双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，属于航空飞行器设计技术领域。所述飞行器由特型旋翼、机翼、矢量推进桨、机身和尾翼组成。在垂直起降过程中，由特型旋翼提供主要升力，尾翼上的两个矢量推进桨推力方向分别水平向左向右，提供横向推力来平衡特型旋翼反扭。由垂直起降模式转换过渡到平飞模式的过程中，两个矢量推进桨向后水平偏转90度，产生向前的推力，升力逐渐由机翼提供。本发明同时具有垂直起飞降落与高速平飞的能力，并且可在空中进行这两种模式的转换；平飞速度、航程和航时将相比常规直升机提高约50％，具有更大的作业范围和更高的作业能力，将来可代替直升机。
【专利说明】
双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器
技术领域
[0001]本发明涉及一种双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其既具有与直升机一样的垂直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行，属于航空飞行器设计技术领域。
【背景技术】
[0002]目前直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行，特别是可在小面积场地垂直起降。但直升机存在速度障碍，无法实现高速飞行。
[0003]而复合式垂直起降飞行器布局使飞行器既能获得旋翼飞行器特有的在低空低速条件下灵活机动飞行以及垂直起降、悬停、后飞、侧飞的优异性能，又具备固定翼飞行器的高空、高速、高效、作战半径大等优点。这种设计不仅融合了两种不同种类飞机的飞行性能，提高了各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征值和很好的高速飞行生存性。所以相比普通直升机，有必要发明一种新型的复合式垂直起降飞行器布局。
[0004]目前成熟的垂直起降飞行器，具有以下不足:
[0005]1、基于倾转旋翼技术的垂直起降飞行器转换控制复杂。
[0006]2、基于停转旋翼技术的垂直起降飞行器旋翼在平飞模式下是主要承力部件，而旋翼一般展弦比较大，整体结构刚度较一般的固定翼面低，在飞行速度较快时容易发生颤振等气动弹性问题，不利于高速飞行。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，所述飞行器主要由特型旋翼、机翼、矢量推进桨、机身和尾翼组成。在垂直起降过程中，由特型旋翼提供主要升力，尾翼上的两个矢量推进桨推力方向分别水平向左向右，提供横向推力来平衡特型旋翼反扭。由垂直起降模式转换过渡到平飞模式的过程中，两个矢量推进桨向后水平偏转90度，产生向前的推力，飞行器逐渐加速平飞，升力逐渐由机翼提供，特型旋翼逐渐停止旋转并锁定在指定位置，与固定翼平行，形成双翼布局。
[0008]本发明的优点在于:
[0009](I)可以实现快速地垂直起飞和降落，对起降场地要求较低。
[0010](2)可以实现高速的平飞，具有较大的航程和航时。
[0011](3)同时具有垂直起飞降落与高速平飞的能力，并且可在空中进行这两种模式的转换。
[0012](4)特型旋翼与常规直升机的旋翼相似，具有相同的飞行效率，垂直起降飞行性能和低速飞行性能与常规直升机相近，而平飞速度、航程和航时将相比常规直升机提高约50%，具有更大的作业范围和更高的作业能力，将来可代替直升机。
[0013](5)该飞行器的机翼和尾翼与与常规固定翼飞机的机翼和尾翼相似，该飞行器在平飞模式时与常规固定翼飞机具有相同的飞行效率，平飞性能与常规固定翼飞机相近，而与常规固定翼飞机相比则具有垂直起飞降落与低速飞行的能力，更适用于野外使用和低空低速作业。
[0014](6)该飞行器的特型旋翼、机翼、尾翼和矢量推进桨可独立控制，并且相互之间的干扰较小，垂直起降模式和平飞模式可在空中实现平稳的转换过渡，相比尾坐式垂直起降飞行器、倾转旋翼机、倾转机翼式垂直起降飞行器等具有更高的安全性和舒适性。
【附图说明】
[0015]图1为垂直起降模式下的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器。
[0016]图2为平飞模式下的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器。
[0017]图中:
[0018]1.特型旋翼;2.机翼;3.矢量推进桨;4.机身;5.尾翼。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0020]本发明提供一种双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，如图1所示，所述的飞行器包括特型旋翼1、机翼2、矢量推进桨3、机身4和尾翼5。所述特型旋翼I位于机身4从前向后约40%长度处的上方，其叶片的平面形状为等腰梯形，叶片长度与平均宽度比为6-10，相比常规直升机旋翼叶片(长宽比15-20)较宽，梢根比约0.6，选用相对厚度8%-12%、上下曲线皆为椭圆曲线的前后对称的翼型。所述机翼2与机身4连接处位于机身下方，机翼2的几何中心与特型旋翼I的中心重合，机翼2的面积为特型旋翼I旋转状态桨盘面积的20%-25%，机翼2的展弦比约13-17，选用相对厚度10%-15%的高升阻比翼型。所述尾翼5位于机身4尾部，尾翼5前缘根部到特型旋翼I中心的距离等于特型旋翼I的半径，尾翼5面积为机翼2的面积的15%-20%，展弦比约为5-8，选用相对厚度8%-12%的上下对称翼型。所述矢量推进桨3有两个，分别设置在尾翼5的左右两端的后缘处，矢量推进桨3可水平偏转90度，在垂直起降模式时两个的矢量推进桨3的推力方向分别向左和向右，在垂直起降模式与平飞模式转换过渡过程中，两个矢量推进桨3同时向后偏转90度，平飞模式时两个矢量推进桨3的方向均向后，产生向前的推力。特型旋翼I和矢量推进桨3均由机身4内部的动力系统驱动。
[0021]当飞行器垂直起飞时，动力系统驱动特型旋翼I旋转提供升力，把飞行器举托在空中，动力系统同时也输出动力至矢量推进桨3，通过调整两个矢量推进桨3向左和向右的推力大小可以抵消特型旋翼I产生的不同转速下的反作用力，并产生偏航控制力矩。如图2所示，到达一定高度后，当飞行器由垂直起降模式转换过渡到平飞模式飞行时，矢量推进桨3的桨轴在机身平面内向后旋转90°，产生向前的推力，并增大推力，逐渐加大平飞速度，机翼2提供主要升力，为特型旋翼I减载，此时特型旋翼I转速逐渐降低，当平飞速度增至可以使机翼2产生足够的升力时，特型旋翼I转速降为零，停止转动并被锁定在与机翼2保持平行的位置，整架飞机呈双翼布局向前平飞，从而实现两种飞行模式的平稳切换。当进行平飞-垂直起降转换过渡飞行时，特型旋翼I解除锁定，逐渐提高转速，增加向上的拉力，同时矢量推进桨3分别向两侧偏转90度并逐渐减小推力，通过调整推力最终能完全抵消特型旋翼I产生的不同转速下的反作用力。此时飞行器转换到垂直起降模式，并实现垂直降落。
【主权项】
1.双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于:所述飞行器由特型旋翼、机翼、矢量推进桨、机身和尾翼组成，在垂直起降过程中，由特型旋翼提供升力，尾翼上的两个矢量推进桨推力方向分别水平向左向右，提供横向推力来平衡特型旋翼反扭；由垂直起降模式转换过渡到平飞模式的过程中，两个矢量推进桨向后水平偏转90度，产生向前的推力，飞行器逐渐加速平飞，升力逐渐由机翼提供，特型旋翼逐渐停止旋转并锁定在指定位置，与固定翼平行，形成双翼布局。2.根据权利要求1所述的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于:所述特型旋翼位于机身从前向后40%长度处的上方，其叶片的平面形状为等腰梯形，叶片长度与平均宽度比为6-10，梢根比0.6，选用相对厚度8%-12%、上下曲线皆为椭圆曲线的前后对称的翼型。3.根据权利要求1所述的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于:所述机翼与机身连接处位于机身下方，机翼的几何中心与特型旋翼的中心重合，机翼的面积为特型旋翼I旋转状态桨盘面积的20%-25%，机翼的展弦比13-17，选用相对厚度10%-15%的高升阻比翼型。4.根据权利要求1所述的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于:所述尾翼位于机身尾部，尾翼前缘根部到特型旋翼中心的距离等于特型旋翼的半径，尾翼面积为机翼的面积的15%-20%，展弦比为5-8，选用相对厚度8%-12%的上下对称翼型。5.根据权利要求1所述的双矢量推进桨旋翼/固定翼复合式垂直起降飞行器，其特征在于:所述矢量推进桨有两个，分别设置在尾翼的左右两端的后缘处，矢量推进桨可水平偏转90度，在垂直起降模式时两个的矢量推进桨的推力方向分别向左和向右，在垂直起降模式与平飞模式转换过渡过程中，两个矢量推进桨同时向后偏转90度，平飞模式时两个矢量推进桨的方向均向后，产生向前的推力。
【文档编号】B64C27/22GK106043685SQ201610380319
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王耀坤, 李道春, 张啸迟, 葛昕怡, 万志强, 蒋崇文, 鲍蕊, 严德
【申请人】北京航空航天大学