CN101618763A - 微型高速直升自旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型高速直升自旋翼飞行器，其包括：一飞行器机身；一设在机身内部的操控室；一设于所述机身上方的双旋翼装置，包括上下两个旋翼，可由设在机身内的第一发动机驱动；所述飞行器还包括：一对机翼，固定设置于所述飞行器的左右两侧；以及一后推进桨，设置于所述机身的尾部，由设在机身内的第二发动机驱动。所述飞行器采用全塑碳纤复合材料制作。本发明的微型直升自旋翼飞行器兼具直升机和自旋翼机两者的优点，具有安全性高、飞行速度快、隐形，无起落场地限制等特点。

Description

微型高速直升自旋翼飞行器

技术领域

本发明属于航空飞行器技术领域，尤指一种可兼具有自旋翼飞行功能的微型直升飞行器。

背景技术

直升机(helicopter)因能垂直上升下降、空中悬停，又能向前后左右任一方向飞行，应用几乎已遍及军用和民用的各个领域。直升机属于旋翼航空器，装有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼，旋翼安装在机身上方近于铅垂的旋翼轴上，由发动机驱动，并在机顶上旋转，能在空气中产生向上的浮力，从而进行垂直升降。旋翼受自动倾斜盘等操纵可使旋翼的旋转平面与水平方向倾斜一个小角度如6～15°，使浮力改变方向而产生一个向前运动的分力，从而获得前进的动力。当旋翼提供浮力的同时，也会令飞机与旋翼作相反方向旋转，而令机身产生不希望有的扭力，因而必须以相反方向的力去平衡抵消扭力。现有的直升机使用上下排列在同一个旋翼轴上的以相反方向旋转的共轴双桨旋翼，来抵消对机身产生的扭力作用，没有设置尾桨。这种飞机的缺点是机械结构复杂，飞行速度慢，无应急逃生设施和滑翔功能，因而当旋翼或发动机出现机械故障，机上人员难于逃生，飞行安全性不够。

自旋翼机是在旋翼直升机基础上开发出来的。与直升机相似的，其顶部有一副大直径的旋翼，在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。在飞行中的直升机旋翼是由发动机带动的主动性旋转；而自旋翼机的旋翼是在迎面的气流推动下旋转属被动性旋转。自旋翼机除去旋翼外，还带有一副螺旋桨以提供前进的动力，从而飞行速度较快。但是，自旋翼机不能像直升机一样垂直起落，更不能在空中随意停留，对起落场地有一定的限制，无法执行某些特殊的飞行要求。

发明内容

鉴于上述现有技术的直升机和自旋翼机的技术和安全性方面的局限，本发明首先提供了一种可以不依赖起降场地而垂直起降，并且在低空飞行时，即使在发动机完全熄火的情况下，也可以安全地滑翔，飘降的新的小型直升飞行器。

为达到上述目的，本发明提供了一种飞行器，其包括：

一飞行器机身；

一设在机身内部的操控室；

一设于所述机身上方的双旋翼装置，包括上下两个旋翼，可由设在机身内的第一发动机驱动；

其中，所述飞行器还包括：

一对机翼，固定设置于所述飞行器的左右两侧；以及

一后推进桨，设置于所述机身的尾部，由设在机身内的第二发动机驱动。

较佳地，所述上旋翼、下旋翼为固定桨矩的大直径螺旋桨。

本发明的飞行器由于同时设有双旋翼装置和后推进桨，并分别由各自的发动机驱动，因而当驱动双旋翼装置的发动机发生故障时，即由后推进桨提供动力，使飞行器向前移动，同时旋转的旋翼即刻由主动旋转进入惯性旋转过度至自旋状态，与设置于飞行器左右两侧的机翼一起为飞行器提供浮力，从而可以继续飞行；而当驱动后推进桨的发动机发生机械故障时，则由双旋翼装置单独提供动力而作传统的直升机飞行模式进行飞行，从而使得飞行器整体的安全性得到提高，不会因某一发动机发生故障而陷入危险，甚至难于逃生。

根据本发明的进一步目的，还提供一种可兼具有自旋翼机功能的直升飞行器。

为实现上述目的，本发明提供的双旋翼装置还包括一调节控制器，设置于所述上下旋翼的下方，通过操控室内的控制装置来操控，用于调节所述上下旋翼与水平方向的角度，使上下旋翼与水平方向的角度最大可达到45°。

由于所述双旋翼装置设有所述调节控制器，可以调节上下旋翼与水平方向呈一定角度。当需要时，可单独由第二发动机驱动后推进桨提供前进的动力，而由双旋翼装置后仰一定的角度进行自旋提供向上的浮力，以传统的自旋翼机模式飞行；也可调节双旋翼装置向前倾斜一定的角度，在气流的推进下，其水平方向上的分力为飞行提供一定的前进动力，结合后推进桨所提供的前进动力，从而实现更高的飞行速度；当两个发动机同时做功且双旋翼装置向前倾斜较大的角度时，为飞行器提供了更高的推进力，从而实现了高速飞行功能。根据本发明的直升自旋翼飞行器，兼具直升机和自旋翼机两者的优点，具有安全性高、飞行速度快、无起落场地限制等特点。

较佳地，所述两机翼上分别设有至少一个可摆动的副翼，用于调控飞行方向。

在本发明的进一步较佳实施例中，所述机身的下前侧设有一对鼻翼。所述鼻翼采用“鸭”式布局，其形状设计成：飞行过程中，穿过鼻翼上方的气流的路程大于穿过鼻翼下方的气流的路程，以为飞行器提供一个向上的“抬”头力矩。

在所述机身的尾部设有一对尾翼，以控制飞行；所述机身的下方设有起落架，供飞行器停靠于地面。

所述飞行器还可以采用全塑碳纤复合材料制作，从机身到上、下旋翼及起落架等均为碳纤复合材料，仅仅两台小型发动机是金属的。因此在天空中飞行时雷达是“看”不见的，故有隐形的功能。

附图说明

图1为本发明的飞行器的主视示意图；

图2为本发明的飞行器的俯视示意图；

图3为本发明的飞行器第一和第二发动机的安装示意图；

图4A为本发明的飞行器的一种飞行状态示意图；

图4B为本发明的飞行器另一种飞行状态示意图；

图4C为本发明的飞行器又一种飞行状态示意图；以及

图5为本发明的飞行器的上下旋翼与水平方向呈一角度时的浮力分解示意图。

具体实施方式

请参考图1、2所示，分别为根据本发明的直升自旋翼飞行器的主、俯视示意图。

如图所示，本发明的直升自旋翼飞行器，包括：

一机身10，机身10的内部含有第一发动机11和第二发动机18(如图3所示)；

一设在机身10内部的操控室19；

一设于机身10上方的双旋翼装置20，该双旋翼装置20包括：

一副上旋翼22和一副下旋翼22′，依次穿设于机身10上方的旋翼轴21上。举例来说，该上、下旋翼22、22′可以为固定桨距的大直径螺旋桨，参见图4A所示，该双旋翼装置20的上、下旋翼22、22′可由设在机身10内的第一发动机11驱动，并且相互呈反向旋转以抵消上下旋翼旋转时形成的扭力，从而有效防止飞行器机身10发生反向扭转；以及

一调节控制器23，穿设于旋翼轴21上并位于下旋翼22′之下，于飞行时通过调节控制器23的调节控制柄24可以调节上、下旋翼22、22′与水平方向成一定的角度，该角度较大的可以为，例如20°至40°，最高可达47°，于飞行中在气流的作用下，可以提供一个较大的水平方向的分力(该技术可以参见专利申请CN200610028281，共轴双桨自旋翼飞行器的同步换向调节装置)；

一对机翼14，固设于飞行器的左右两侧，与机身10基本垂直，另外，作为选择，每个机翼14上还可以分别设有一可摆动的副翼15，用于调整和控制飞行的方向；机身10的尾部设有朝下的尾翼16，用于调整和控制飞行的方向；例如，向左转：左边机翼14的副翼15向下，右边机翼14的副翼15向上，使机身10向侧下方滑行。滑行中尾翼16在气流的推动下，产生一个与其相反的力，使得机尾向右偏转(机头向左)；反之亦然。当转向惯量不足时也可以操控尾翼16进行左、右转向。也可以通过操控上、下旋翼22、22′向不同方向倾倒，从而实现不同方向的飞行姿态；

一后推进桨13，设于机身10的尾部，由设在机身10内的第二发动机18驱动(参见图4B所示)，为飞行提供前进的动力；

较佳地，机身10的下前侧还设有一对鼻翼12，鼻翼12的形状可设计成：飞行过程中，穿过鼻翼12上方的气流的路程大于穿过鼻翼12下方的气流的路程，为飞行器提供一个向上的“抬”头力矩；

机身10的下方设有前起落架17和后起落架17′，供飞行器停靠于地面。

本发明的直升自旋翼飞行器还可以采用全塑碳纤复合材料制作，从机身10到上下旋翼22、22′、鼻翼12、后推进桨13、机翼14、副翼15、尾翼16及起落架17、17′等均为碳纤复合材料，仅仅两台小型发动机是金属的。因此在天空中飞行时雷达是“看”不见的，故有隐形的功能。

下面结合实例来详细描述本发明的直升自旋翼飞行器能够实现的各种飞行模式：

(一)直升机飞行模式

如图4A所示，当飞行器以直升机飞行模式从地面起飞时，飞行器的双旋翼装置20由第一发动机11驱动。第一发动机11作功，通过皮带传动轮25带动减速皮带传动轮26将动力传输给调节控制器23。由调节控制器23输出一正、一反的驱动力带动套装在旋翼轴21上的上、下旋翼22、22′分别进行顺时针和逆时针旋转，由于上、下旋翼22、22′两者反向旋转，两者产生的反扭力相互抵消，从而防止机身产生扭转。由于上、下旋翼22、22′分别由调节控制器23输出相反驱动力作反向旋转而消除了扭力，采用固定桨矩的大旋翼，因而不需要设置尾桨，倾斜盘、连动机构等复杂的机械装置。此时，由于上、下旋翼22、22′进行高速旋转，为飞行器提供一股向上的浮力，飞行器的起落架17、17′随即离开地面，飞行器升至空中。当飞行器欲降落地面时，可以减小第一发动机11的功率，以减小浮力；当欲飞至更高时，可以加大功率，以增大浮力。

(二)自旋翼机飞行模式

如图4B所示，本发明的直升自旋翼飞行器也可以自旋翼机模式飞行。在起飞行时，通过调节控制柄24调整调节控制器23，令上下旋翼22、22′向后仰3～9°，在第一发动机11不做功的情况下，由第二发动机18单独做功，驱动后推进桨13给飞行器提供向前推进的动力，使飞行器向前滑行。此时，双旋翼装置20的上下旋翼22、22′在迎面而来的气流30作用下旋转，当旋翼22、22′达到起飞转速后，即带动飞行器离地，升空，并向前飞行。

(三)高速飞行模式

如图4C所示，当本发明的直升自旋翼飞行器起飞升至空中一定高度后，可以通过调节控制器23调节飞行器的上、下旋翼22、22′向前倾斜的角度，令其前倾角度大大超过传统直升机的倾斜盘所能操纵的上、下旋翼22、22′向前倾斜的角度。举例来说，本发明的直升自旋翼飞行器的上、下旋翼22、22′向前倾可超过40°，在本发明一较佳实施例中，上、下旋翼22、22′向前倾倒的角度为β＝arctan13/15，如图5所示，此时自旋翼飞行器每1马力的功率输出，可得到0.75马力的提供向上升力的输出功率，同时还可得到0.65马力提供向前牵引力的输出功率。由于上下旋翼22、22′向前提供一个较大分力的作用，从而可以快速飞行。又结合本发明的飞行器的尾部设置的后推进桨13，由第二发动机18提供动力，将第二发动机18的驱动力通过后推进桨13提供给飞行器前进的动力，使原本已经是快速飞行的直升机又增加水平方向的推力，从而使本发明的飞行器可以达到传统微型直升机的飞行速度的2倍以上。而且飞行器的重心处的机翼14也可以为水平方向的飞行提供浮力，以弥补倾斜上下旋翼22、22′所产生向上升力的不足。由于上下旋翼22、22′向前倾斜的角度较大，在飞行中会使飞行器有一个向下的“低头”力矩。但是由于机身10的下前侧采用“鸭”式布局设有鼻翼12，因此在飞行时会产生一个向上的“抬”头力矩，以正好抵消机头下沉的“低头”力矩。

(四)高安全性的飞行模式

继续如图4C所示，由于采用了调节控制器23及小角度(总矩)固定桨距的大直径螺旋桨的上下旋翼22、22′，可使其保持最佳自旋角度。当飞行器以快速高效飞行模式于空中飞行时，当第一发动机11由于发生故障突然熄火，上下旋翼22、22′先由原来主动旋转进入惯性旋转。此时操控室19内的飞行员操控调节控制柄24带动调节控制器23，使得上下旋翼22、22′由向前倾斜状态过渡到向后倾斜状态，即过渡到图4B所示状态，并由第二发动机18带动后推进桨13，飞行器继续向前移动，在迎面而来的气流30作用下，上下旋翼22、22′由原来惯性旋转过渡到自旋状态并为飞行器提供升力，从而实现直升飞行器在动力停止输出的同时进入自旋状态，即进入自旋翼机飞行模式，这是当今所有旋翼机所不及的，从而具有比现有直升机高的安全性，不至于因突然熄火而坠落。即使本发明的飞行器是由于上、下旋翼22、22′发生故障而无法继续旋转时，也可以由第二发动机18带动后推进桨13提供向前的动力，并继续由机翼14提供浮力，以及机翼14上的副翼15来控制飞行方向，而进行安全地飞行。

如图4C所示，当高速飞行模式下的飞行器的第二发动机18由于发生故障突然熄火时，则继续由第一发动机11驱动上下旋翼22、22′作功，并且此时上下旋翼22、22′也可以同时保持向前倾斜的大角度而提供一个向前的分力，从而此时的飞行速度虽然不及有第二发动机18同时作功时的飞行速度，但比一般的直升飞行器的飞行速度较快；或是由操控室19内的飞行员操控调节控制柄24带动调节控制器23，使得上下旋翼22、22′由向前倾斜状态过渡到图4A所示直升机飞行模式状态，而进行安全地飞行。

综上所述，本发明的直升自旋翼飞行器是共轴双桨的高速直升机和共轴双桨自旋翼飞机的复合新机种，兼具直升机和自旋翼机两者的优点；具有无起落场地限制、飞行速度快、安全性高、结构简单操控方便、维护简便等特点。采用双发动机，每一个小型发动机可以为某一个飞机模式独立作动；可以做直升机飞行或自旋翼机飞行，也可以协同为某个飞行模式作动，具有直升机直升起飞以及固定翼飞机的快速移动的特点，又有传统直升机的功能及方便性；没有直升机的复杂机械结构和高难度驾驶技术；并继承了传统自旋翼机的高安全性；在使用中可以根据需求选择一般直升机模式或高速直升机模式飞行，也可以用自旋翼机模式飞行；是现在旋翼飞行器中最快捷、最方便、最安全的隐形单人飞行器；可以广泛地应用于民间农业、休闲旅游，工作巡查，公路铁路，电网的巡查，交通指挥，罪犯追捕，救援侦察等。

Claims (9)

1.一种飞行器，其包括：

一飞行器机身；

一设在机身内部的操控室；

一设于所述机身上方的双旋翼装置，包括上下两个旋翼，可由设在机身内的第一发动机驱动；

其特征在于，所述飞行器还包括：

一对机翼，固定设置于所述飞行器的左右两侧；以及

一后推进桨，设置于所述机身的尾部，由设在机身内的第二发动机驱动。

2.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述上旋翼、下旋翼为固定桨距的大直径螺旋桨。

3.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述双旋翼装置还包括：

一调节控制器，设置于所述上下旋翼的下方，通过操控室内的控制装置来操控，用于调节所述上下旋翼与水平方向的角度。

4.如权利要求3所述的飞行器，其特征在于，所述调节控制器调节所述上下旋翼与水平方向的角度于0°至45°之间。

5.如权利要求1至5所述的飞行器，其特征在于，所述机翼上分别设有至少一个可摆动的副翼，用于调节飞行的方向。

6.如权利要求1至5任一项所述的飞行器，其特征在于，所述机身的下前侧设有一对鼻翼。

7.如权利要求1至5任一项所述的飞行器，其特征在于，所述机身的尾部还设有一对尾翼。

8.如权利要求1至5任一项所述的飞行器，其特征在于，所述机身的下方设有起落架。

9.如权利要求1至5任一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器采用全塑碳纤复合材料制作。

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