专利名称：一种用于单旋翼直升机尾部的反扭装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于单旋翼直升机尾部的反扭装置，并包括与其协同工作的装置的布置。
背景技术：
目前，公知的用于平衡单旋翼布局直升机的尾桨方式要消耗约10％的功率，粗略相当于减少了10％的最大起飞重量，换算到直升机的有效载荷时减少的比例就更大了。在越来越强调效费比的今天，如何提高直升机负重能力是一个迫切的问题。
虽然还有其它形式的直升机布局，并且都成功地克服了扭矩，但都不如单旋翼带尾桨布局的直升机结构简单，并都有各自的问题共轴反桨式的复杂程度众所周知，我国直到上世纪末才由北航研制成第一架试验型，并且该布局高度大、前飞时废阻大；卡曼式桨盘面距地面太近，安全隐患大，并且旋翼效率较低；纵列双旋翼式灵活性不好；并列双旋翼式问世不算晚，却从来就没成大气候，问题肯定不少；倾转旋翼机性能虽好，却已不属直升机范畴，并且其复杂的结构也限制了其更广泛的使用。
面对这一问题，休斯公司提出了NOTAR方案(见1981年第10期《国际航空》)，其工作原理如下尾梁根部上方有进气口，空气通过变距风扇增压后流经空心尾梁内，尾梁内形成00.05Mpa的超压。尾梁右下(由旋翼旋向决定)开有喷气缝，直升机悬停时喷气缝中流出的空气汇入旋翼下洗流使之增速，绕尾梁向下流动。当下洗流分两股绕尾梁两侧流动时，其作用与气流绕定翼机机翼流动的情况一样，因而产生指向开缝一侧的升力，并形成抗扭平衡力矩。在侧风悬停或侧飞、倒飞状态下由喷气缝产生的侧力不足时，尾梁内空气从尾梁端的尾锥侧向喷出以补偿不足。据休斯称，风扇功率不超过传统式的尾桨功率。
如同以“全寿命周期效费比”考察事物一样，对反扭装置优劣的考察也不能只看单位扭矩占用的功率或重量，再加上对成本的考虑，而应该将占用的功率和重量作为一个整体参与考虑，并考虑其产生的侧力。比如一种基型反扭装置占全机正常飞行重量的1/10，功耗占1/10，而另一种提供与其相同扭矩的装置功耗占1/20(省一半)，那么若其重量占的比例大到1/7时，如果所产生的侧力与基型的一样，那么其在技术角度仍能比基型略微有一些优越性(思考过程有点类似那个有名的分饼——分钱问题)，但若其侧力稍有偏大，则其就不如基型了。
发明内容
单旋翼(带尾桨)布局是当前应用最为广泛的形式，其缺点只是因使用尾桨平衡反扭矩而消耗功率和增加易损上，NOTAR的目的也是为了解决这两个问题，但功耗仍然较大，为了充分发掘单旋翼布局的优势，本发明提供一种与NOTAR方案相似的尾部反扭装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是利用原来布局中支承尾桨和尾翼、但在直升机悬停和低速飞行时处在旋翼下洗流中并造成升力损失的尾梁，将其改造成展向水平向后、弦向平行于旋翼下洗流在该弦所在处流线的扭转翼面(类似蝾螈侧扁尾部，偏向由旋翼旋向决定)，利用其水平方向的“升力”和力臂达到平衡旋翼扭矩；并且由NOTAR方案分析可知下洗流平均流速波动范围有限，有利于针对有限的流速范围采用在此范围内升阻比最大的翼形(或适当牺牲升阻比以换取尽可能大的“升力”)，总体目标是使全机效率最大化，即同样飞行条件下必需功率最小。考虑到靠近旋翼轴部位下洗流流速较低，并且在此处产生同样气动扭矩所附加产生的侧力远比尾尖部位的大，另外考虑到侧风对整机的影响，在可能的情况下(保证反扭力矩足够)应尽量将高“升力”翼形段向尾尖布置(但不要超出直升机以最大允许后退空速飞行时的下洗流范围)，并以高升阻比翼形段布置在较靠近机体一端尽可能地补偿不足的扭矩。并且在翼形段下缘(相当于飞机的机翼后缘)设置舵面和扰流片以进行扭矩调节，应对环境影响，并提供悬停、低速飞行时的方向控制。
由于下洗流场中某一点的流速、流向都是脉动的，不清楚靠一个翼面能否提供足够且稳定的反扭力矩，如果不能，由于增重限制基本上不能靠增加尾梁数量解决。不过NOTAR是用一个尾梁实现的，那么扭矩稳定的要求就应该不是不能达到的。
不管是尾桨式、NOTAR式、都是应对低速段的，在直升机空速达到一定值后，尾梁尖部的垂直尾翼可以产生足够反扭力矩，本发明在这里仍然借用这种合理且成功的技术，故也使用尾尖舵面组，为不影响尾尖舵面工作，翼形段内部仍有一根圆柱形的固定轴支撑垂直尾翼和水平尾翼，该固定轴同时充当导气管，前端接类似NOTAR的增压风扇，尾端开有NOTAK式的尾锥喷口以在尾梁翼面反扭能力不足时进行补偿，并提供必要的“主动力控制”提高动作的准确性。并且为了尽量减小尾梁翼面的操纵力矩，可参考船舶转向舵的卸荷结构。
由于不同桨盘载荷下的下洗流“螺距”可能相差较大，翼形段应该可以整体绕其展向轴转动以在各种情况下以较小的附加力和力矩提供反扭力矩，这样也便于应用于运输直升机。
本发明的布局不符合反扭力作用点位于旋翼平面内的要求，虽然很多使用中的直升机都是这样，但在不会发生碰撞的前提下，偏离还是小一些好，这同样便于应用于运输直升机。
本发明的有益效果是由于增加了尾梁的功用，利用了下洗流的能量进行反扭，并且专门设计的翼形肯定比NOTAR的圆柱形尾梁气动特性好，因此低速、悬停情况下利用本发明所阐述的布局提供反扭力矩的效率会比尾桨式和NOTAR式都高，也就是说省油。
在直升机空速达到一定值后，尾梁尖部的垂直尾翼可以产生足够反扭力矩，这时这三种反扭形式都处于空载状态，不过由于风扇本身额定功率比NOTAR的低，即风扇尺寸要小一些，故本发明在空闲状态下还是可以比前两种方案少消耗一些能量。
以上两条都说明采用本发明可以使直升机有更多功率用于旋翼以产生升力，或在总重不变的情况下减少功率消耗，因此采用本发明产生的经济效益是显而易见的。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明总体布置的示意图；图中1.直升机机身，2.主旋翼轴，3.新的尾梁轴，4.垂直尾翼，5.尾梁翼形段，6.舵面组，7.尾锥喷口。
具体实施例方式
在图1中，可见尾梁轴(3)以刚性连接在机身(1)后部，(3)的尾端设有带控制百叶窗的尾锥喷口(7)，图中未画出尾梁的进气口，可依整机机构布置便宜布置；尾梁翼形段(5)套在尾梁轴(3)上，驱动(5)绕(3)转动的机构将被容纳在(5)内部或(5)与机身(1)之间的弹性整流罩(为使结构清楚而未画，并且这也不影响表达)内以在(5)处于任何位置时都能保持全机的光顺外形，(5)与(3)之间的连接可参考船舶转向舵的卸荷结构；(5)相对旋翼来流的“后缘”设有舵面组(6)，(5)与(6)之间的连接可参考普通飞机襟翼的结构。由于具体的结构形式都已经很成熟，所以这里就不班门弄斧了。
垂尾的形式与现有的单旋翼带尾桨直升机一样；另外也应有起俯仰平衡作用的水平尾翼，形式不限，但其位置只能在(5)的位置以远，由于(3)的尾部有装置(7)，为避免结构上的干扰，可能要选用高平尾布局，即平尾位于垂尾(4)顶部。
权利要求
1.一种用于单旋翼直升机尾部的反扭装置，其特征是改变为翼面形式的尾梁(3)，(5)，(6)，以利用流经该处的部分主旋翼下洗流的能量，从而以较小的重量和功耗实现反扭。
全文摘要
一种用于单旋翼直升机尾部的反扭装置，不同于以往的尾桨方式和美国休斯公司的NOTAR方案，而采用了蝾螈尾式的尾梁提供主要的扭矩，并借鉴了以上两种方式的现有结构对本发明进行了有益补充。
文档编号B64C27/00GK1751964SQ20041008005
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者李 昊 申请人:李 昊