构、转动驱动机构。本实用新型在面对低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾时，结合旋转机翼自身的安装结构特点，通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构以及改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局(既能后掠，又能斜置)，从而达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的效果。

Description

一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置

技术领域

本实用新型涉及旋转机翼飞机技术领域，具体为一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置。

背景技术

旋转机翼飞机是一种兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航性能的新型有人/无人飞机。专利号为ZL201110213680.1，名称为《一种飞行模式可变的旋转机翼飞机》的中国专利就是一种典型机型。该飞机具有三翼面的气动布局。其中，旋转机翼即主机翼在直升机飞行模式下，可以作为旋转机翼，通过旋转为飞机提供足够的拉力，满足飞机垂直起降以及小速度飞行的需要，同时，当飞机具有一定飞行速度后，主机翼又可以锁定为固定翼，实现固定翼高速、高效率的飞行。因此，在起飞和降落及小速度飞行阶段，飞机采用直升机飞行模式，在巡航和任务阶段，采用固定翼飞行模式。而在固定翼飞行模式与直升机飞行模式之间，存在转换飞行阶段。

旋转机翼飞机在直升机飞行模式阶段通过前后缘对称翼型的旋转机翼旋转产生拉力，当到达一定离地高度时，动力系统如前拉螺旋桨或后推螺旋桨工作，使飞机进入转换飞行阶段，此阶段的目的是让鸭翼和平尾产生足够的升力，从而使旋转机翼能够卸载。为了提高全机的飞行效率，降低振动影响，转换飞行阶段的前飞速度不能太大，但此阶段又要求鸭翼和平尾能产生足够的升力，所以在设计时鸭翼和平尾平面形状采用气动效率较高的平直机翼或梢根比小的梯形机翼。

随着对旋转机翼飞机飞行性能要求的逐步提高，我们发现在旋转机翼飞机固定翼巡航飞行阶段，上述鸭翼和平尾平面形状会导致激波的提前产生，并带来巨大的激波阻力，导致旋转机翼飞机固定翼巡航飞行的飞行速度难以提高，一旦飞行速度增大，就会导致平飞需用功率的陡增。由此就产生了鸭翼、平尾低速飞行时的高气动效率需求与高速飞行时的大激波阻力的矛盾，面对该矛盾，在飞机设计领域，常规的解决方案就是将鸭翼、平尾设计为类似于美军F14战斗机的可变后掠形式，通过改变鸭翼、平尾在低速和高速状态下的气动布局解决其低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾，但由于鸭翼、平尾是直接与机身连接，如果在其中引入变后掠连接结构，会带来极大的结构增重，目前对于这一思路还没有合适的解决方案。

实用新型内容

针对旋转机翼飞机在设计过程中遇到的鸭翼、平尾低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾，本实用新型提出一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，能够改变旋转机翼飞机高低速巡航阶段的旋转机翼气动布局。

本实用新型的设计思路是减小鸭翼、平尾面积以降低高速的大激波阻力，而由此会产生两个新的问题，一是转换飞行阶段的升力会降低，二是低速巡航状态下，鸭翼、平尾上产生的升力会降低，导致飞机的飞行包线左边界靠右，降低飞机的飞行性能；对于第一个问题，通过在提高转换飞行阶段的前飞速度，使转换飞行阶段中鸭翼、平尾产生的升力满足要求；对于第二个问题，通过在转换飞行阶段，将旋转机翼按照其展向与飞机纵向对称面垂直方式锁定，并充分利用旋转机翼椭圆翼型前后缘对称的特点，增大旋转机翼面积，使旋转机翼能够在低速巡航状态产生更高的升力，弥补鸭翼、平尾面积减小后带来的升力损失，避免飞行性能降低。

而旋转机翼自身是按照其展向与飞机纵向对称面垂直方式进行锁定的，那么在高速巡航阶段，旋转机翼自身还是会产生较大的激波阻力，但恰好旋转机翼是通过桨毂与机身连接，而且旋转机翼自身有锁定需求，所以可以通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构以及改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局，从而达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的目的。

基于上述原理，本实用新型的技术方案为：

所述一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：包括多组滑动顶块及其驱动机构、具有固定在旋转机翼转轴上的转子、套装在旋转机翼转轴上的驱动套筒、固定座、套筒盖、直线驱动机构、转动驱动机构；

所述滑动顶块分别安装在旋转机翼的左右两侧机翼翼根内，且在机翼与旋转桨毂连接结构的前后两侧均安装有滑动顶块；所述机翼与旋转桨毂连接结构采用垂直于机翼平面的转轴连接，左右两侧机翼能够相对各自的连接转轴转动；

所述滑动顶块的安装方向垂直机翼剖面方向，且能够在滑动顶块驱动机构作用下，沿机翼展向直线运动；左右两侧机翼翼根内安装的滑动顶块位置相对布置，且滑动顶块端面采用圆弧面；

所述旋转桨毂与旋转机翼转轴连接；

所述转子与驱动套筒采用V型槽配合，槽面为螺旋面；所述固定座与机身相对固定安装，在固定座上安装有直线驱动机构；所述直线驱动机构的驱动方向平行于旋转机翼转轴；所述直线驱动机构的驱动端连接套筒盖；所述套筒盖与驱动套筒连接，套筒盖能够带动驱动套筒同步轴向运动，且驱动套筒能够相对套筒盖绕自身轴线转动；所述转动驱动机构安装在套筒盖上，能够带动驱动套筒绕自身轴线转动。

进一步的优选方案，所述一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：当转子与驱动套筒接合后，转子与驱动套筒的V型槽螺旋面形成自锁。

进一步的优选方案，所述一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：还包括滑轨及其驱动机构，驱动机构能够驱动滑轨沿自身轴线运动；所述滑轨套在旋转机翼转轴上；所述滑轨的外侧面沿轴向采用不同的横截面形状；其中滑轨轴向一端与所述固定座配合部分的截面形状为非圆形，确保滑轨相对固定座不能转动；滑轨轴向中段采用壁面上具有轴向键的圆柱形式，驱动套筒轴向通孔壁面上具有对应的键槽，使得当驱动套筒与滑轨轴向中段配合时，驱动套筒不能相对滑轨转动；滑轨轴向另一端采用圆柱结构，当驱动套筒与滑轨圆柱结构段配合时，驱动套筒能够相对滑轨转动。

有益效果

本实用新型针对旋转机翼飞机高低速巡航飞行的需求，在面对低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾时，结合旋转机翼自身的安装结构特点，通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构以及改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局(既能后掠，又能斜置)，从而达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的效果。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是旋转机翼飞机高速巡航时的后掠翼变化过程示意图。

图中：1左旋翼、2右旋翼。

图2是旋转机翼变后掠装置示意图。

图中：1左旋翼、2右旋翼、3旋翼安装座、4左连接销、5右连接销、6左旋翼上滑动顶块、7右旋翼上滑动顶块、8左旋翼下滑动顶块、9右旋翼下滑动顶块。

图3是旋转机翼飞机高速巡航时的斜置翼变化过程示意图。

图中：1左旋翼、2右旋翼。

图4是斜置翼锁定装置示意图。

图中：11固定座、12滑轨、13直线舵机、14直线舵机、15套筒盖、16驱动套筒、17转子、18旋转机翼转轴、19转动舵机、20摇臂连杆、21球形接头。

图5是旋转机翼飞机飞行过程示意图。

图中：31直升机模式起飞、32直升机转固定翼的过渡模式、33固定翼模式、331固定翼低速巡航、332固定翼高速巡航、34固定翼转直升机的过渡模式、35直升机模式着陆。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实施例提供了一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构以及改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局，既能后掠，又能斜置。

本实施例中的装置，包括多组滑动顶块及其驱动机构、具有固定在旋转机翼转轴上的转子、套装在旋转机翼转轴上的驱动套筒、固定座、套筒盖、直线驱动机构、转动驱动机构。

其中多组滑动顶块及其驱动机构实现后掠功能：

所述滑动顶块分别安装在旋转机翼的左右两侧机翼翼根内，且在机翼与旋转桨毂连接结构的前后两侧均安装有滑动顶块；所述机翼与旋转桨毂连接结构采用垂直于机翼平面的转轴连接，左右两侧机翼能够相对各自的连接转轴转动；所述滑动顶块的安装方向垂直机翼剖面方向，且能够在滑动顶块驱动机构作用下，沿机翼展向直线运动；左右两侧机翼翼根内安装的滑动顶块位置相对布置，且滑动顶块端面采用圆弧面。

具体结构可如图2所示，左旋翼1通过连接销4与旋翼安装座3相连，右旋翼2通过连接销5与旋翼安装座3相连，旋翼安装座3与旋转机翼桨榖相连。旋转机翼的左右旋翼内部安装有可以沿垂直旋翼剖面方向运动的滑动顶块6、7、8、9，滑动顶块6、7、8、9由位于旋翼内部的舵机驱动。在旋翼模式下，滑动顶块6、7、8、9缩回旋翼内部，不会影响左右旋翼的转动与变距操作，旋翼依靠自身的离心力保持展开。当旋翼总距降为0度后，滑动顶块6、7、8、9同时伸出相同长度并在端面接触，实现旋翼的与桨毂在旋转方向的定位。当旋转机翼转速降低并在垂直于机身轴线方向锁定后，根据飞行速度和飞行高度，飞控系统驱动左右旋翼上安装的舵机，用于对称控制左旋翼上滑动顶块6、右旋翼上滑动顶块7伸出，对称控制左旋翼下滑动顶块8、右旋翼下滑动顶块9缩回，使得左、右旋翼沿机身对称面对称运动，形成所需后掠角。

通过该装置，旋转机翼飞机在固定翼飞行模式下，旋转机翼能够依据飞行状态调节其后掠角：低速飞行时，旋转机翼按照后掠角相对较小的角度(或0o)锁定，形似常规布局，可以提供优良的低速气动性能；高速巡航时，旋转机翼按照后掠角相对较大的角度锁定飞行，可重新分布旋转机翼前方的激波和波阻。典型变化过程如图1所示。

而实现斜置功能的部件包括具有固定在旋转机翼转轴上的转子、套装在旋转机翼转轴上的驱动套筒、固定座、套筒盖、直线驱动机构、转动驱动机构。

所述转子与驱动套筒采用V型槽配合，槽面为螺旋面，当转子与驱动套筒接合后，转子与驱动套筒的V型槽螺旋面形成自锁；所述固定座与机身相对固定安装，在固定座上安装有直线驱动机构；所述直线驱动机构的驱动方向平行于旋转机翼转轴；所述直线驱动机构的驱动端连接套筒盖；所述套筒盖与驱动套筒连接，套筒盖能够带动驱动套筒同步轴向运动，且驱动套筒能够相对套筒盖绕自身轴线转动；所述转动驱动机构安装在套筒盖上，能够带动驱动套筒绕自身轴线转动。

通过该装置，飞机在固定翼飞行模式下，旋转机翼能够依据飞行状态调节其斜置角，即一侧机翼前掠和另一侧机翼后掠：当低速飞行时，旋转机翼按照前掠角和后掠角相对较小的角度(或0°)锁定，形似常规布局，可以提供优良的低速气动性能；高速巡航时，旋转机翼按照前掠角和后掠角相对较大的角度锁定飞行，可重新分布旋转机翼前方的激波和波阻，最大时旋转机翼顺机身锁定，即机翼对称面与机身纵向对称面的夹角为0°。典型变化过程如图3所示。

但上述装置要求旋转机翼停转后，再将转子与驱动套筒接合，显然要么需要另外一套使旋转机翼减速停转的机构，要么就靠空气阻力和动力传动系统阻力使旋转机翼自然停转。这里我们做了进一步的改进，将减速锁定功能也增加进来：

即装置还包括滑轨及其驱动机构，驱动机构能够驱动滑轨沿自身轴线运动；所述滑轨套在旋转机翼转轴上；所述滑轨的外侧面沿轴向采用不同的横截面形状；其中滑轨轴向一端与所述固定座配合部分的截面形状为非圆形，确保滑轨相对固定座不能转动；滑轨轴向中段采用壁面上具有轴向键的圆柱形式，驱动套筒轴向通孔壁面上具有对应的键槽，使得当驱动套筒与滑轨轴向中段配合时，驱动套筒不能相对滑轨转动；滑轨轴向另一端采用圆柱结构，当驱动套筒与滑轨圆柱结构段配合时，驱动套筒能够相对滑轨转动。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：包括多组滑动顶块及其驱动机构、具有固定在旋转机翼转轴上的转子、套装在旋转机翼转轴上的驱动套筒、固定座、套筒盖、直线驱动机构、转动驱动机构；

所述滑动顶块分别安装在旋转机翼的左右两侧机翼翼根内，且在机翼与旋转桨毂连接结构的前后两侧均安装有滑动顶块；所述机翼与旋转桨毂连接结构采用垂直于机翼平面的转轴连接，左右两侧机翼能够相对各自的连接转轴转动；

所述滑动顶块的安装方向垂直机翼剖面方向，且能够在滑动顶块驱动机构作用下，沿机翼展向直线运动；左右两侧机翼翼根内安装的滑动顶块位置相对布置，且滑动顶块端面采用圆弧面；

所述旋转桨毂与旋转机翼转轴连接；

所述转子与驱动套筒采用V型槽配合，槽面为螺旋面；所述固定座与机身相对固定安装，在固定座上安装有直线驱动机构；所述直线驱动机构的驱动方向平行于旋转机翼转轴；所述直线驱动机构的驱动端连接套筒盖；所述套筒盖与驱动套筒连接，套筒盖能够带动驱动套筒同步轴向运动，且驱动套筒能够相对套筒盖绕自身轴线转动；所述转动驱动机构安装在套筒盖上，能够带动驱动套筒绕自身轴线转动。

2.根据权利要求1所述一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：当转子与驱动套筒接合后，转子与驱动套筒的V型槽螺旋面形成自锁。

3.根据权利要求2所述一种用于旋转机翼飞机中改变旋转机翼气动布局的装置，其特征在于：还包括滑轨及其驱动机构，驱动机构能够驱动滑轨沿自身轴线运动；所述滑轨套在旋转机翼转轴上；所述滑轨的外侧面沿轴向采用不同的横截面形状；其中滑轨轴向一端与所述固定座配合部分的截面形状为非圆形，确保滑轨相对固定座不能转动；滑轨轴向中段采用壁面上具有轴向键的圆柱形式，驱动套筒轴向通孔壁面上具有对应的键槽，使得当驱动套筒与滑轨轴向中段配合时，驱动套筒不能相对滑轨转动；滑轨轴向另一端采用圆柱结构，当驱动套筒与滑轨圆柱结构段配合时，驱动套筒能够相对滑轨转动。