CN1762764A - 可储能的旋翼式空投/空降装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用可储能旋翼的空投/空降装置，它包括旋翼、储能器、变距装置、方向控制装置、负载架，其特征在于：利用旋翼自转产生的升力来减缓降落速度，在降落过程中可人为调控下滑方向和速度。储能器储存旋翼自转的动能或装有火箭装药，必要时可消耗储能器的动能或燃料实现短程爬升或使着陆速度接近于零，从而提高空投/空降作业的机动性、操纵性、安全性、抗风性，延长滑行距离，以及完成过去难以完成的高难任务如空降伤病员、空投精密仪器、药品针剂等。采用本装置可将空降员按编组一次投放或全体一次投放，在降落过程中即可实现编队滑行，有利于着陆后快速集结。本装置也可从地面起飞达到楼宇的高度，完成救援或反恐任务。
Description
技术领域 本发明涉及一种空投/空降装置，特别是一种采用了旋翼、储能器，从而改进了机动性、操纵性、抗风性，必要时可实现短程爬升并减小着陆速度的空投/空降装置。
背景技术 现有的空投/空降装置，主要是降落伞、翼伞、降落锥，其共同点是利用伞绳或充气使大面积织物制成的伞衣在气流作用下展开，借助空气阻力达到减速降落使负载安全着陆的目的。但是这种装置存在着以下不足：1.有时因伞绳缠绕而不能开伞，造成物资损毁或人员伤亡。2.着陆速度较大，未经训练的人员、伤病员、精密仪器、药品针剂等难于空投/空降。3.机动性、操纵性差，降落过程中速度、方向变化迟缓，如下方出现不利于降落的险情也只能被动地下降而无法爬升避险。4.升阻比小，需要滑行时水平分速小且滑行距离短。5.抗风性差，强风着陆危险。
直升机或旋翼机失去动力后的自转着陆已为采用旋翼实现减速降落提供了经验，但因其着陆速度仍较大且旋翼外廓尺寸大而未专门用作空投/空降装置。
发明内容 本发明的目的是提供一种采用可储能旋翼的空投/空降装置，它具有较强的机动性、操纵性、抗风性，可短程爬升，着陆速度接近于零。
本发明的目的是这样实现的：利用旋翼自转产生的升力取代伞衣的阻力实现负载的缓慢降落，旋翼桨叶的桨距、桨盘的倾角以及滑行方向都可调控。因旋翼的升阻比大于各种降落伞的升阻比，操作反应也快，使得机动性操纵性和自转下滑水平分速、水平距离都有所提高。旋翼的抗风性也优于降落伞，在强风下可安全着陆。旋翼的桨叶上安装有储能器，降落时桨叶采取低桨距或负桨距，相对气流驱动旋翼自转使得负载的势能转化为储能器的动能。储能器也可以是小火箭。在必要时或着陆前桨叶改为正桨距，消耗储能器的动能产生升力，或引燃小火箭使之沿切线方向加速桨叶旋转产生升力。该升力或用于在降落途中实现短程爬升以延长滑行距离，或用于着陆时将着陆速度减至接近于零。
附图说明 本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是根据本发明提出的可储能的旋翼式空投/空降装置的结构图。该结构图是几种可能的组合配置方案之中的一种，即采用可卷绕式单旋翼与方向舵的组合，所述旋翼有两个桨叶，用于人员空降。
图2是本实施例桨叶展开后的俯视图。
图3是本实施例的起动轮结构图。
图4是本实施例系留锁的结构图。
图5是本实施例负载架的结构图。
图6示本实施例的工作状态。
下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
具体实施方式 图1-图6所描述的可储能的旋翼式空投/空降装置包括：一付旋翼、一个变倾装置、一个变距装置、两个储能器、一个系留锁、一个起动装置、一个负载架和一个舵。
所述旋翼包括一个管状的主轴(1)，主轴的上端固定一个桨毂(2)，2个横轴(3)各将一端插固在桨毂(2)内并与主轴(1)垂直。每一个横轴(3)上安装一个桨根(4)，横轴(3)穿过桨根(4)且外端销定，使桨根(4)可绕横轴(3)转动而不会滑脱。套在横轴(3)上的扭簧(24)一端连接桨毂(2)另一端连接桨根(4)，扭簧(24)使桨根(4)在不受操纵力时保持正桨距。由柔性或弹性材料制成的薄型桨叶(5)两端各固定一个翼型板(6)，内侧的翼型板(6)通过连接铰(7)与桨根(4)连接，外侧的翼型板(6)通过连接铰(7)与储能器(8)连接。主轴(1)穿过起动轮盒(9)及其内的起动轮(10)，下端穿过轴承(11)用螺母(12)锁定，使之不会沿轴向滑脱。
所述变倾装置由吊挂扳(13)、箍(34)、调节板(15)、调节板(16)、平衡拉簧(44)和变倾杆(17)组成。吊挂板(13)上端固定在起动轮盒(9)的下表面，吊挂板(13)下端与箍(34)通过铆钉动连接，箍(34)固定在负载架(14)上。调节板(15)上端固定在起动轮盒(9)的下表面，调节板(16)固定在负载架(14)上，变倾杆(17)末端的孔与调节板(15)下端的孔以及平衡拉簧(44)用铆钉动连接，平衡拉簧(44)的下端固定在负载架(14)上。变倾杆(17)中间的孔与调节板(16)上端的孔用铆钉动连接，上下扳动变倾杆(17)另一端的手柄可以调节主轴(1)相对于负载架(14)的倾角，从而调节桨盘的倾角。
所述变距装置由芯轴(18)、2个变距臂(19)、2个连杆(20)、轴承(21)、限止环(22)和变距杆(23)组成。芯轴(18)穿过主轴(1)，其上端垂直固定变距臂(19)，连杆(20)上端与变距臂(19)连接，下端与桨根(4)通过螺钉动连接，使得芯轴(18)的轴向移动可通过变距臂(19)和连杆(20)传递至桨根(4)的操纵点变为桨距的变化。芯轴(18)的下端比主轴(1)下端伸出适当的长度，芯轴(18)的下端安装一推力轴承(21)，所述轴承(21)的紧圈与芯轴(18)紧配合并由限止环(22)限位，芯轴(18)下端适当铆凸，使轴承(21)的松圈不致滑脱但可自由转动。变距杆(23)中间的孔与吊挂板(13)下端的孔及箍(34)上端的孔用铆钉动连接，变距杆(23)一端有把手，探绳(42)一端系在所述把手上，另一端系探锤(43)，降落时悬垂的探锤(43)应在负载以下数米的位置。变距杆(23)另一端呈叉形与轴承(21)的松圈接触。向下拉变距杆(23)的手柄使芯轴(18)沿轴向上移，通过变距臂(19)和连杆(20)，将力传递至桨根(4)的操纵点，克服扭簧(24)的弹力使桨距变负。若松开或向上推变距杆(23)，扭簧使桨根(4)恢复正桨距，并带动前述相关零件反向动作。
所述储能器(8)由实心或空心的流线体与一付水平安定板(25)组成。储能器(8)通过连接铰(7)与桨叶(5)的外侧翼型板(6)连接。储能器(8)如果是实心的应具有一定的惯性质量，本例约为每个1千克；如果是空心的，可安装固体火箭药柱或液体燃料，为此需配备点火器，点火器引线通过滑环引至一对触点，该触点与变距杆(23)联动，使得上推变距杆(23)即可引燃装药或燃料。也可把储能器(8)作为主储能器，每个主储能器旁另加一个付储能器(35)，其点火器同样与变距杆(23)联动。主储能器(8)用于爬升，付储能器(35)用于着陆。按本例设有主储能器和付储能器各2个，若每个主储能器安装固体火箭装药400克，则可实现爬升垂直高度100-150米；若每个付储能器装药80克，则可使着陆时垂直分速和水平分速均接近零。电源总开关与内侧连接铰(7)联动，桨叶(5)展开即接通。另设手动转换开关使得变距杆(23)的一次触发在主储能器(8)与付储能器(35)之间只选择一对进行点火。
所述系留锁(26)为一个连接件，其中心孔用于***芯轴(18)，与芯轴(18)紧配合，2个小孔与中心孔等距且与中心孔平行，每个小孔内紧固一根锁杆(27)，每根锁杆(27)可滑动***桨毂(2)相应的孔内。系留锁(26)在与芯轴(18)垂直的方向对称伸出2个变距臂(19)。由于桨毂(2)的孔打在两个互相平行且保持适当距离的凸缘上，锁杆(27)完全***时即呈锁闭状态，使套在两凸缘之间的一段锁杆(27)上的绳套无法脱开，若芯轴(18)向上推使系留锁(26)上移时，锁杆(27)同步上移使其下端面稍高于桨毂(2)上边凸缘的下表面，此时系留锁处于开启状态，原套在锁杆(27)上的绳套可以脱开。
所述起动装置由起动轮盒(9)、起动轮(10)、发条(29)、内轮(30)、止逆卡(31)、簧(32)和起动绳(33)组成。主轴(1)穿过起动轮盒(9)内的起动轮(10)。起动轮(10)上端面的孔与轴套(28)滑配合，下端面的孔与主轴(1)滑配合。起动轮(10)上边是个圆柱形内膛，膛内有一发条(29)，发条(29)一端与起动轮(10)内膛连接，另一端与轴套(28)连接。起动轮(10)下边是一个内棘齿轮，内轮(30)套在主轴上并用键定位，止逆卡(31)装于内轮的凹槽内并用簧(32)向外顶住，其外端可动态接触内棘齿。起动绳(33)一端固定在起动轮外缘沟槽上并绕数周，另一端伸出起动轮盒(9)外。拉动起动绳(33)，止逆卡(31)卡住起动轮(10)内棘齿，带动主轴(1)转动，同时发条(29)旋紧，松开起动绳(33)，发条带动起动轮(10)弹回，止逆卡(31)滑动。数次拉动起动绳(33)即可使主轴(1)按设计方向旋转。
所述负载架(14)通过箍(34)、吊挂板(13)、调节板(16)、调节板(15)和变倾杆(17)将重力负载传递至起动轮盒(9)的下表面，再递次传递给主轴(1)最后传至桨叶(5)。束带(36)用于束缚空降员。
所述舵由尾梁(37)、斜撑(38)、万向轴套(39)、舵轴(40)和舵面(41)组成。尾梁(37)与负载架(14)用螺栓动连接，可向上折叠或向下放平。斜撑(38)用于将放平后的尾梁(37)加固，或将折叠后的尾梁(37)固定。尾梁(37)的尾段向上弯90度，万向轴套(39)套在尾梁的垂直尾段上并销定使之不会脱出。一端带手柄的舵轴(40)穿过万向轴套的水平套管，另一端固定舵面(41)。操纵手柄可使舵(41)绕水平轴或垂直轴偏转，实现空降员朝向或滑行方向的控制。
本装置处于储存状态时，尾梁(37)向上折叠固定，桨叶(5)卷绕起来，如图1所示，储能器(8)上的环挂在桨根(4)的钩上，用绳穿过储能器(8)的环并结成圈套，该圈套由系留锁(26)锁住，使储能器(8)不会脱钩。系留锁(26)还锁住一个小面积引导伞的主伞绳。
要使本装置从储存状态改为备用状态，需放平尾梁(37)并用斜撑(38)锁定，用束带(36)将本装置束缚在空降员身上。空降时，空降员提起探绳(42)，跳出机舱门，此时引导伞张开使人员保持正位，空降员拉动起动绳(33)数次，使主轴(1)转动，然后放下探绳(42)，这个操作使芯轴(18)沿轴向向上滑动，从而使桨距变负，使系留锁(26)打开，释放引导伞和储能器(8)的绳套，储能器(8)在离心力作用下脱钩，桨叶(5)展开。如果初始高度足够高，则可以不用拉起动绳(33)，空降员出舱后放下探绳(42)即可，由于桨根(4)与桨叶(5)的接合缝与横轴(3)的延长线并非正交，桨叶(5)被气流吹到上方后，它必不在主轴(1)和横轴(3)所确定的平面内，而与该平面成一个夹角，这个非对称形状可以产生气动力矩，使桨叶(5)绕主轴(1)旋转。最初储能器(8)的旋转半径较小，转速较低，在相对上升气流作用下其转速及旋转半径逐渐增大，直至桨盘达到饱满。这个过程约需时数秒，使得空降员只感受到很轻的动载。操纵舵(41)及变倾杆(17)可调节降落过程中的下滑速度和方向。
降落过程中如有必要爬升，可将转换开关扳至主储能器位置，向上推变距杆(23)，此时桨叶(5)改为正桨距，同时联动点火开关开启，储能器(8)内装药点燃，加快桨叶转速，产生剩余升力实现爬升。待储能器(8)内燃料耗尽后，放下变距杆(23)，将转换开关扳至付储能器位置。临近着陆时，探锤(43)比空降员提前数米触地，探绳(42)松弛，在扭转簧(24)的作用下，桨叶(5)恢复正桨距，此时消耗储能器(8)的动能产生升力，加之接近地面时地面效应逐渐显现，故可实现减速。若下滑水平分速较高，可向上推变倾杆(17)使桨盘后倾，消耗水平分速的动能产生升力。若配备装有装药的付储能器(35)，则变距杆(23)自动上抬时联动点火开关开启，付储能器(35)内装药点燃，可实现有动力的减速。
Claims (8)
1.一种使用可储能旋翼的空投/空降装置，它包括：1至多个旋翼、变倾装置、变距装置、起动装置、系留锁、储能器、负载架和方向控制装置，所述每个旋翼包括2至多个桨距可调的桨叶(5)，其特征在于：桨叶(5)的适当部位上安装有储能器(8)，储能器(8)的轴线在桨盘平面内且与桨叶的展向垂直。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述桨叶(5)为整体结构。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述桨叶(5)为可折叠结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述桨叶(5)为可卷绕结构。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述储能器(8)具有一定的惯性质量。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述储能器(8)为小火箭，其推力方向与桨叶(5)的转向一致。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述储能器(8)的点火器开关与变距杆(23)联动。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：变距杆受探绳(42)和比负载下端低数米的探锤(43)的控制。
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