一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，屬于航空飛行器總體與氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。所述的復(fù)合式飛行器包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、特型旋翼和矢量推進(jìn)槳，所述的機(jī)翼分為支撐段機(jī)翼和中段機(jī)翼兩部分，支撐段機(jī)翼位于中段機(jī)翼的兩端。本發(fā)明同時(shí)具有垂直起飛降落與高速平飛的能力，并且可在空中進(jìn)行這兩種模式的轉(zhuǎn)換；平飛速度、航程和航時(shí)將相比常規(guī)直升機(jī)提高約50％，具有更大的作業(yè)范圍和更高的作業(yè)能力，將來可代替直升機(jī)。
【專利說明】
一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提出一種通過對(duì)旋翼固定翼復(fù)合式垂直起降飛行器機(jī)翼的折疊，支撐固定旋翼，形成雙翼布局的新概念飛行器，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的垂直起降及高速平飛性能，屬于航空飛行器總體與氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)直升機(jī)，由于前飛工作環(huán)境下旋翼的氣流不對(duì)稱，使得前飛最大速度受到前行槳葉壓縮性影響及后行槳葉氣流分離的限制，最大巡航速度通常在300km/h左右;固定翼飛機(jī)則無法完成懸停和低速飛行。而復(fù)合式直升機(jī)結(jié)合了直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的飛行特點(diǎn)，從而兼具兩者能力，其應(yīng)用前景十分寬廣，經(jīng)濟(jì)前景良好。國外現(xiàn)有成熟的垂直起降飛行器，例如V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、基于停轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)的X-50A“蜻蜓”，結(jié)合了直升機(jī)及固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，兼具垂直起降及高速平飛性能。
[0003]目前一種新型垂直起降新概念是將旋翼與固定翼結(jié)合，其飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換由以下幾個(gè)部分組成:在起飛時(shí)，與普通直升機(jī)相似，由旋翼產(chǎn)生的升力垂直起飛;到達(dá)一定高度后，逐漸增加前飛推進(jìn)裝置的推力，使飛行器獲得一定的水平速度，同時(shí)減小旋翼轉(zhuǎn)速;當(dāng)平飛速度增至可以使固定翼面產(chǎn)生足夠的升力時(shí)，將旋翼轉(zhuǎn)速降為零，同時(shí)旋翼與固定翼保持平行，形成類雙翼布局。目前這種布局的混合式直升機(jī)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了飛行，初步實(shí)現(xiàn)了垂直起降飛行、高速水平飛行和轉(zhuǎn)換過渡飛行，有較好的效果。
[0004]目前成熟的垂直起降飛行器，具有以下不足:
[0005]1、基于傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)的垂直起降飛行器轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜。
[0006]2、基于停轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)的垂直起降飛行器旋翼在平飛模式下是主要承力部件，而旋翼一般展弦比較大，整體結(jié)構(gòu)剛度較一般的固定翼面低，在飛行速度較快時(shí)容易發(fā)生顫振等氣動(dòng)彈性問題，不利于高速飛行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種通過折疊機(jī)翼支撐特型旋翼形成雙翼布局的旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，所述飛行器主要由特型旋翼、機(jī)翼、矢量推進(jìn)槳、機(jī)身和尾翼組成，其中機(jī)翼分為中段機(jī)翼及其兩端的支撐段機(jī)翼。該飛行器有兩種飛行模式，即垂直起降飛行模式和平飛模式。垂直起降模式下，特型旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生垂直升力，中段機(jī)翼上的矢量推進(jìn)槳用于克服旋翼反扭矩，飛行器可以垂直起飛和降落并作懸停飛行和低速飛行。在由垂直起降模式轉(zhuǎn)換過渡至平飛模式飛行過程中，矢量推進(jìn)槳推力增大，飛行器逐漸加速，特型旋翼停轉(zhuǎn)鎖定，機(jī)翼的升力逐漸加大，隨后通過向上折疊支撐段機(jī)翼，用其梢部的固定裝置鎖定特型旋翼，形成雙翼布局;在由平飛模式轉(zhuǎn)換過渡至垂直起降模式飛行過程中，解除固定，支撐段機(jī)翼展平，隨后特型旋翼啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。旋翼固定支撐系統(tǒng)由支撐段機(jī)翼和位于梢部的固定裝置組成。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009](I)可以實(shí)現(xiàn)快速地垂直起飛和降落，對(duì)起降場(chǎng)地要求較低。
[0010](2)可以實(shí)現(xiàn)高速的平飛，具有較大的航程和航時(shí)。
[0011](3)同時(shí)具有垂直起飛降落與高速平飛的能力，并且可在空中進(jìn)行這兩種模式的轉(zhuǎn)換。
[0012](4)特型旋翼與常規(guī)直升機(jī)的旋翼相似，具有相同的飛行效率，垂直起降飛行性能和低速飛行性能與常規(guī)直升機(jī)相近，而平飛速度、航程和航時(shí)將相比常規(guī)直升機(jī)提高約50%，具有更大的作業(yè)范圍和更高的作業(yè)能力，將來可代替直升機(jī)。
[0013](5)該飛行器的機(jī)翼和尾翼與常規(guī)固定翼飛機(jī)的機(jī)翼和尾翼相似，該飛行器在平飛模式時(shí)與常規(guī)固定翼飛機(jī)具有相同的飛行效率，平飛性能與常規(guī)固定翼飛機(jī)相近，而與常規(guī)固定翼飛機(jī)相比則具有垂直起飛降落與低速飛行的能力，更適用于野外使用和低空低速作業(yè)。
[0014](6)該飛行器的特型旋翼、機(jī)翼、尾翼和矢量推進(jìn)槳可獨(dú)立控制，并且相互之間的干擾較小，垂直起降模式和平飛模式可在空中實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換過渡，相比尾坐式垂直起降飛行器、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼式垂直起降飛行器等具有更高的安全性和舒適性。
[0015](7)在平飛模式下，通過機(jī)翼旋翼的聯(lián)結(jié)，固定支撐旋翼提高旋翼剛度，規(guī)避了旋翼的氣動(dòng)彈性問題引起的速度限制問題，使得飛行器可以達(dá)到較高的飛行速度。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器的垂直起降模式示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器的平飛模式示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明提供的旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器的中支撐段機(jī)翼和中段機(jī)翼的折置機(jī)構(gòu)不意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中支撐段機(jī)翼與特型旋翼之間固定裝置固定裝置固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]1.特型旋翼;2.支撐段機(jī)翼;3.折疊鉸鏈;4.固定裝置;5.矢量推進(jìn)槳；
[0021]6.機(jī)身;7.尾翼;8.中段機(jī)翼。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明提供一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，如圖1所示，所述飛行器包括特型旋翼1、支撐段機(jī)翼2、矢量推進(jìn)槳5、機(jī)身6、尾翼7和中段機(jī)翼8，所述的中段機(jī)翼8及其兩端的支撐段機(jī)翼2組成所述飛行器的機(jī)翼。所述特型旋翼I位于機(jī)身6從前向后約40%長(zhǎng)度處的上方，其葉片的平面形狀為等腰梯形，葉片長(zhǎng)度與平均寬度比為6-10，相比常規(guī)直升機(jī)旋翼葉片(長(zhǎng)寬比15-20)較寬，梢根比約0.6，選用相對(duì)厚度8%-12%、上下曲線皆為橢圓曲線的前后對(duì)稱的翼型。所述中段機(jī)翼8與機(jī)身6連接處位于機(jī)身下方，中段機(jī)翼8的幾何中心與特型旋翼I的中心重合，中段機(jī)翼8的面積為特型旋翼I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)槳盤面積的20%-25%，中段機(jī)翼8翼展等于特型旋翼I的直徑，中段機(jī)翼8選用相對(duì)厚度10%-15%的高升阻比翼型。所述支撐段機(jī)翼2有兩個(gè)，對(duì)稱布置于中段機(jī)翼8的兩端，其根部的寬度與中段機(jī)翼8的梢部寬度相等，其長(zhǎng)度等于中段機(jī)翼8與特型旋翼I的間距，選用的翼型與中段機(jī)翼8相同。所述矢量推進(jìn)槳5有兩個(gè)，對(duì)稱布置于中段機(jī)翼8的后緣處，兩者的間距為中段機(jī)翼8的展長(zhǎng)的0.8倍，矢量推進(jìn)槳5軸線方向可向上或向下偏轉(zhuǎn)20度，可以產(chǎn)生水平推力和一定的向上或向下的推力，兩邊同時(shí)反向偏轉(zhuǎn)就可以提供滾轉(zhuǎn)控制力矩，控制兩邊的推力不相等則可以產(chǎn)生偏航力矩。所述尾翼7位于機(jī)身6尾部，尾翼7前緣中點(diǎn)到特型旋翼I中心的距離等于特型旋翼I的半徑，尾翼7包括垂直尾翼和水平尾翼，所述垂直尾翼的面積為中段機(jī)翼8的面積的8%-12%，展弦比約為2.5;所述水平尾翼面積為中段機(jī)翼8面積的15-20%，展弦比為5-8;所述的垂直尾翼和水平尾翼均選用相對(duì)厚度8%-12%的上下對(duì)稱翼型。如圖3所示，所述支撐段機(jī)翼2與中段機(jī)翼8通過折疊鉸鏈3連接，可實(shí)現(xiàn)支撐段機(jī)翼2與中段機(jī)翼8平行或呈90°位置調(diào)節(jié)，以及在飛行過程中動(dòng)態(tài)折疊。所述折疊鉸鏈3選用普通機(jī)械鉸鏈，支撐段機(jī)翼2的折疊運(yùn)動(dòng)通過伺服裝置驅(qū)動(dòng)，與普通飛行器起落架的驅(qū)動(dòng)原理相同。如圖4所示，在支撐段機(jī)翼2的梢部布置有固定裝置4，所述的固定裝置4可以實(shí)現(xiàn)支撐段機(jī)翼2在向上折疊90度后與特型旋翼I之間的位置固定。所述的固定裝置4采用電磁線圈，并在特型旋翼I葉片梢部?jī)?nèi)安裝永磁體，當(dāng)特型旋翼I停轉(zhuǎn)并鎖定后支撐段機(jī)翼2向上折疊并與特型旋翼I梢部接觸時(shí)，接通固定裝置4的電磁線圈電源，產(chǎn)生吸力作用于特型旋翼I梢部?jī)?nèi)的永磁體，使得支撐段機(jī)翼2的梢部與特型旋翼I的梢部固連。同時(shí)固定裝置4為“C”型結(jié)構(gòu)，可限制特型旋翼I由氣動(dòng)力和彈性變形引起的上下?lián)]舞運(yùn)動(dòng)。
[0024]本發(fā)明提供的旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器有兩種飛行模式，即垂直起降飛行模式和平飛模式。如圖1所示的垂直起降模式下，特型旋翼I旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生垂直升力，中段機(jī)翼8上的矢量推進(jìn)槳5用于克服旋翼反扭矩，飛行器可以垂直起飛和降落并作懸停飛行和低速飛行。該飛行器由垂直起降模式向平飛模式轉(zhuǎn)換的過程中，矢量推進(jìn)槳5增大推力，逐漸加大平飛速度，為特型旋翼I減載，特型旋翼I轉(zhuǎn)速逐漸降為零，停止轉(zhuǎn)動(dòng)并被鎖定在與固定翼保持平行的位置，隨后支撐段機(jī)翼2繞折疊鉸鏈3向上偏轉(zhuǎn)90°，其梢部靠近特型旋翼I的梢部，隨后固定裝置4固定特型旋翼I的梢部，使之不會(huì)因氣動(dòng)力作用和本身結(jié)構(gòu)的彈性變形而作上下?lián)]舞運(yùn)動(dòng)，由此將特型旋翼I和支撐段機(jī)翼2聯(lián)結(jié)，形成如圖2所示平飛模式。整架飛行器呈雙翼布局進(jìn)行平飛。而在由平飛模式向垂直起降模式轉(zhuǎn)換的過程中，固定裝置4解除聯(lián)結(jié)，支撐段機(jī)翼2展平，隨后特型旋翼I開始加速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和控制力矩，飛行器減速飛行轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪逼鸾的Ｊ健?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，包括機(jī)身、機(jī)翼和尾翼，其特征在于:還包括特型旋翼和矢量推進(jìn)槳，所述的機(jī)翼分為支撐段機(jī)翼和中段機(jī)翼兩部分，支撐段機(jī)翼位于中段機(jī)翼的兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述特型旋翼位于機(jī)身從前向后40%長(zhǎng)度處的上方，其葉片的平面形狀為等腰梯形，葉片長(zhǎng)度與平均寬度比為6-10，梢根比0.6，選用相對(duì)厚度8%-12%、上下曲線皆為橢圓曲線的前后對(duì)稱的翼型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述中段機(jī)翼與機(jī)身連接處位于機(jī)身下方，中段機(jī)翼的幾何中心與特型旋翼的中心重合，中段機(jī)翼的面積為特型旋翼旋轉(zhuǎn)狀態(tài)槳盤面積的20%-25%，中段機(jī)翼翼展等于特型旋翼的直徑，中段機(jī)翼選用相對(duì)厚度10%_15%的高升阻比翼型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述支撐段機(jī)翼有兩個(gè)，對(duì)稱布置于中段機(jī)翼的兩端，其根部的寬度與中段機(jī)翼的梢部寬度相等，其長(zhǎng)度等于中段機(jī)翼與特型旋翼的間距，選用的翼型與中段機(jī)翼相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述矢量推進(jìn)槳有兩個(gè)，對(duì)稱布置于中段機(jī)翼的后緣處，兩者的間距為中段機(jī)翼的展長(zhǎng)的0.8倍，矢量推進(jìn)槳軸線方向可向上或向下偏轉(zhuǎn)20度，可以產(chǎn)生水平推力和一定的向上或向下的推力，兩邊同時(shí)反向偏轉(zhuǎn)就可以提供滾轉(zhuǎn)控制力矩，控制兩邊的推力不相等則可以產(chǎn)生偏航力矩。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述尾翼位于機(jī)身尾部，尾翼前緣中點(diǎn)到特型旋翼中心的距離等于特型旋翼的半徑，尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼，所述垂直尾翼的面積為中段機(jī)翼的面積的8%_12%，展弦比為2.5;所述水平尾翼面積為中段機(jī)翼面積的15-20%，展弦比為5-8;所述的垂直尾翼和水平尾翼均選用相對(duì)厚度8%_12%的上下對(duì)稱翼型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述支撐段機(jī)翼與中段機(jī)翼通過折疊鉸鏈連接，實(shí)現(xiàn)支撐段機(jī)翼與中段機(jī)翼平行或呈90°位置調(diào)節(jié)，以及在飛行過程中動(dòng)態(tài)折疊;所述折疊鉸鏈選用機(jī)械鉸鏈，支撐段機(jī)翼的折疊運(yùn)動(dòng)通過伺服裝置驅(qū)動(dòng)，在支撐段機(jī)翼的梢部布置有固定裝置，所述的固定裝置實(shí)現(xiàn)支撐段機(jī)翼在向上折疊90度后與特型旋翼之間的位置固定。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種旋翼機(jī)翼可聯(lián)結(jié)的復(fù)合式飛行器，其特征在于:所述的固定裝置采用電磁線圈，并在特型旋翼葉片梢部?jī)?nèi)安裝永磁體，當(dāng)特型旋翼停轉(zhuǎn)并鎖定后支撐段機(jī)翼向上折疊并與特型旋翼梢部接觸時(shí)，接通固定裝置的電磁線圈電源，產(chǎn)生吸力作用于特型旋翼梢部?jī)?nèi)的永磁體，使得支撐段機(jī)翼的梢部與特型旋翼的梢部固連；同時(shí)固定裝置為型結(jié)構(gòu)，限制特型旋翼由氣動(dòng)力和彈性變形引起的上下?lián)]舞運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B64C3/56GK106043684SQ201610379522
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】嚴(yán)德, 王耀坤, 張嘯遲, 余長(zhǎng)坤, 李道春, 萬志強(qiáng), 蔣崇文, 鮑蕊
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)