具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台的制作方法
【专利摘要】一种具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，包括壳体、垂直翼、水平翼、前转盘和后转盘。两个垂直翼对称的安装在所述壳体圆周表面的垂直对称面上，并能够做?5°～10°旋转；两个水平翼对称的安装在所述壳体圆周表面的水平对称面上。前转盘和后转盘分别位于的头部和尾部。位于飞机左侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的左侧，位于飞机右侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的右侧。所述壳体、前转轴与后转轴三者同轴。本发明中两个拖曳体在飞行过程中向两侧张开，扩大了探测器的探测范围，并避免在飞行过程中的相互碰撞和探测器的信号的相互干扰，减小拖曳体在飞行过程中的晃动和摆动，提高探测的精度和作业效率。
【专利说明】
具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台
技术领域
[0001] 本发明涉及航空拖曳领域，是一种以双侧吊挂拖曳方式，并能够保持拖曳体静稳 定性的吊挂探测系统安装平台。
【背景技术】
[0002] 航空拖曳是一项应用非常广泛的技术，如拖曳靶机、直升机吊挂运输、直升机森林 灭火、航空物探、直升机搜潜等都要应用这一技术。在拖曳过程中，被拖曳体受到来流的扰 动会发生运动，这对执行拖曳任务的飞机和被拖曳体本身的稳定性都是不利的，当拖曳体 不止一个时，还需要防止各拖曳体之间发生碰撞，因此必须对拖曳体的稳定性和在空中的 位置加以控制。在国内外的专利中有一些对多点吊挂和拖曳体稳定性的设计。在公告号为 CN202029999U的实用新型专利中公开了一种直升机吊挂。所述的直升机多点吊挂系统是在 直升机下吊挂一个方形框架，在方框的四角吊挂四组货物，但其没有对货物的稳定性加以 控制，在飞行过程中也无法控制四组货物的相对位置。在公开号为CN102874413A的发明创 造中提出了一种直升机吊挂的稳定性系统，该系统在吊挂货物的后方加装了类似垂尾的装 置，能够使吊挂物产生航向的静稳定性，但是无法保证横向的静稳定性。在公开号为 US2012043414A1的发明创造中提出了一种抑制吊挂物摆动的装置，通过加装反馈控制系统 实现抑制吊挂物的摆动，而且只能抑制绳索的摆动，不能对吊挂物本身的姿态加以控制。
【发明内容】
[0003] 为克服现有技术中存在的吊挂物的静稳定性较差，不能控制吊挂物姿态的不足， 本发明提出了一种具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台。
[0004] 本发明包括壳体、垂直翼、水平翼、前转盘和后转盘，其中：所述的垂直翼有两个， 对称的安装在所述壳体圆周表面的垂直对称面上;所述的水平翼有两个，对称的安装在所 述壳体圆周表面的水平对称面上;所述前转轴位于壳体内头部，并且该前转轴的前端面与 壳体固接，该前转轴的后端装入前转盘的中心孔内；所述后转轴位于壳体内尾部，并且该后 转轴的后端面与壳体固接;后转盘套装在所述后转轴上。该垂直翼为全动翼面，通过转轴与 壳体连接;所述转轴位于该垂直翼翼根的1/4弦长处;该垂直翼面绕该转轴做-5°~10°旋 转。在安装所述垂直翼时，位于飞机左侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的左侧，位 于飞机右侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的右侧。所述壳体、前转轴与后转轴三 者同轴。
[0005] 所述的壳体采用组合形式的旋成体，由前段与后段组成。该壳体的头部为半椭球 体。
[0006] 所述水平翼采用无后掠的矩形翼面，上反角为5°，安装角为0° ;翼型采用NACA012 翼型;水平翼的展弦比为〇. 25;该水平翼前缘位于所述壳体轴向长度35~40 %处。
[0007] 所述垂直翼采用无后掠的矩形翼面，翼型采用NACA2410翼型；垂直翼的展弦比为 0.25;该垂直翼前缘的位置与所述水平翼的轴向位置相同。
[0008] 所述前转盘的前端面位于所述壳体轴向长度的25.6%处;所述后转盘的前端面位 于所述壳体轴向长度89.7%处。所述前转盘的外径和后转盘的外径均略小于壳体内径保证 其能够在壳体内部自由转动。在所述前转盘的圆周表面和后转盘的圆周表面固定有用于连 接绳索的绳索钩。
[0009] 所述的安装平台有两个，通过绳索分别吊挂在直升机的两侧。
[0010] 在航空磁探测中，希望同时使用多个探测器以增大探测范围，同时保证各拖曳体 之间不发生碰撞，拖绳之间不发生缠绕，这就必须对吊挂的探测器的位置进行控制，使其能 够覆盖更大的探测范围。同时，仅保证航向的稳定性是不够的，要使拖曳体不发生反转，还 必须为其提供纵向和横向的稳定性。
[0011] 在本发明中，直升机下方安吊挂两个探测器，探测器装在采用半椭球和圆柱体结 合外形的拖曳体中，拖曳体有一对水平翼和一对垂直翼。水平翼采用无后掠的矩形翼面，有 一定的上反角，为拖曳体提供横向静稳定性。为了使拖曳体在巡航时能够向直升机的两侧 拉开，垂直翼必须提供向外侧的气动力。因此，垂直翼使用有升力的低速翼型，采用全动翼 面，翼面平面形状为矩形。水平翼和垂直翼都采用较小展弦比的翼面，使得翼面压力中心的 位置尽量靠近壳体轴线，减小滚转力矩。水平翼的翼型和轴向安装位置的选择保证翼面的 气动中心的轴向位置位于拖曳体的重心轴向位置之后，保证拖曳体的纵向静稳定性。拖曳 体用2条绳索与直升机相连，绳索钩挂点的轴向位置对称地布置在拖曳体重心轴向位置的 前后两侧。绳索钩挂点的位置在周向上是可调的，以保证绳索拉力的作用线能够穿过拖曳 体的轴线。钩挂点调节装置为一个安装在固定轴承上的转盘，转盘能够绕轴承进行旋转。前 后钩挂点调节装置是相互独立的，能够相互独立工作。
[0012] 本发明取得的有益效果是：
[0013] 第一，两个拖曳体在飞行过程中能够向两侧张开，能够避免两个拖曳体在飞行过 程中发生相互碰撞，同时在飞行中保证两个拖曳体中探测器之间有足够的距离，避免探测 器的信号发生相互干扰
[0014] 第二，两个拖曳体在飞行过程中保持张开，能够使其覆盖的探测范围变大，两个拖 曳体之间的水平距离能够根据飞行速度和垂直尾翼的偏角进行调节。设飞行时的速度为 V~，来流的密度为P~，垂直翼的升力线息率为Cu，垂直翼偏角为a，单个垂直翼的面积为S，拖 曳体和装入其中的探测器的总质量为m，吊挂使用的绳索的长度为1，则根据受力平衡原理， 飞行时拖曳绳索和水平方向的夹角@为：
[0016] 则两个拖曳体之间的水平距离d为，
[0017] 4 - 2/gos^?
[0018] 第三，拖曳体的水平翼具有5°的上反角，可以保证拖曳体在横向具有滚转静稳定 性。其原理为:具有上反角的翼面，当拖曳体向左发生滚转时，左翼面产生的气动力的水平 分量减少，竖直分量增加，右翼面产生的气动力的水平分量增加，竖直分量减少，此时左翼 面上的升力大于右翼面的升力，使拖曳体产生向右的滚转力矩，迫使拖曳体向右滚转，恢复 到初始的姿态。
[0019] 第四，拖曳体水平翼的轴向安装位置保证了整体俯仰气动中心在重心之后，使拖 曳体具有纵向静稳定性。其原理为:经过CFD计算，当飞行速度在lOOkm/h到200km/h之间时， 拖曳体的俯仰气动中心位于距最前端2962.5mm到3002. Omm之间，静稳定裕度在25.3 %到 26.0%之间，有足够的静稳定裕度，且气动中心的位置变化小。当拖曳体抬头时，水平翼的 迎角增大，产生的升力增大，根据空气动力学的理论可知，升力的增量作用于气动中心上， 而气动中心位于重心之后，此时升力的增量产生低头力矩，迫使拖曳体低头，恢复到初始的 姿态。
[0020] 第五，拖曳体垂直翼的轴向安装位置保证了整体偏航气动中心在重心之后，使拖 曳体具有航向静稳定性。其原理为:经过CFD计算，当飞行速度在100km/h到200km/h之间时， 拖曳体的偏航气动中心位于距最前端2962.5mm到3029.6mm之间，静稳定裕度在25.3 %到 26.7%之间，有足够的静稳定裕度，且气动中心的位置变化小，并且与俯仰气动中心很靠 近。当拖曳体发生向左的偏航时，垂直翼上产生向左的横向力增量，此增量作用于偏航气动 中心处，由于偏航气动中心位于重心之后，横向力增量产生向右的偏航力矩，迫使拖曳体向 右偏航，恢复到初始的姿态。
[0021] 第六，根据以上五条产生的效果，能够减小拖曳体在飞行过程中的晃动和摆动，有 利于减小探测器的探测噪声，提高探测的精度，同时提高探测器的作用范围和信号强度，提 高作业效率。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的安装平台在执行拖曳直升机上的安装位置示意图。
[0023]图2是壳体的结构不意图；其中：图2a是主视图，图2b是左视图。
[0024]图3是壳体的结构不意图；其中：图3a是主视图，图3b是图3a的A_A向视图。
[0025]图中：1.直升机，2.绳索，3.壳体，4.垂直翼，5.水平翼，6.前转盘，7.后转盘，8.前 转轴，9.后转轴，10.绳索钩挂点。
【具体实施方式】
[0026] 本实施例是一种具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统的安装平台，该安 装平台有两个。如图1所示，两个安装平台的壳体通过绳索分别吊挂在直升机的两侧。
[0027] 所述安装平台包括壳体3、垂直翼4、水平翼5、前转盘6和后转盘7，其中：所述的垂 直翼4有两个，对称的安装在所述壳体3圆周表面的纵向对称面上;所述的水平翼5有两个， 对称的安装在所述壳体3圆周表面的水平对称面上;在所述壳体内的头部有前转轴8，在该 前转轴8上套装有前转盘6;在所述壳体内的尾部有后转轴9在该后转轴9上套装有后转盘7。
[0028] 如图2所示，本实施例中的壳体采用组合形式的旋成体，由前段与后段组成，以方 便在该壳体中放置探测设备。将所述前段与后段搭接后通过螺钉固定。组合后的壳体的头 部为半椭球体，椭球体半长轴的长度为1000mm，半短轴的长度为500mm;该壳体的中部为等 径筒段，该等径筒段的外径为1000mm，长度为2500mm;该壳体的尾部为半椭球体，半长轴的 长度为400mm，半短轴的长度为500mm。
[0029] 所述水平翼采用无后掠的矩形翼面，对称的固定安装在壳体的两侧。所述水平翼 的上反角为5°，安装角为0°，翼型采用NACA012翼型，水平翼的展弦比为0.25;该水平翼前缘 位于所述壳体轴向长度35~40%处。本实施例中，弦长为2000mm，单翼的展长为500mm。该水 平翼前缘距离壳体最前端的轴向距离为1500mm，位于所述壳体轴向长度38.5%处。
[0030] 所述垂直翼采用无后掠的矩形翼面，翼型采用NACA2410翼型，对称安装在所述壳 体上表面和下表面。所述垂直翼的展弦比为0.25;该垂直翼前缘的位置与所述水平翼的轴 向位置相同。本实施例中，所述垂直翼的弦长为2000mm，单翼的展长为500mm，该垂直翼的前 缘距离壳体最前端的轴向距离为1500mm。
[0031] 该垂直翼为全动翼面，通过转轴与壳体连接。所述转轴位于该垂直翼翼根剖面1/4 弦长处。该垂直翼绕该转轴在-5°~10°之间旋转。在安装所述垂直翼时，位于飞机左侧的安 装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的左侧，位于飞机右侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝 向壳体的右侧。
[0032] 如图3所示。所述前转盘的前端面位于所述壳体轴向长度的25.6%处;所述后转盘 的前端面位于所述壳体轴向长度89.7%处。所述前转盘的外径和后转盘的外径均略小于壳 体内径保证其能够在壳体内部自由转动。在所述前转盘的圆周表面和后转盘的圆周表面固 定有用于连接绳索的绳索钩。
[0033]本实施例中，前转盘6位于距离壳体头部最前端1000mm处，转盘厚50mm，安装在前 转轴8上。所述前转轴8的前端面与壳体3固接。后转盘7位于距离头部前端3500mm处，转盘厚 50mm，安装在后转轴9上。所述后转轴9与壳体3固接。所述壳体、前转轴与后转轴三者的轴线 重合。
[0034]所述前转盘6的外径和后转盘7的外径均略小于壳体3内径，保证其能够在壳体3内 部自由转动。前转轴8和后转轴9的直径保证其强度须足以支撑各转盘。绳索钩10固定在所 述前转盘的圆周表面和后转盘的圆周表面，用于连接绳索2。
[0035] 根据CFD计算的结果，采用本实施例，当飞行速度在100km/h到200km/h之间时，探 测器的纵向静稳定裕度在25.3 %到26.0 %之间，航向静稳定裕度在25.3 %到26.7 %之间， 计算的结果表明探测器具有很强的静稳定性。
【主权项】
1. 一种具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征在于，包括壳 体、垂直翼、水平翼、前转盘和后转盘，其中：所述的垂直翼有两个，对称的安装在所述壳体 圆周表面的垂直对称面上;所述的水平翼有两个，对称的安装在所述壳体圆周表面的水平 对称面上;所述前转轴位于壳体内头部，并且该前转轴的前端面与壳体固接，该前转轴的后 端装入前转盘的中心孔内；所述后转轴位于壳体内尾部，并且该后转轴的后端面与壳体固 接;后转盘套装在所述后转轴上;该垂直翼为全动翼面，通过转轴与壳体连接;所述转轴位 于该垂直翼翼根的1/4弦长处；该垂直翼面绕该转轴做-5°~10°旋转；在安装所述垂直翼 时，位于飞机左侧的安装平台的垂直翼的上翼面朝向壳体的左侧，位于飞机右侧的安装平 台的垂直翼的上翼面朝向壳体的右侧;所述壳体、前转轴与后转轴三者同轴。2. 如权利要求1所述具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征 在于，所述的壳体采用组合形式的旋成体，由前段与后段组成;该壳体的头部为半椭球体。3. 如权利要求1所述具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征 在于，所述水平翼采用无后掠的矩形翼面，上反角为5°，安装角为0° ;翼型采用NACA012翼 型;水平翼的展弦比为〇. 25;该水平翼前缘位于所述壳体轴向长度35~40%处。4. 如权利要求1所述具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征 在于，所述垂直翼采用无后掠的矩形翼面，翼型采用NACA2410翼型；垂直翼的展弦比为 0.25;该垂直翼前缘的位置与所述水平翼的轴向位置相同。5. 如权利要求1所述具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征 在于，所述前转盘的前端面位于所述壳体轴向长度的25.6%处;所述后转盘的前端面位于 所述壳体轴向长度89.7%处;所述前转盘的外径和后转盘的外径均略小于壳体内径保证其 能够在壳体内部自由转动;在所述前转盘的圆周表面和后转盘的圆周表面固定有用于连接 绳索的绳索钩。6. 如权利要求1所述具有三向静稳定性的直升机双侧吊挂探测系统安装平台，其特征 在于，所述的安装平台有两个，通过绳索分别吊挂在直升机的两侧。
【文档编号】B64D47/00GK105882989SQ201610302232
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】史爱明, 秦之轩, 李斌, 王金洪
【申请人】西北工业大学