CN2740532Y - 喷气助力直升机 - Google Patents

Abstract

一种依靠喷气提供反助力飞行的喷气助力直升机，其发动机有一个共用的压气机，位于机身前部，多台喷气机分布于机身四周，储气仓通过节流阀通向各个喷气机燃烧室，各喷气机发电机与压气机驱动电动机串联构成输电电路，发电机励磁回路中配有恒电压励磁调节电路和压力电压设定电路，电动机励磁回路中配有恒电流励磁调节电路，节流阀配有流量调节电路。电动机驱动压气机叶轮旋转，将空气压缩进入储气仓，再由储气仓经各节流阀进入各喷气机的燃烧室，与泵入的燃油雾混合燃烧膨胀由喷嘴喷出，产生多组反助力，推动直升机飞行，同时带动喷气叶轮旋转使同轴发电机发电，电能经过各励磁电路调控由输电电路供给压气机的驱动电机。

Description

喷气助力直升机

所属技术领域：

本实用新型涉及一种完全以喷气方式产生反推力提供上升和飞行动力的直升飞机。

技术背景：

目前使用的直升飞机都以旋转翼旋转方式产生上升和飞行的动力，其旋转翼旋转起来所影响的空间范围较大，不适于在较小空间范围内起降和飞行。另外其前进和转向所需的动力是靠其旋转翼倾斜来实现的，但受机械结构和机体平衡的限制，其倾斜角度不可能很大，所以无法提供迅速，灵活，多样地改变飞行状态包括加速，急转，急停等所需要的直接的充足的动力。

发明内容：

为了克服现有直升机旋转翼方式影响空间范围大，不能迅速改变飞行状态的不足，本实用新型完全采用气体喷射方式产生多组大小和方向均可调的反助力来提供上升和飞行的动力，这种直升机适于在较小空间内起降和飞行，并能迅速改变飞行状态。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

为了产生多组大小和方向均可调的反助力来提供上升和飞行的动力，本实用新型采用组合喷气发动机，该发动机有一个共用的压气机，它由进气叶轮，驱动电机，输气管和储气仓构成，位于机身前部。多台(本实用新型的实施例以四台为例)喷气机分别位于机身四周，由喷气叶轮，燃烧室和同轴发电机构成。压气机叶轮在电动机的驱动下旋转，将空气压缩进入储气仓，再从储气仓通过带有节流阀的输气管分别进入各个喷气机的燃烧室，在那里与高压泵入的雾化燃油混合燃烧发生剧烈热膨胀由喷射口喷出，产生反推力，为飞行器提升和飞行的动力。同时带动喷气叶轮旋转使处于同轴的发电机发电，电能经过励磁电路调控以恒电流变电压形式由输电电路供给压气机的驱动电机，使电机旋转带动压气机叶轮工作，向储器仓压缩空气。各发电机输出电压不受喷气机转速干扰，并可随各自对应的节流阀的流量变化而自动调整，使储气仓压力保持恒定。

本实用新型的有益效果是：

能在较小空间范围内起降，通过改变喷射气流的角度和力度能够迅速，灵活，多样地改变飞行状态，包括加速，转弯，爬升，停止等等，而且由多台喷射引擎共同承担飞行重量，平衡性能加强，可靠性提高。

那麽，整个系统是如何协调工作完成整个循环的呢？下面结合附图和实施例对其工作原理和实施方式分步骤作进一步说明。

附图说明：

图1是图2的A向视图。

图2本实用新型的整体构造原理图。

图3是图2的B向视图。

图4是本实用新型喷口的构造原理图。

图5本实用新型喷嘴的构造原理图。

图6是本实用新型发电系统，启动系统的总体布置图和电流调整系统的电路原理图。

图7是本实用新型电压调整系统的局部电路原理图。

图8是本实用新型启动系统的局部电路原理图。

图9是本实用新型喷口和喷嘴转向系统的局部电路原理图。

图2中1.压气机叶轮2.压气机3.节流阀叶轮4.储气仓5.节流阀6.电动机7.燃油箱8.燃油泵驱动电机电压调整器9.喷口10.喷嘴11.燃油泵12.喷油嘴13.喷气机叶轮14.燃烧室15.发电机16.辅助发电机17.燃油泵驱动电机18.燃油泵流量控制电路

图3中19.驾驶室20.垂直尾翼

图4中21.喷口环形滑动电位器22.喷口指针滑动器23.喷口旋转角24.喷口蜗杆蜗轮机构25.喷口转向直流伺服电机

图5中26.喷嘴环形滑动电位器27.喷嘴指针滑动器28.喷嘴旋转角29.喷嘴蜗杆蜗轮机构30.喷嘴转向直流伺服电机

图6中31-34.各发电机压力电压设定电路整体布置图35.辅助发电机恒电压励磁调节系统局部电路图36.霍尔电流检测器37.反相比例放大器38.定宽变频式可控硅斩波器39.电动机励磁绕组40.电压-频率转换器41.比例积分调节器42.比例积分调节器开关Si 43.电流设定电位器

图7中44.霍尔电压检测器45.发电机励磁绕组46.发电机励磁绕组开关Sm 47.定宽变频式可控硅斩波器48.电压-频率转换器49.比例积分调节器50.比例积分调节器开关Su 51.反相比例放大器52.比例积分调节器53.比例积分调节器开关Sp 54.节流阀驱动电机55.节流阀驱动电机电压调整器56.节流阀叶轮旋转轴57.储气仓进气口58.压力传感器59.压力设定电位器60.反相比例放大器

图8中61.二极管62.负载63.蓄电池组64.辅助发电机励磁绕组65.定宽变频式可控硅斩波器66.比例积分调节器67.电压-频率转换器68.辅助发电机电压设定电位器69.比例积分调节器开关Sa70.霍尔电压检测器71.二极管旁路开关Ss

图9中72.指针式滑动器73.环形滑动电位器74.直流放大器

1.空气压缩系统：

空气压缩过程是这样的，在图2中，电动机(6)带动压气机叶轮(1)旋转将空气压入储气仓(4)，再由储气仓(4)经过各节流阀(5)的流量调整进入各喷气机燃烧室(14)与燃油混合燃烧膨胀，推动喷气机叶轮(13)旋转。各发电机(15)在喷气机叶轮(13)的带动下旋转发电，发出的电能经过各励磁电路调控由输电电路供给压气机的驱动电机(6)，使电机(6)驱动压气机(2)旋转，向储气仓(4)压缩空气。因此，空气压缩过程涉及发电，输电和流量调整。下面首先结合附图和实施例对发电过程，输电过程，流量调整过程的原理和具体实施分别做进一步说明。

(1)发电过程：

①发电机恒电压励磁调节电路：

这里所说的恒电压并不是说电压不变化，而是只随设定值变化。根据发电机(15)的电动势公式Eg＝Kg*Φg*Ng(Kg是与发电机结构有关的常数)知，由于喷气机叶轮(13)转速是在不断变化的，比如在飞行中由于转弯或加速的需要会增加向某台喷气机的供油量以促进燃烧增大推力从而导致气体冲击叶片的力度加大，使喷气机叶轮(13)转速Ng提高，如果此时不及时调整发电机(15)的励磁Φg，那麽各发电机(15)的电动势Eg就会增大。反之，推力减小，电动势又会减小。电动势随转速的不断变化会引起发电机(15)的端电压Ug不稳定，从而导致系统供电混乱，无法控制。本实用新型采用无静差积分负反馈电路适时调整各发电机(15)的励磁Φg来保证发电机(15)的端电压不受喷气机叶轮(13)转速干扰。又根据克希荷夫电压定律：Ug＝Eg-I*Rg(Rg为发电机内阻)知，如果再能保证负载I*Rg恒定(将在后面做详细阐述)，那麽发电机(15)电动势Eg也就能保持恒定，也就是说只随设定值变化。

具体为在图6和图7中，将位于各发电机(15)输出端的霍尔电压检测器(44)检测出的发电机(15)端电压Uum与设定电压-Uus(负值)共同输入比例积分调节器(49)的反相输入端，比例积分调节器(49)的输出端接电压-频率转换器(v/f)(48)，电压-频率转换器(48)接入定宽变频式可控硅斩波器(47)，斩波器(47)与发电机励磁绕组(45)，励磁电源串联在一起。在膨胀气体的推动下各喷气机叶轮(13)旋转带动各同轴发电机(15)发电，产生的电动势为：Eg＝Kg*Φg*Ng，各发电机(15)电动势Eg与其励磁绕组(45)的磁通量Φg和发电机(15)的转速Ng的乘积有关。上面已经提到过，实际情况中Ng是随着膨胀气体的推力而不断变化的，当Ng增大时，Φg还未来得及变化，则Eg增大，使Uum增大，与设定电压-Uus相比较，Uum-Uus＞0，比例积分调节器(49)的输出端电压降低，导致电压频率转换器(48)频率降低，使定宽变频式可控硅斩波器(47)导通比下降，从而使励磁回路电流减小，发电机(15)励磁Φg减小，直至Uum＝Uus。反之亦然。因此，在比例积分调节器(49)的负反馈调节下，无论喷气机叶轮(13)转速怎样变化，各发电机(15)的端电压Ug最终决定于设定电压Uus。每台发电机(15)都设置这样的恒电压励磁调节电路，那麽它们的输出电压一经设定将保持不变，将不受除设定电压以外的因素比如转速的干扰。

在各发电机励磁绕组(45)回路中设有开关(46)，开关(46)接通时，回路中有励磁电流，其大小受斩波器(47)导通比控制。开关(46)断开时，励磁电流消失，发电机励磁绕组(45)无励磁。为了叙述方便，这个开关称为Sm(46)。

比例积分调节器(49)的反相输入端设有开关(50)，开关(50)接通时霍尔电压检测器(44)检测出的各发电机(15)端电压Uum与设定电压-Uus的差值可以进入比例积分调节器(49)，断开时这个差值不能进入，此时由于比例积分调节器(49)的反相输入端处于虚地状态，电压为零，它的输出将保持原态不变，发电机(15)的励磁Φg不再改变，比例积分调节器(49)不再起调节作用。为了叙述方便，这个开关称为Su。

②压力电压设定电路：

当储气仓(4)内的压力未达到设定压力时如何调整恒电压励磁调节电路中的设定电压Uus使各发电机(15)输出电压做相应改变呢？就需要设置压力电压设定电路及时调节各发电机(15)输出电压使储气仓(4)内的压力达到设定压力。

图7中，将位于储气仓(4)内的压力传感器(58)检测出的储气仓(4)压力电压值Upm和通过电位器(59)设定的经反相比例放大器(60)反相后变为负值的设定电压-Upg共同输入各发电机(15)的比例积分调节器(52)的反相输入端，比例积分调节器(52)的输出端接反相比例放大器(51)，反相比例放大器(51)输出端电压即作为发电机(15)的设定电压-Uus接入各发电机(15)恒电压励磁调节电路中比例积分调节器(49)的反相输入端。当由于储气仓(4)内压力未达到设定电压所要求的值或调节节流阀(5)使流量增大引起储气仓(4)内压力下降以及Upg人为调整增大时，使Upm-Upg＜0，比例积分调节器(52)输出增加，使Uum-Uus＜0，再通过各发电机(15)恒电压励磁调节电路中比例积分调节器(49)的调整，使发电机(15)的励磁Φg增加，Eg增加，反之亦然，直至Uum＝Uus，Upm＝Upg。每台发电机(15)都有自己的压力电压设定电路，其中的设定电压Upg是统一由一个公共的电位器(59)人为设定的。位于储气仓(4)内的压力传感器(58)检测出的储气仓(4)压力电压值Upm也是公共的，它们组合在一起分别进入各发电机(15)电压设定电路中的比例积分调节器(52)中，由于它们是公共的，其数值一经确定，通向各发电机(15)电压设定电路中的比例积分调节器(52)的数值都相同。

在比例积分调节器(52)的反相输入端同样设有开关(53)，开关(53)断开时由于比例积分调节器(52)的反相输入端处于虚地状态，电压为零，它的输出将保持原态不变，也就是各发电机(15)的设定电压Uus不再改变，比例积分调节器(52)不再起调节作用。为了叙述方便，这个开关称为Sp。

(2)输电过程：

图6中，首先四台发电机(15)与电动机(6)是以串联方式连接在一起的，四台发电机(15)发出的电能要都要通过共同的输电电路传送给电动机(6)。针对每台发电机(15)而言，其恒电压励磁调节电路保证了发电机(15)的端电压的恒定，但根据克希荷夫电压定律：Ug＝Eg-I*Rg(Rg为各发电机内阻)知，保证了各发电机(15)端电压Ug恒定并不一定就保证了各发电机(15)的电动势Eg的恒定。要保证电动势Eg恒定，还需要保证各发电机(15)内电压降I*Rg恒定，也就是要保证I恒定。这里所说的恒定并不是说不变化，而是只随设定值变化。针对所有发电机(15)而言，设四台发电机(15)产生的端电压分别为Ug1，Ug2，Ug3，Ug4，电动机(6)旋转中产生的反电动势为Em，输电电路线路和电动机内阻为Rm，根据克希荷夫电压定律Ug1+Ug2+Ug3+Ug4＝I*Rm+Em，I＝[(Ug1+Ug2+Ug3+Ug4)Em]/Rm和发电机(15)输出功率Pg＝Ug*I，为了使在各发电机(15)端电压Ug1，Ug2，Ug3，Ug4中某一个或某几个受个自压力设定电压Uus调控而变化时不影响其它发电机(15)的输出功率，I也需要恒定。本实用新型在输电电路上设有恒电流励磁调节电路来保证输电电流I恒定。

由于四台喷气机发电机(15)以串联方式与压气机电动机(6)联接，输电电路中电流I处处相等。位于输电电路上的霍尔电流检测器(36)检测出的输电电路电流为Uim，经反相比例放大器(37)反相后变为负值-Uim与通过电位器(43)给出的电流设定电压Uig(正值)共同输入比例积分调节器(41)的反相输入端，比例积分调节器(41)的输出端接电压-频率转换器(v/f)(40)，电压-频率转换器(40)接入定宽变频式可控硅斩波器(38)，斩波器(38)与电动机励磁绕组(39)，励磁电源串联在一起。设四台发电机(15)产生的端电压分别为Ug1，Ug2，Ug3，Ug4，电动机(6)旋转中产生的反电动势为Em，输电电路线路和电动机内阻为Rm。当Ug1，Ug2，Ug3，Ug4中某一个或某几个变化时，比如增大，使∑Ug增大，而电动机(6)的反电动势Em＝Km*Φm*Nm还未来得及变化，根据克希荷夫电压定律Ug1+Ug2+Ug3+Ug4＝I*Rm+Em，I＝[(Ug1+Ug2+Ug3+Ug4)-Em]/Rm，则I上升，使Uig-Uim＜0，比例积分调节器(41)的输出端电压增加，通过电压-频率转换器(40)和定宽变频式可控硅斩波器(38)，使电动机(6)的励磁Φm增加，Em增加，I下降，直至Uim＝Uig，反之亦然。也就是说恒电流励磁调节电路能够保证∑Ug与电动机(6)的反电动势Em之间的差值恒定，Em随着Ug1，Ug2，Ug3，Ug4中某一个或某几个进行等量变化，输电电路电流I保持恒定。由于I的恒定，各发电机(15)和电动机(6)内电压降和输电线路电压损耗都是确定的，也即I*Rg确定，由于Ug受恒电压励磁调节电路和恒电流励磁调节电路控制，是恒定的，根据Ug＝Eg-I*Rg，Eg也就恒定，与Ug一样只随设定值变化，而且Eg1，Eg2，Eg3，Eg4都可以单独地使Em等量变化而不会影响到其它发电机(15)的输出。

在比例积分调节器(41)的反相输入端同样设有开关(42)，开关(42)断开时由于比例积分调节器(41)的反相输入端处于虚地状态，电压为零，它的输出将保持原态不变，电动机(6)的励磁不再改变，比例积分调节器(41)不再起调节作用。这个开关称为Si。

(3)流量调节过程：

本实用新型是采用改变各节流阀(5)流量的方式进行流量调整的。上面已经讲过，储气仓(4)有一个进气口(57)和四个节流口。发电机(15)和电动机(6)稳定运转时，各节流口都有自己的流量，舱内总压力是通过压力电压设定电路预先设定好的，此时舱内实际压力通过各积分反馈电路的调节已达到设定压力Pg所规定的压力，各发电机(15)的Upm-Upg＝0，它们有各自的-Uus，且Uum＝Uus，输电电路中Uim＝Uig，压气机(2)压入气体和各节流口排出气体处于动态平衡状态，排出的流量等于压气机(2)压入的流量。这里需要说明的是储气仓(4)压力电压Upg是人为预先通过调整电位器(59)设定的，设定依据是要保证各节流阀(5)在工作流量范围内无论调整与否都能使各喷气机燃烧室(14)得到可维持正常燃烧膨胀和允许燃油供给量在一定范围改变的压缩比和流量。如果某台喷气机的供油量增加很大，也不必调节储气仓(4)压力，最多调节一下该台喷气机对应的节流阀(5)的流量即可满足充分燃烧的需要。

图6和图7中，在不需调节各节流阀(5)流量的情况下，各发电机(15)压力电压设定电路中的比例积分调节器(52)的开关Sp(53)都将被断开，使得各发电机(15)的设定电压Uus不再改变。若要调节某喷气机的节流阀(5)流量，则无论增大还是减小都要遵循单独调节流量程序。所谓单独调节流量程序是指欲改变某个节流阀(5)流量，调整进入某台喷气机的压缩空气流量时，只接通对应该台喷气机的压力电压设定电路中比例积分调节器(52)的开关Sp(53)，而其它的Sp(53)仍然保持断开。也就是说不让其它喷气机的压力电压设定电路参与调节。采取这个程序的原因是让某台喷气机的流量的改变只影响该台喷气机的发电机(15)输出电压，而不影响其它喷气机的发电机(15)输出电压。下面通过系统启动和系统停车过程对这一程序的原理作进一步说明。

本实用新型采用逐一打开和关闭各节流阀(5)的程序进行降电压和升电压从而实现系统启动和系统停车的。为了叙述方便，先从系统停车加以说明。按照前面所述的单独流量调节程序，系统停车采用逐一关闭各节流阀(5)的方案，也就是说在关闭某台喷气机的节流阀(5)时，其它节流阀(5)流量不作调整，而且只接通该台喷气机对应的Sp(53)，其它Sp(53)仍然保持断开。节流阀(5)流量减小过程中，由于储器仓(4)排出的流量小于压入的流量，储器仓(4)内原来的气体流量动态平衡被打破，储气仓(4)内气体压力P上升，压力传感器(58)测定电压Upm上升，使Upm＞Upg，即Upm-Upg＞0，通过对应该台喷气机的比例积分调节器(52)的调节，输出Uus减小，再通过比例积分调节器(49)和电压-频率转换器(48)和定宽变频式可控硅斩波器(47)的调节使该台发电机(15)的励磁下降，Ug下降，直至Upm＝Upg。假定Ug即为Ug1，Ug1下降，而Ug2，Ug3，Ug4保持不变，则Ug1+Ug2+Ug3+Ug4下降，Em暂末变，根据克希荷夫电压定律：I＝[(Ug1+Ug2+Ug3+Ug4)-Em]/Rm知，I下降，则Uim减小，而Uig不变，通过比例积分调节器(41)的调节，电动机(6)的励磁下降，Em下降，直至Uim＝Uig，I最终维持不变。由于电动机功率P＝Em*I，I不变，Em下降，则其功率P下降，压气机(2)压入储器仓(4)的气体流量减小，使储仓内(4)气体压力下降，Upm下降，直至Upm＝Upg。这样随着节流阀(5)流量的减小，对应于该节流阀(5)的发电机端电压也逐渐减小，电动机(6)的反电动势Em作等量下降，输电电路总电流I维持不变，舱内压力P也维持不变，仍然是Uig和Upg所设定的值，仓内气体流量始终保持着动态平衡。由于舱内压力P恒定，其它节流阀的流量不受影响。当节流阀(5)降到临界流量时，积分调节电路中的Sp(53)，Su(50)和Sm(46)都被断开，Ug1变为零，对应的各比例积分调节器将保持着断开前的输出值。该台喷气机的供油被切断，喷气机无动力来源将很快停转，节流阀(5)的流量也迅速调为零。整个过程符合了“多劳多得，少劳少得，不劳不得，互不干涉”的原则。

所谓节流阀(5)临界流量是指在储器仓设定压力不变的情况下，使该台喷气机维持正常燃烧膨胀推动叶轮(13)做功需要的节流阀(5)的最小流量，低于这个流量，进入喷气机燃烧室的压缩空气的压力和流量已不能满足正常燃烧膨胀的需要，燃油系统将停止供油。其它节流阀(5)都是以这样方式关闭，Ug2，Ug3，Ug4也都是这样变为零。不同的是，当最后一个节流阀(5)降到临界流量时，不仅它的Su(50)，Sp(53)要断开，输电电路的Si(42)也要断开，但该节流阀(5)对应的发电机励磁电路中的开关Sm(46)不必断开。

需要说明的是系统停车过程是在飞行器着路以后进行。着路以前是靠逐渐降低各喷气机供油量，减小各喷气机喷嘴(10)喷射力度使飞行器下降着路的。

在某一台喷气机同轴设置有一台辅助发电机(16)，系统停车时，具有辅助发电机(16)这台喷气机的节流阀(5)就是最后关闭的。系统启动时，辅助发电机(16)作为启动电动机使用(辅助发电机的控制电路及其原理将在后面作详细说明)，带动喷气机叶轮(13)和发电机(15)旋转，发电机(15)发出电流供给电动机(6)，电动机(6)驱动压气机(2)压缩空气至储器仓，按照单独调节流量程序，此时只将这台喷气机的节流阀(5)调节至临界流量，其它各节流阀(5)均处于关闭状态。接通其恒电压励磁调节电路中的比例积分调节器开关Su(50)，恒电流励磁调节电路的比例积分调节器开关Si(42)和压力电压设定电路中的比例积分调节器开关Sp(53)，经过各比例积分调节器的调节，最终使Uum＝Uus，Uim＝Uig，Upm＝Upg。该台发电机(15)电动势上升至原来节流阀(5)在临界流量时的数值，储气仓(4)内建立起设定的压力值P，此时开始供油，喷气机可自动运转起来。这时辅助发电机(16)将转变为发电模式。逐渐加大节流阀(5)流量，该台发电机(15)电动势也在各比例积分调节器的调节下逐渐增大，当节流阀(5)达到满工作流量时断开其Sp(53)。调节第二个节流阀(5)的流量，虽然仓内压力会有所降低，但此时压气机压入储气仓(4)供给第一个节流阀(5)的流量足以使第二个节流阀(5)通过调高节流阀叶轮(3)的转速达到临界流量。达到临界流量后，第二台喷气机在供油后可自行燃烧旋转起来。然后接通对应于第二台发电机(15)的恒电压励磁调节电路中的比例积分调节器开关Su(50)，压力电压设定电路中的比例积分调节器开关Sp(53)和发电机励磁绕组(45)回路开关Sm(46)，同样经过各比例积分调节器的调节，使其Uum＝Uus，Upm＝Upg，储气仓(4)内建立起的压力仍然设定的压力值P，逐渐加大其节流阀(5)流量至满工作流量，随后断开其Sp(53)。以此类推，最后将所有发电机(15)启动并通过它们各自的反馈电路调节使它们的电动势满足它们各自对应的节流阀(5)工作流量的要求，从而完成整个系统的启动。启动过程完成后，各喷气机的推力还不足以使飞行器起飞，要飞离地面还需逐渐增加各喷气机供油量，加大喷嘴(10)的喷射力度。

2.空气喷射系统：

图2中，空气喷射系统的工作过程首先是由燃油泵(11)通过油管，喷油嘴(12)等部件将燃油高压注入燃烧室(14)，由于压力很高，燃油注入燃烧室(14)后已雾化，油雾与来自节流阀(5)经管道进入燃烧室(14)的压缩空气充分混合燃烧，产生的高热使压缩空气剧烈膨胀，经喷口(9)和喷嘴(10)喷出产生反推力供飞行需要。下面结合附图和实施例对其工作原理做进一步说明。

实际上本实用新型所涉及的喷气机与目前的燃气轮机的区别在于压气机叶轮与后面的燃烧室和喷气机分离，因为压缩空气已通过统一的压气机(2)经输气管获得。以及在喷气机尾部设置了可以三维方向调整膨胀气体喷射的喷口(9)和喷嘴(10)，并将喷气机的轴动力输出给发电机(15)，其它环节和原理没有区别。比如燃油供给系统使用的燃料，齿轮式或摆线转子式高压油泵(11)，油管，喷油嘴(12)的结构和工作原理等，喷气机叶轮叶片(13)和压气机叶轮叶片(1)的形状，数量及如何与旋转轴连接，压缩空气是如何以小通径高流速的方式进入环状燃烧室机及其所涉及的流体力学原理，燃烧室(14)的形状是如何有利于是燃烧，膨胀和喷射及所涉及的燃烧学原理等等都与现有燃气轮机技术一致，都属现有技术，这里就不再过多描述。

3.操控系统：

在上面已经描述了飞行器的启动和停车过程，这两个过程都是在地面上完成的，因为这两个阶段的供油量不足以使飞行器飞离地面。飞行器在飞离地面以后的操控是通过人在驾驶室(19)中调节喷嘴(10)的方向和控制向每个喷气机的供油量以及相应地调整节流阀(5)流量来实现的，因为喷嘴(10)的方向和喷射力度的调整都会改变飞行状态。通过操控喷嘴(10)的方向和喷射力度使飞行器完成包括起飞，爬升，转向，加速，减速，静止，下降等在内的各种飞行动作。本实用新型的操控系统包括喷口(9)和喷嘴(10)转向系，燃油泵(11)-节流阀(5)控制系两大部分。下面结合附图和实施例对其控制原理做进一步说明。

(1)喷口和喷嘴转向系

图4和图5中，喷口(9)和喷嘴(10)位于喷气机尾部，喷口(9)在位于机身上的的蜗轮蜗杆机构(24)带动下可绕喷气机主轴旋转，而喷嘴(10)在位于喷口(9)上的蜗轮蜗杆机构(29)带动下可绕与喷气机主轴相垂直的轴的方向旋转。通过改变它们各自的旋转角度(23)和(28)便可获得喷嘴(10)在三维空间中的任一方向，从而也就获得了膨胀气体三维可调整的喷射方向。那麽它们各自的旋转角度是如何被改变的呢？下面结合附图和实施例对其控制原理作进一步说明。

本实用新型利用反馈原理由电位器构成位置随动系统来实现喷口(9)和喷嘴(10)的旋转角度控制。图9中，以喷口(9)旋转角度控制为例，环形滑动电位器(73)和(21)与直流电源构成并联，它们的指针式滑动器(72)和(22)旋转轴的角位移分别正比于滑动点的电压Vg和Vf。将Vg和Vf共同输入直流放大器(74)，直流放大器(74)输出端接直流伺服电机(25)，伺服电机(25)带动蜗杆蜗轮机构(24)使喷口(9)旋转。初始位置时由于两指针所处位置的阻值相等，所以对应的Vg和Vf也相等，Vd-Vf＝0，直流放大器(74)无输出，伺服电机(25)不旋转。当需要控制飞行器方向而人为地在驾驶室(19)中将指针滑动器(72)旋转某个角度时，使对应的电压Vg＞Vf或Vg＜Vf，直流放大器(74)有输出，伺服电机(25)带动蜗杆蜗轮机构(24)使喷口(9)及固定在其上的指针滑动器(21)旋转角位移(23)，对应的Vf也随之增大或减小，直至Vg＝Vf，从而实现喷口(9)的旋转角(23)随人在驾驶室(19)中控制的角度改变。喷口(9)和喷嘴(10)上都固定有可随其旋转的指针滑动器(22)和(27)，环形滑动电位器(21)和(26)就分别固定于它们指针末端，与指针滑动器相接触，不随它们旋转。对应于喷口(9)和喷嘴(10)都有这样一套位置随动系统来实现它们各自的旋转角度控制，从而最终获得喷嘴三维空间调整的任一方向。随着分布于机身四周的各喷气机喷嘴方向的改变，各喷嘴气流喷射方向也随之改变，使飞行器的飞行状态得以调整。而位于驾驶室(19)后部的垂直尾翼(20)的作用是利用飞行中与气流的相互作用使飞行器获得良好的导向。

(2)燃油泵-节流阀控制系

控制向每个喷气机燃烧室(14)的供油量将直接影响喷嘴(10)的喷射力度也将使飞行状态改变。图2中，燃油供应方法为由电动机带动油泵(11)通过高压油管，油嘴(12)等部件将燃油泵入喷气机燃烧室(14)，其油量的改变方法为通过回路上的电位器(8)调节电动机(17)的端电压从而改变其转速，转速越高，燃油泵(11)流量越大，反之越小。供油系统的具体细节这里就不过多描述，因为它同现有技术一致。所不同的是，本实用新型可以配合调整节流阀(5)流量以适应超大供油量的需求。一般情况下节流阀(5)流量不必调节，因为它已经适应一定范围的供油量变化。但当供油量超过这范围时，节流阀(5)流量就需进一步调整。调整原理上面已经说明，遵循单独调节流量程序，这里就不过多描述。下面结合附图和实施例对节流阀(5)本身的结构和流量调节原理做进一步说明。

压缩空气由储气仓(4)进入节流阀(5)各叶片间隙，驱动电机(17)带动转子叶片(3)旋转至输气管端时，压缩空气从各叶片间隙排入输气管。节流阀(5)进出口压力恒定时，转子转速越高，阀门的输送空气的频率也就越高，进入喷气机燃烧室(14)的空气流量也就越大。反之，流量就越小。如果入口压力不恒定，可以通过调整转子转速，改变节流阀(5)输送空气的频率使其输出流量保持恒定。当电机停转时，由于叶片与输气管壁之间不存在间隙，空气将被阻隔，流量变为零。电机转速的控制是通过回路上的电位器(55)调节电机的端电压来实现的。这就是节流阀(5)流量调节的工作原理。本实用新型采用叶片式节流阀(5)的目的在于它的引起的空气流体力学能量损失小，结构简单，流量易控制。

4.供电系统：

供电系统的作用是为蓄电池组(63)和负载(62)提供具有稳定电压的电能以及在系统启动时作为电动机使用带动发电机(15)旋转发电。这里的负载(62)是指整个系统包括各喷气机发电机(15)和压气机电动机(6)的励磁，各反馈控制电路及元件所需的工作电压，燃油系统驱动电机(17)，操控系统的伺服电机(23)，节流阀的驱动电机(54)，照明系统等。产生的端电压必须是稳定的，不能受发电机(15)转速影响，也不能受负载变化影响，否则整个系统将无法正常工作。怎样保证辅助发电机(16)输出电压的稳定呢？其原理与前面所述的发电机(15)恒电压励磁调节电路相同。与喷气机同轴安装的辅助发电机(16)在喷气机的带动下旋转发电，其端电压Uag与辅助发电机(16)产生的电动势Eag和负载I*R的变化有关。本实用新型采用积分负反馈电路及时调整发电机(16)的励磁Φag来改变Eag，保证辅助发电机(16)恒电压输出。

具体为在图8中，将位于辅助发电机(16)输出端的霍尔电压检测器(70)检测出的发电机(16)端电压Uag的测试电压Uum与通过电位器和反向放大器得到的设定电压-Uug(负值)共同输入比例积分调节器(66)的反相输入端，比例积分调节器(66)的输出端接电压-频率转换器(v/f)(67)，电压-频率转换器(67)接入定宽变频式可控硅斩波器(65)，斩波器(65)与发电机励磁绕组(64)，励磁电源串联在一起。在膨胀气体的推动下喷气机叶轮(13)旋转带动同轴辅助发电机(16)发电，辅助发电机(16)的电动势Eag与其励磁绕组磁通量Φag和发电机转速Nag的乘积有关。上面已经提到过，实际情况中喷气机主轴转速Nag是随着膨胀气体的推力而不断变化的，当Nag增大时，Φag还未来得及变化，则Eag增大，Uum增大，与通过电位器(68)给出的设定电压-Uug相比较，Uum-Uug＞0，比例积分调节器(66)的输出端电压降低，导致电压-频率转换器(67)频率降低，使定宽变频式可控硅斩波器(65)导通比下降，从而使励磁回路电流减小，发电机(16)励磁减小，直至Uum＝Uug。反之亦然。因此，在比例积分调节器(66)的负反馈调节下，无论喷气机叶轮(13)转速怎样变化，发电机(16)的端电压Uag最终决定于设定电压Uug。当负载(62)变化时，比如电流I增大，I*R增大，由克希荷夫电压定律Uag＝Eag-I*R知Uag会下降，则Uum-Uug＜0，比例积分调节器(66)的输出端电压上升，通过电压-频率转换器(67)频率和定宽变频式可控硅斩波器(65)使发电机(16)励磁增大，直至Uum＝Uug。

在比例积分调节器(66)的反相输入端也设有开关(69)，开关(69)接通时霍尔电压检测器(70)检测出的发电机(16)端电压Uag的测试电压Uum与设定电压-Uus(负值)的差值可以进入比例积分调节器(66)，断开时这个差值不能进入。此时由于比例积分调节器(66)的反相输入端处于虚地状态，电压为零，它的输出将保持原态不变，比例积分调节器(66)不再起调节作用，这个开关称为Sa。当这台喷气机的节流阀(5)降到临界流量时，Sa(69)也将断开。

蓄电池组(63)和负载(62)并联与辅助发电机(16)输出端构成回路，回路中串联一二极管(61)，与二极管(61)并联旁路中设有开关Ss(71)，该开关(71)只在喷气机启动时才接通，启动后就断开。上面已经介绍，发电机(16)以恒定电压向蓄电池组(63)和负载(62)供电，这里的负载是指各发电机(15)和电动机(6)励磁绕组的供电电压，各励磁调节电路中的反向放大器，比例积分调节器和压力传感器的工作电压，燃油泵驱动电机，节流阀驱动电机，操控系统中位置随动控制电路，直流伺服电机等。二极管(61)的作用是保证旁路开关Ss(71)处断开状态时电流由发电机(16)下极流向蓄电池组(63)和负载(62)，避免在系统停车，发电机输出电压降低时电流由蓄电池组(63)正极流向发电机(16)。

系统启动时，Ss(71)将被接通，蓄电池组(63)的电流由旁路流向辅助发电机(16)正极，此时辅助发电机(16)将变成电动机带动喷气机旋转，直至其自行点火旋转。然后断开Ss(71)，接通开关Sa(69)，辅助发电机(16)将以设定电压向蓄电池组(63)和负载(62)供电。

在系统停车时，当带有辅助发电机(16)的这台喷气机的节流阀(5)降到临界流量时，开关Sa(69)也被断开，比例积分调节器(66)将不再起调节作用，发电机(16)的励磁也将不再变化。这台喷气机由于停止供油而逐渐停转时，其端电压Uag将逐渐下降直至低于蓄电池组(63)电压，此时蓄电池组(63)将发出逆向电流，但由于二极管(61)的单向导通作用，电流不能流向发电机(16)，只能流向负载(62)，此时蓄电池组(63)将代替辅助发电机(16)成为负载(62)的供电电源。

需要说明的是本实用新型实施例中所涉及的发电机和电动机均为直流型。系统中所涉及的发电机，电动机，比例积分调节器，反向比例放大器，电压-频率转换器，定宽变频式可控硅斩波器，霍尔电流/电压检测器，压力传感器，都属现有技术，其内部电路的结构和工作原理这里就不再加以详细描述。

Claims (6)

1.一种喷气助力直升机，它采用组合喷气发动机，该发动机有一个共用的压气机，它由压气机叶轮，驱动电动机，输气管，节流阀和储气仓构成，位于机身前部，多台喷气机分布于机身四周，由喷嘴，喷口，喷气机叶轮，燃烧室，喷油系统和同轴发电机构成，其特征是：储气仓通过带有节流阀的输气管通向各个喷气机燃烧室，各喷气机发电机与压气机驱动电动机串联构成输电电路，发电机励磁回路中配有恒电压励磁调节电路和压力电压设定电路，电动机励磁回路中配有恒电流励磁调节电路，节流阀配有流量调节电路。

2.根据权利要求1所述的喷气助力直升机，其特征是位于发电机输出端的霍尔电压检测器端子与电压设定端子共同接入带有开关的比例积分调节器的反相输入端，比例积分调节器的输出端接电压-频率转换器，电压-频率转换器接入定宽变频式可控硅斩波器，斩波器与发电机励磁绕组，开关和励磁电源串联在一起，从而构成恒电压励磁调节电路。

3.根据权利要求1所述的喷气助力直升机，其特征是位于储气仓内的压力传感器端子与通过电位器并经反相比例放大器的压力设定端子分别共同接入各个带有开关的比例积分调节器的反相输入端，比例积分调节器的输出端接反相比例放大器，反相比例放大器输出端作为电压设定端子接入发电机恒电压励磁调节电路中比例积分调节器的反相输入端，从而构成压力电压设定电路。

4.根据权利要求1所述的喷气助力直升机，其特征是各发电机与电动机以串联方式相连接构成输电电路，位于输电线路上的霍尔电流检测器接入反相比例放大器，反相比例放大器输出端子与电位器端子共同接入带有开关的比例积分调节器的反相输入端，比例积分调节器的输出端接电压-频率转换器，电压-频率转换器接入定宽变频式可控硅斩波器，斩波器与电动机励磁绕组，励磁电源串联在一起，从而构成恒电流励磁调节电路。

5.根据权利要求1所述的喷气助力直升机，其特征是喷口和喷嘴位于喷气机端部，喷口的旋转轴与喷嘴的旋转轴相垂直，在它们各自的旋转方向上都设有蜗轮蜗杆机构，喷口和喷嘴上都装有随动的指针滑动器，指针末端的机身和喷口上与指针相接触都固定有环形滑动电位器，驾驶室中也设有一套对应的环形滑动电位器和人为控制角位移的指针滑动器，该环形滑动电位器与喷口或喷嘴端部的环形滑动电位器并联于一直流电源，驾驶室指针滑动器端子和喷口或喷嘴上的指针滑动器端子共同接入直流放大器，直流放大器输出端接直流伺服电机，伺服电机连接喷口或喷嘴上的蜗杆蜗轮机构，由此构成位置随动系统。

6.根据权利要求1所述的喷气助力直升机，其特征是某一台喷气机同轴设置有一台辅助发电机，蓄电池组和负载并联于辅助发电机输出端，主回路中串接有一二极管和其短路开关，发电机输出端设输出电压检测回路，回路中串联电阻和线圈，位于线圈附近的霍尔电压检测器的输出端与通过电位器并经反相比例放大器输出的电压设定端子共同接入比例积分调节器的反相输入端，比例积分调节器的输出端接电压-频率转换器，电压-频率转换器接入定宽变频式可控硅斩波器，斩波器与发电机励磁绕组，励磁电源串联在一起而构成辅助发电机恒电压励磁调节电路。

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