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CN107364568A - 复合式翼身融合高速直升机 - Google Patents

复合式翼身融合高速直升机 Download PDF

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CN107364568A CN201710578694.0A CN201710578694A CN107364568A CN 107364568 A CN107364568 A CN 107364568A CN 201710578694 A CN201710578694 A CN 201710578694A CN 107364568 A CN107364568 A CN 107364568A
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Abstract

本发明公开了一种复合式翼身融合高速直升机,包括上机身、下机身,上、下机身两端分别安装驾驶舱和机舱,驾驶舱设置有弹射救生系统,上、下机身分别安装有旋翼桨毂及多片反向旋翼桨叶,下机身底部安装的支撑梁与环翼机身及方向舵连接、环翼机身上对称安装有两具涡轮喷气发动机,上、下机身、两具共轴反转旋翼、方向舵、环翼机身共同构成一个完整的升力系统。本高速直升机通过将共轴反向旋翼同心安装在圆形机身中心位置,升力系统和推进系统分离的新构型,从而解决旋翼气动干扰、降低总废阻面积,提高弹射救生安全系数并方便技术维护。

Description

复合式翼身融合高速直升机
技术领域
本发明涉及一种直升机共轴双旋翼系统和机身一体化设计方案,尤其是一种高速直升机。
背景技术
目前,公知的直升机共轴双旋翼技术比较传统的单旋翼带尾桨技术,在气动特性技术层面提高了悬停效率及缓解了大速度前飞时前行桨叶激波和后行桨叶失速对飞行器的恶劣影响。例如,俄罗斯官方公开的一种共轴式直升机卡-50“黑鲨”,北约代号:″HokumA″(噱头A型)专用攻击直升机,是世界上第一种共轴双三桨旋翼攻击直升机,其技术原理为在直升机机身上方安装有两具共轴反向旋翼,各旋翼的旋转作用力相互抵消,因而可以不需要尾桨。这种将共轴反转旋翼安装在直升机机身上方且旋翼和机身分离的结构设计存在技术缺陷:
(1)由于旋翼桨叶非完全刚体,从而产生桨叶挥舞现象,处在各种飞行状态下旋翼均不同程度地存在着气动干扰,在做高机动动作时极可能会发生上下桨叶相交碰撞事故。
(2)由于机身及操纵系统部分和上下旋翼桨毂这些非流线形状部件的数量和体积大于单旋翼直升机并暴露在下洗气流中,因而大大增加了废阻面积。
(3)一旦发生空中事故,虽然将旋翼炸掉的方式可以保护飞行员弹射救生安全,然而由于从旋翼起爆到桨叶被抛射到安全范围仍需要一定时间且弹射技术复杂,还存在延误救生时机的风险及增加技术维护的困难。
发明内容
为了克服现有技术中旋翼桨叶存在气动干扰、上下桨叶相交碰撞问题、机身及桨毂桨轴等部件增大废阻面积、弹射救生系统不成熟、旋翼操纵系统结构复杂等缺陷,本发明提供一种采用旋翼和机身一体化设计技术方案的复合式翼身融合高速直升机,通过将共轴反向旋翼同心安装在圆形机身中心位置,升力系统和推进系统分离的新构型,从而实现解决旋翼气动干扰、降低总废阻面积,提高飞行员弹射救生安全系数并方便技术维护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种复合式翼身融合高速直升机,包括上机身、下机身,上、下机身两端分别同心安装有驾驶舱和机舱,驾驶舱安装在上机身顶端,设置有弹射救生系统,上、下机身分别同心安装有旋翼桨毂,两具桨毂分别至少水平安装有两片反向桨叶,旋翼翼尖处安装有围带,下机身底部中心线位置上安装有环翼机身支撑梁,支撑梁两侧分别对称安装有转轴和方向舵、环翼机身上对称安装有两具涡轮喷气发动机,每具涡轮喷气发动机安装有矢量喷管,环翼机身和上下机身以同心的方式设置,环翼机身、支撑梁、上下机身构成一个完整的直升机机身,上下机身、两具安装在上下机身上的共轴反转旋翼、支撑梁两侧的方向舵、坏翼机身共同构成一个完整的升力系统。
上述的复合式翼身融合高速直升机,所述驾驶舱具有弹射救生功能,由一具火箭发动机和降落伞弹射装置组成救生弹射系统;所述上下旋翼及桨毂和上下机身同心安装,其所设置的位置可以是上下机身的中心位置,也可以是上下机身的任意位置;所述的环翼机身与下机身支撑梁相连接,两具旋翼围绕上下机身在环翼机身内做共轴反转运动。
这是一种将直升机机身与共轴反转旋翼翼身融合的设计概念,其气动设计原理为:在气动布局上,具有明确的中央机身和高度融合的上下旋翼,旋翼翼根处机身边缘大大加厚,自然、圆滑地融入机体。内部结构依然有明确的机体、桨毂和旋翼,但外观上浑然一体,旋翼与机身没有明显的分离界线,共轴反转旋翼依然是升力的重要来源,但宽大的机身也可以产生升力,由于上下旋翼受到环翼机身屏蔽,解决大速度前飞时前行桨叶激波和后行桨叶失速等气动干扰问题,同时有效隔绝噪声,因此对于同样起飞重量的直升机,旋翼产生的下洗气流不会对机身产生影响,降低废阻面积,同时旋翼翼展和翼面积可以大大减小,降低旋翼的诱导阻力,提高旋翼气动效率。
上述的复合式翼身融合高速直升机,所述上下旋翼桨叶数量分别至少为两片,为定距桨或仅保留变距铰,并且旋翼桨叶之间用拉筋或围带固定。
直升机机身与共轴反转旋翼翼身融合的设计概念,其机械设计原理为:在结构上,根据定轴转动刚体的角动量守恒定律,当上下机身两具旋翼正反对转时,上旋翼正转产生一个对轴的角动量,为遵循角动量守恒定律,下旋翼一定沿着反转方向旋转,产生一个同样的反向力矩,维持系统的平衡,同时,根据刚体回转效应理论,两具旋翼绕上下机身做轴向高速旋转运动时,可以利用旋翼转子的陀螺力矩效应保持直升机整体的定轴姿态稳定性,也就是说,旋翼旋转产生的不仅有升力,还有离心力,而物体高速转动时的离心力会使自身保持平衡,此即是陀螺效应。
上述的复合式翼身融合高速直升机,所述的两具涡轮喷气发动机,其位于环翼机身中心线左右对称的两个位置,每具涡轮喷气发动机矢量喷管向后水平安装,且矢量喷管可以向上偏转、向下偏转、向后偏转;所述方向舵通过转轴与下机身支撑梁和环翼机身连接。
上述的复合式翼身融合高速直升机,所述转轴垂直安装在支撑梁两侧并与环翼机身连接;所述方向舵分左右两部分,同心安装在转轴上,每部分由七片以上舵片组成,每片舵片可做前后九十度以内方向偏转。
本发明的有益效果是,本发明高速直升机采用共轴双旋翼和机身一体化气动布局设计方案,环翼机身屏蔽来自周围前、后、左、右方向气流对旋翼的干扰,避免产生更多的紊流,围带保护固定旋翼,有效的解决了传统共轴双旋翼直升机在各种飞行状态下旋翼所受周围不稳定气流的气动干扰,和高机动时极可能会发生的上下桨叶相交碰撞等安全事故。并且,两具共轴反转旋翼同心安装在机身中心位置,方便机身上端驾驶舱在紧急事故中弹射救生,尤其是旋翼的下洗气流不会直接作用在机身上形成废阻,有效解决飞行员弹射救生及机身等废阻面积大等问题,从而使其稳定高效飞行质量得到保证。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明等轴测示意图;
图2为左视示意图;
图3为右视示意图;
图4为后视示意图;
图5为前视示意图;
图6为上视示意图;
图7为下视示意图;
图8为整体机身构造示意图;
图9为下机身构造示意图;
图10为机身旋翼构造示意图;
图11为机身旋翼前视图;
图12为机身旋翼右视图;
图13为驾驶舱构造示意图;
图14为驾驶舱底部构造示意图。
图中1.驾驶舱,2.机舱,3.上机身,4.下机身,5.降落伞弹射装置,6.火箭发动机,7.上机身整流带,8.下机身整流带,9.环翼机身,10.上旋翼,11.下旋翼,12.上桨毂,13.下桨毂,14.左方向舵,15.右方向舵,16.旋翼围带,17.转轴,18.涡轮喷气发动机,19.矢量喷管,20.支撑梁,21.桨叶。
具体实施方式
【实施例1】
复合式翼身融合高速直升机,在图8、图9、图10实施示例中,包括上机身3、下机身4,上、下机身两端同心安装有驾驶舱1和机舱2,上机身整流带7和下机身整流带8分别安装在机身和旋翼桨毂过渡位置,上机身3、下机身4分别同心安装有旋翼桨毂12、13,两具桨毂分别水平安装有18片反向桨叶21,两具旋翼10、11翼尖处分别被围带16固定保护,下机身4上安装有支撑梁20,支撑梁20两侧分别对称安装有转轴17和方向舵14、15,每侧方向舵装有8片舵片,环翼机身9上对称安装有两具涡轮喷气发动机18,每具涡轮喷气发动机18安装有矢量喷管19,上机身3、下机身4、上旋翼10、下旋翼11、环翼机身9、左方向舵14、右方向舵15、共同构成一个完整的升力系统。
【实施例2】
在图10所示实施示例中,上旋翼10、下旋翼11中旋翼桨叶的数量可对称设置,例如,上、下旋翼各采用7至10片桨叶,也可非对称设置。在上、下旋翼10、11中分别通过设置多片桨叶,并且由围带16起到保护、增大转动惯量、固定旋翼桨叶作用,不但便于旋翼翼展和翼面积可以大大减小、防止打桨事故、提高空气动力效率、降低旋翼的诱导阻力、同时可以提高旋翼的抗拉强度、屈服强度及疲劳强度等力学性能。上、下旋翼10、11旋翼桨叶的翼型结构和大小可以相同,也可以不同,但是产生的反扭矩大小完全相同,这样上、下旋翼10、11共轴反转时的作用力可以互相抵消,因此,旋翼桨叶的翼型结构和大小、数量可以根据实际需求做适当调整。
【实施例3】
在图10所示实施示例中,上、下旋翼10、11及桨毂12、13和上、下机身3、4同心安装,其所设置的位置可以是上下机身的中心位置,也可以是上下机身的任意位置。
【实施例4】
在图9所示实施示例中,支撑梁20两侧垂直安装转轴17,转轴17同心安装方向舵14、15,方向舵14、15舵片数量为对称设置,舵片结构和大小相同,例如,左方向舵14和右方向舵15各采用7至10片舵片。每片舵片可绕转轴17做前后方向九十度以内偏转,当左方向舵14和右方向舵15同时同方向向前或向后偏转时,会作用于机身形成向后或向前的水平推力;当左方向舵14和右方向舵15同时反向向前或向后偏转时,会作用于机身形成顺时针或逆时针原地旋转动作。
【实施例5】
在图8所示实施示例中,两具涡轮喷气发动机18位于环翼机身9中心线左右对称的两个位置,每具涡轮喷气发动机矢量喷管19向后水平安装,并且矢量喷管19可以做90度以内向上、向下、向后偏转角度得到高速向前的飞行推力,以及直升机整体做向上偏转、向下偏转、左翻滚、右翻滚等机动动作。
【实施例6】
在图13、图14所示实施示例中,驾驶舱1由火箭发动机6和降落伞弹射装置5组成弹射救生系统。
本发明工作时,环翼机身9内的上旋翼10和下旋翼11分别绕上机身3和下机身4沿图10中箭头A顺时针、B逆时针方向作共轴同速反转产生升力,旋翼10、11在产生升力同时还会利用陀螺效应保持机身整体在空中的定轴姿态稳定性,在低速飞行时,由下机身4底部支撑梁20两侧安装的左方向舵14和右方向舵15通过调整舵片前后偏转角度实现低速前、后飞行、定点空中悬停、以及顺时针、逆时针调整航向等机动动作,在高速飞行时,环翼机身9安装的两具涡轮喷气发动机18开始工作,通过控制矢量喷管19向上、向下、向后偏转角度得到高速向前的飞行推力,以及直升机整体做向下偏转、向上偏转、左翻滚、右翻滚等机动动作。在发生空中紧急事故时,驾驶舱1通过迅速启动火箭发动机6,在驾驶舱弹射到安全高度后降落伞弹射装置5工作,迅速打开降落伞,驾驶舱1利用自身重力及降落伞平稳安全着陆。

Claims (6)

1.一种复合式翼身融合高速直升机,包括上机身(3)、下机身(4),上、下机身两端分别同心安装有驾驶舱(1)和机舱(2),上机身整流带(7)和下机身整流带(8)分别安装在机身和旋翼桨毂(12)(13)过渡位置,上机身(3)、下机身(4)分别同心安装有旋翼桨毂(12)(13),其特征在于:两具桨毂分别至少水平安装有两片反向旋翼桨叶(21),上、下旋翼(10)(11)翼尖处分别用围带(16)固定保护,下机身(4)上安装有支撑梁(20),支撑梁(20)两侧分别对称垂直安装有转轴(17)和左方向舵(14)、右方向舵(15),每侧方向舵至少装有七片舵片,环翼机身(9)与上、下机身同心安装并与支撑梁(20)两端连接,环翼机身(9)上对称水平安装有两具涡轮喷气发动机(18),每具涡轮喷气发动机(18)安装有矢量喷管(19),上机身(3)、下机身(4)、上旋翼(10)、下旋翼(11)、环翼机身(9)、左方向舵(14)、右方向舵(15)共同构成一个完整的升力系统。
2.根据权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机,其特征在于,上旋翼(10)、下旋翼(11)中桨叶(21)的数量可对称设置,也可非对称设置,桨叶(21)的翼型结构和大小可以相同,也可以不同,但是上旋翼(10)、下旋翼(11)产生的反扭矩大小完全相同。
3.根据权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机,其特征在于,上、下旋翼(10)、(11)及桨毂(12)、(13)和上、下机身(3)、(4)同心安装,其所设置的位置可以是上下机身的中心位置,也可以是上下机身的任意位置。
4.根据权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机,其特征在于,支撑梁(20)两侧垂直安装转轴(17),转轴(17)同心安装方向舵(14)、(15),方向舵(14)、(15)舵片数量为对称设置,舵片结构和大小相同,每片舵片可绕转轴(17)做前后方向九十度以内偏转。
5.根据权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机,其特征在于,两具涡轮喷气发动机(18)位于环翼机身(9)中心线左右对称的两个位置,每具涡轮喷气发动机矢量喷管(19)向后水平安装,且矢量喷管(19)可以做90度以内向上偏转、向下偏转、向后偏转。
6.根据权利要求1所述的复合式翼身融合高速直升机,其特征在于,驾驶舱(1)由火箭发动机(6)和降落伞弹射装置(5)组成弹射救生系统,火箭发动机(6)对称设置在驾驶舱(1)底部位置,降落伞弹射装置(5)设置在驾驶舱(1)顶部位置。
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