CN214875553U - 一种分布式推进的纵列式高速无人直升机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式推进的纵列式高速无人直升机，包括机身、起落架和机翼，所述起落架位于机身的底部，所述机身的头部和尾部分别设有前旋翼系统和后旋翼系统，所述机翼位于前旋翼系统和后旋翼系统水平面的投影之间，所述机翼上设有分布式推进系统，所述分布式推进系统包括动力装置和多个沿机翼长度方向间隔排列的螺旋桨，所述动力装置用于螺旋桨驱动。本实用新型采用混合电推进降低了传动系统的结构重量以及燃油消耗率，分布式推进系统中多个螺旋桨的布置会加速机翼上方空气的流速，提高了飞行器的气动效率，使得飞机的升力系数得到较大的提升，从而提升了飞行器的航程和航时。

Description

一种分布式推进的纵列式高速无人直升机

技术领域

本实用新型属于飞行器总体设计领域，具体涉及一种分布式推进的纵列式高速无人直升机。

背景技术

纵列式无人直升机具备垂直起降、定点悬停性能，其有效载荷大、重量效率高、抗风性能好、容许的重心范围大等优点，广泛用于运输、搜救、吊挂及海上作业等。与常规直升机相比，纵列式无人直升机具有更强大的运输性能，能够快速有效地完成战场机动任务，其起飞不受地面条件约束，可及时准确将作战人员和武器弹药及各种后勤补给物资运送到预定地点。但是由于直升机旋翼固有的缺陷，即前行桨叶容易产生激波以及后行桨叶容易失速问题，导致纵列式直升机的前飞速度受制约束，进一步影响了其运输效能。针对以上问题，急需开展纵列式高速无人直升机的研究。

目前针对高速直升机的研究，主要集中于复合式直升机及倾转旋翼机，典型的复合式直升机有美国西科斯基研制的共轴高速直升机X2以及空客研制的X3,其X2采用共轴刚性双旋翼及尾推螺旋桨形式，X3采用常规单旋翼加机翼及螺旋桨推进的形式；此类复合式直升机一定程度上解决了高速前飞时旋翼的气动问题，提高了直升机的前飞速度，但与纵列式相比，其重心变化范围小，重量效率较低，运输性能较差。典型的倾转旋翼机有美国的鱼鹰V-22及V-44等，其主要通过推进螺旋桨的倾转实现悬停到前飞的过渡，此类飞行器以牺牲常规直升机悬停性能获得更高的前飞速度，其悬停效率较低、抗风性能较差。此外，现有的高速直升机传动系统都以齿轮变速箱为主，其传动系统结构重量大，燃油消耗率高，不利于提高飞行器的航程和航时。其中申请号为201610380326.0的中国实用新型专利，公开了一种纵列式双旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器，在固定翼上采用两个矢量推进浆实现高速平飞，但该结构的飞行器在低速飞行时其稳定性和气动效率存在不足。

因此，如何在现有飞行器的结构上进行改进以克服上述的技术缺陷，是本领域急需解决的关键问题。

发明内容

针对现有直升机技术上的不足，本实用新型提供了一种分布式推进的纵列式高速无人直升机。本实用新型的目的在于设计一种兼顾垂直起降的高速无人运输直升机，本专利综合纵列式无人直升机强大的运输性能，通过加装机翼和分布式推进系统，以改善直升机前飞速度过低问题，并通过分布式混合电推进的方式，以改善机翼周围的流场，提高直升机的气动效率、航程及航时。

一种分布式推进的纵列式高速无人直升机，包括机身、起落架和机翼，所述起落架位于机身的底部，所述机身的头部和尾部分别设有前旋翼系统和后旋翼系统，所述机翼位于前旋翼系统和后旋翼系统水平面的投影之间，所述机翼上设有分布式推进系统，所述分布式推进系统包括动力装置和多个沿机翼长度方向间隔排列的螺旋桨，所述动力装置用于螺旋桨驱动。

具体地，所述动力装置包括短舱、发动机、发电机、控制系统和多个电机，所述短舱设置于机翼上，所述电机和螺旋桨安装于短舱内，所述电机与螺旋桨机械连接，所述发动机和发电机安装于机身内，所述发动机与发电机机械连接，所述控制系统与发电机和多个电机电连接。

进一步具体地，所述分布式推进系统位于机翼靠近机身头部的一侧，所述机翼靠近机身尾部的一侧设有副翼。

更进一步地，所述机身的尾部设有后旋翼塔，所述后旋翼系统安装于后旋翼塔上。

具体地，所述后旋翼塔上设有水平尾翼，所述水平尾翼位于后旋翼系统下方。

具体地，所述水平尾翼上设有升降舵，所述升降舵位于水平尾翼靠近机身尾部的一侧。

优选地，所述机翼上还设有翼尖小翼。

进一步地，所述机身的底部还设有外置的浮筒，所述起落架为可收放前三点式结构，包括前起落架和后起落架，所述前起落架收纳于机身内，所述后起落架收纳于浮筒内。

更进一步地，所述前旋翼系统的前旋翼和后旋翼系统的后旋翼均为刚性旋翼，所述前旋翼和后旋翼的桨叶半径相同，所述前旋翼与后旋翼高度差为0.3-0.5倍桨叶半径。

具体地，所述多个螺旋桨均为定距桨。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型改善了常规直升机前飞时旋翼前行桨叶激波和后行桨叶失速问题，提高了飞行器的前飞速度，进一步提升了飞行器的运输效能。

2、本实用新型采用混合电推进降低了传动系统的结构重量以及燃油消耗率，分布式推进系统中多个螺旋桨的布置会加速机翼上方空气的流速，提高了飞行器的气动效率，使得飞机的升力系数得到较大的提升，从而提升了飞行器的航程和航时。

3、本实用新型通过后旋翼塔加装水平尾翼和方向舵，改善了纵列式无人直升机纵向不稳定问题，提高了其纵向稳定性。

4、本实用新型通过旋翼(前旋翼和后旋翼)与机翼的过渡前飞升力分配策略，设定低速悬停、过渡前飞以及高速前飞模式，对其各飞行状态下的操纵进行分配，有效地解决了操纵策略冗余问题。

附图说明

图1为本实用新型直升机的主视图；

图2为本实用新型直升机的左视图；

图3为本实用新型直升机的俯视图。

其中，1-后旋翼系统，2-后旋翼、3-升降舵、4-后旋翼塔、5-浮筒、6-后起落架、7-螺旋桨、8-机身、9-前起落架、10-前旋翼系统、11-翼尖小翼、12-机翼、13-副翼、14-水平尾翼、15-短舱、16-前旋翼。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2、图3所示，一种分布式推进的纵列式高速无人直升机，包括机身、起落架和机翼，所述起落架位于机身的底部，所述机身的头部和尾部分别设有前旋翼系统和后旋翼系统，所述机翼位于前旋翼系统和后旋翼系统水平面的投影之间，所述机翼上设有分布式推进系统，所述分布式推进系统包括动力装置和多个沿机翼长度方向间隔排列的螺旋桨，所述动力装置用于螺旋桨驱动，本实施例中螺旋桨的数量为每个机翼各四个，螺旋桨间隔排列的间距相同。前旋翼系统和后旋翼系统均包括桨叶、桨毂、自动倾斜器、拉杆、摇臂、套筒、轴，前后旋翼分别布置在机身前后，且前旋翼系统的前旋翼比后旋翼系统的后旋翼低。

所述动力装置包括短舱、发动机、发电机、控制系统和八个电机，所述短舱设置于机翼上，所述电机和螺旋桨安装于短舱内，所述电机与螺旋桨机械连接，所述发动机和发电机安装于机身内，所述发动机与发电机机械连接，所述控制系统与发电机和多个电机电连接。发动机通过燃油产生动力带动电动机发电后，由控制系统控制电机转动，各电机转动的速率由控制系统控制分配，改变飞行航向和飞行姿态，通过电机驱动更加有利于分配控制。

所述分布式推进系统位于机翼靠近机身头部的一侧，所述机翼靠近机身尾部的一侧设有副翼。

所述机身的尾部设有后旋翼塔，所述后旋翼系统安装于后旋翼塔上。

所述后旋翼塔上设有水平尾翼，所述水平尾翼位于后旋翼系统下方，所述水平尾翼上设有升降舵，所述升降舵位于水平尾翼靠近机身尾部的一侧，改善了纵列式无人直升机纵向不稳定问题，提高了其纵向稳定性。

所述机翼上还设有翼尖小翼。避免机翼翼尖附近机翼下表面空气会绕流到上表面，形成翼尖涡，进而降低飞行功耗。

所述机身的底部还设有外置的浮筒，所述起落架为可收放前三点式结构，包括前起落架和后起落架，所述前起落架收纳于机身内，所述后起落架收纳于浮筒内。

所述前旋翼系统的前旋翼和后旋翼系统的后旋翼均为刚性旋翼，所述前旋翼和后旋翼的桨叶半径相同，所述前旋翼与后旋翼高度差为0.4倍桨叶半径。

所述八个螺旋桨均为定距桨，其拉力的变化通过电机的转速控制。

本实用新型的纵列式高速无人直升机输入量包括前后旋翼操纵、螺旋桨操纵以及固定翼操纵，前后旋翼操纵输入为前后旋翼总距和横纵向周期变距；螺旋桨操纵量为转速；所述固定翼操纵量为副翼和升降舵偏转量，在飞行中有三种典型的飞行模态：

低速悬停：是指飞行器飞行速度在0-40m/s之间，此时操纵模式主要以纵列式无人直升机模式为主，此时副翼和升降舵均不偏转，机体的俯仰、滚转和偏航均由前后旋翼控制，推进螺旋桨可产生部分推力。

过渡前飞：是指飞行器飞行速度在40-80m/s之间，此时操纵模式随着前飞速度的增加，前后旋翼的转速逐渐降低，机体的俯仰和滚转操纵逐渐由前后旋翼的横纵向周期变距向副翼和升降舵操纵过渡，此时维持原有机体配平的横纵向周期变距操纵权重不断减小，同时副翼和升降舵的操纵权重逐渐增加。其前后旋翼与机翼均产生升力，两侧分布式推进螺旋桨产生拉力，相比低速悬停时较大。

高速前飞：是指飞行器飞行速度大于80m/s，此时操纵模式主要以固定翼的副翼和升降舵为主，俯仰运动由升降舵操纵，滚转运动由机翼后缘两侧的副翼操纵，偏航运动由两侧螺旋桨差速操纵，拉力主要由分布推进螺旋桨产生，升力主要由机翼产生。此时，前后旋翼均处于半自转状态，为了保持前后旋翼的姿态以更好的降低气动阻力，在高速前飞模式操纵下，微量操纵横纵向周期变距以尽量保持旋翼桨盘与风轴系平面平行。

Claims (10)

1.一种分布式推进的纵列式高速无人直升机，包括机身、起落架和机翼，所述起落架位于机身的底部，所述机身的头部和尾部分别设有前旋翼系统和后旋翼系统，所述机翼位于前旋翼系统和后旋翼系统水平面的投影之间，其特征在于所述机翼上设有分布式推进系统，所述分布式推进系统包括动力装置和多个沿机翼长度方向间隔排列的螺旋桨，所述动力装置用于螺旋桨驱动。

2.根据权利要求1所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述动力装置包括短舱、发动机、发电机、控制系统和多个电机，所述短舱设置于机翼上，所述电机和螺旋桨安装于短舱内，所述电机与螺旋桨机械连接，所述发动机和发电机安装于机身内，所述发动机与发电机机械连接，所述控制系统与发电机和多个电机电连接。

3.根据权利要求2所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述分布式推进系统位于机翼靠近机身头部的一侧，所述机翼靠近机身尾部的一侧设有副翼。

4.根据权利要求3所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述机身的尾部设有后旋翼塔，所述后旋翼系统安装于后旋翼塔上。

5.根据权利要求4所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述后旋翼塔上设有水平尾翼，所述水平尾翼位于后旋翼系统下方。

6.根据权利要求5所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述水平尾翼上设有升降舵，所述升降舵位于水平尾翼靠近机身尾部的一侧。

7.根据权利要求6所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述机翼上还设有翼尖小翼。

8.根据权利要求7所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述机身的底部还设有外置的浮筒，所述起落架为可收放前三点式结构，包括前起落架和后起落架，所述前起落架收纳于机身内，所述后起落架收纳于浮筒内。

9.根据权利要求8所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述前旋翼系统的前旋翼和后旋翼系统的后旋翼均为刚性旋翼，所述前旋翼和后旋翼的桨叶半径相同，所述前旋翼与后旋翼高度差为0.3-0.5倍桨叶半径。

10.根据权利要求1所述的分布式推进的纵列式高速无人直升机，其特征在于所述多个螺旋桨均为定距桨。

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