专利名称：一种无倾斜器的同轴旋翼直升机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直升飞机，尤其是一种同轴双旋翼直升飞机。
背景技术：
直升机属于旋翼类的航空器，旋翼的主要气动力特点是旋翼在旋转的 同时，在旋转平面上还受到迎面气流的作用，旋翼转动到不同方位，气流相 对于旋翼剖面的速度会呈周期性变化，故直升机的旋翼各桨叶处于不同位置 时气流相对桨的速度是不同的，这就造成各桨叶收到的升力不相等，从而造 成了升力力矩不平衡，目前现行的办法是用自动倾斜器改变桨叶的安装，使 桨叶的桨距角也周期性的改变，使其各桨叶升力相等，进而使得力矩平衡。 自动倾斜器是个比较复杂的设备，而且造价比较高，控制系统也比较复杂， 有没有其他办法可以使旋翼产生的力矩相互抵消或使力矩平衡？ 发明内容
本实用新型的目的就是提供一种结构简单、控制系统也简单的无倾斜器 的同轴双旋翼直升飞机。
本实用新型釆用的技术方案是直升飞机的升力系统釆用两副同轴旋翼来 取代以往的带倾斜器的单幅旋翼的方式来实现的。
本实用新型是这样实现的直升机的升力系统由上旋翼和下旋翼两副旋 翼以一定间距沿同一旋转轴上下排列组成，该旋转轴分内外两层同心轴，外 面轴为空心轴是下旋翼轴，里面的轴从外面轴穿过是上旋翼轴；两副旋翼质量分布相同并且安装的角度相同，气动特征相同，转速相同但方向相反；该 升力系统由两套传动系统带动，两套传动系统分别与两副旋翼连接， 一套传 动系统正转，另一套传动系统反转。该同轴机旋翼传动系统可以类似于汽车 后桥差速器，两副半轴锥形齿轮正对并保留一定间距。主动齿轮在两半轴锥 形齿轮之间当主动齿轮旋转时，两半轴锥齿轮正好等速方向旋转。当然也可 以釆用传统的共轴传动系统，所述两副旋翼各自可以由四片质量和形状相同 的桨叶组成，由于上旋翼和下旋翼的气动性和质量分布相同并且安装角度相 同， 一个正向旋转， 一个反向选装，上旋翼和下旋翼两副旋翼各自是由四片 质量和形状相同的桨叶组成，桨叶之间的依次以90度的夹角排开，安装在旋 转轴上，具体实施时每副旋翼也可以是八片或者是十二片相同的桨叶等也就 是4N片，并且它们的安装角度相同，每副旋翼转动时在沿其前进的垂直方向 上升力产生的力矩各自平衡。两副旋翼以等角速度反向旋转时上下两副旋翼 的升力产生的沿其前进方向的升力矩也大小相等，方向相反，正好可以相互 抵消，同时桨叶受到的升力总和也是个定值。所以采用该技术的同轴旋翼可 以不用自动倾斜器平稳地飞行。
另外，为了减轻重量上旋翼轴也可以釆用空心轴，该桨叶形状可以选用 半圆形或扇形，这样有利于减轻空气和风的阻力，提升直升机的升力。
双旋翼同轴式直升机的基本特征是两副完全相同的旋翼， 一上一下安 装在同一根旋翼轴上，两旋翼间有一定间距。两副旋翼的旋转方向相反，它 们的反扭矩可以互相抵消。这样，就用不着再装尾桨了。避免了因为尾桨叶 高速旋转产生的噪音和能量的浪费。双旋翼同轴式直升机主要优点是结构紧 凑，外形尺寸小。这种直升机因无尾桨，所以也就不需要装长长的尾梁，机身长度也可以大大缩短。有两副旋翼产生升力，每副旋翼的直径也可以缩短。 由于该共轴旋翼的升力系统力矩平衡，就不需要安装倾斜器，既保留了有尾 翼直升机不具备的优点，又使得同轴直升机的控制系统比较简单，造价也比 较低，而其机体的重量比较轻，飞机的整体升力系统效率高，直升机的升力 会提高，搡作简单，安全性更好。
以下结合附图详细阐述一下本实用新型的工作原理，参考附图2所示。 分析其中每一副旋翼设旋翼沿y轴前进平飞，旋翼转速为w，气流对于
旋翼速度v，距离旋转中心r处有A、 B、 C、 D四个点，由余弦定理有，
A、 B、 C、 D四个点的气流相对于旋翼速度速度是
v=v2 + wV2 — 2vw cos(;r - ot) = v2 + wV2 + 2vwr cos a v=v2 + w2, — 2vht cos(;r / 2 — a) = v2 + w2, — 2vht sin a v丞=v2 + w2r2 — 2vvvr cos a
= v2 + w2r2 — 2vwr cos [;r — (t / 2 — a)] = v2 + w2r2 + 2ww sin a
旋翼产生的升力F与其气流相对于旋翼速度v的平方成线性关系，且垂直于
旋翼的旋转平面故可简单地设F = ，则A、 B、. C、 D四个点的升力
分别为
& = =A(v2 + w2r2 + 2vw cos a) 尸丑="=是(v2 + wV2 — 2v曹sin a) 尸c = &v， = &(v2 + w2r2 - 2v舒cos a) 尸d = 二 A(v2 + w2r2 + 2v舒sin a)
A、 B、 C、 D相对于X轴的力臂L分别是
Z狀=rsin《Z^ 二roos《^ ^sinci;Z^ =misa
A、 B、 C、 D相对于X轴的力矩M分别是Mj = i^丄^ 二《(v + w r + 2vw cos a)r sin or M狄=F^Z狄=AT(v2 + wV2 一 2vw sin cos " M^尸cZ^ = AT(v2 + kV — 2wir cos cty sin a
M加=i^丄m = AT(v2 + wV2 + 2vw sin cos or
上半部分对X轴的力矩
M上二 + M肌=《02 + wV )r(cos " + sin ")
下半部分对X轴的力矩
M下=MCJsr + A/^ =〖(v2 + wV)r(sin " + cos ")
由于得出7^上=^下，故四片旋翼桨片相对于X轴力矩平衡，同样另一幅 相同的共轴旋翼它们反向旋转同上下两部分也相对于乂轴力矩平衡。-A、 B、 C、 D四点相对于Y轴的力臂 Lm = r cos a, LBy = r sin or， Lcy = r cos or， LDy = r sin a 故A、 B、 C、 D四点相对于Y轴的力矩分别为
=尸Ay = AT(v2 + w2, + 2vw cos cos or
O ，0
= K(v + w r - 2vkt sin sin a iVfcy = K(v2 + w2r2 — 2，r cos cos a MDy = K(v + w r + 2vw sin a)r sin a
右边相对于Y轴的力矩
M右=+ Mw = AT(v2 + wV >(cos a + sin or) + 2A:，一 左边相对于Y轴的力矩
M左=A/^y +Mcy = A:(v2 +wV2>(sina + cosa)-2KvMT2故旋翼相对于Y轴的力矩M^M右-M左-4《vvv,是一个定值。
同样另一副共轴旋翼沿相反方向等角速度旋转时其对Y轴的力矩
M ' = 4《vw,，此时该副旋翼的力矩左边比右边大4Kvw,，故这两副旋翼相 对于Y轴其力矩刚好抵消。该共轴旋翼上任意一桨叶的剖面上都有其它七片 桨叶剖面产生的力矩平衡。^+^+Fc+FD-4《vwr2是个定值。故旋翼受到 的升力也是定值，所以采用该旋翼的共轴机不用自动倾斜器能够平稳地飞行。
附图l是本发明上、下旋翼与旋转轴连接方式的示意图； 附图2是本发明上、下旋翼的工作原理图。
具体的实施方式
以下结合附图如图1和具体实施例详细说明本发明直升机的上旋翼1和 下旋翼2两副旋翼以一定间距沿旋转轴3上下排列，旋转轴3分内外两层同 心轴，外面轴是下旋翼轴31，是空心的，里面的轴是上旋翼轴32，上旋翼轴 32从下旋翼轴31中穿过，上旋翼l和下旋翼2质量分布相同并且安以相同角 度安装在旋转轴3上；上旋翼1和下旋翼2都分别和传动系统连接，因此该 直升机设置两套传动系统， 一套传动系统正转，另一套传动系统反转，并且 旋转速度相同；由于上旋翼1和下旋翼2的质量分布相同并且安装角度相同， 一个正向旋转， 一个反向选装，根据以上的工作原理可知上旋翼l和下旋翼2 气动特征相同；上旋翼轴32也釆用空心轴，这样可以减轻重量，上旋翼l和 下旋翼2两副旋翼都是由四片质量和形状相同的桨叶4组成，桨叶4形状可 以选用半圆形或扇形，这样有利于减轻空气和风的阻力，提升直升机的升力。
权利要求1、一种无倾斜器的同轴旋翼直升机，包括传动系统和升力系统，其特征在于所述升力系统由上旋翼和下旋翼两副旋翼以一定间距沿同一旋转轴上下排列组成，该旋转轴分内外两层同心轴，外面轴为空心轴是下旋翼轴，里面的轴从外面轴穿过是上旋翼轴；两副旋翼质量分布相同并且安装的角度相同，气动特征相同，转速相同但方向相反；该升力系统由两套传动系统带动，两套传动系统分别与两副旋翼连接，一套传动系统正转，另一套传动系统反转。
2、 根据权利要求l所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述传动系统 包括两副半轴锥形齿轮，两副齿轮正对并有一定间距。
3、 根据权利要求1或2所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述上旋翼轴是空心轴。
4、 根据权利要求1或2所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述两副 旋翼由四片或八片或十二片质量和形状相同的桨叶组成。
5、 根据权利要求3所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述两副旋翼 由四片或八片或12片质量和形状相同的桨叶组成。
6、 根据权利要求4所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述桨叶之间以相同角度的夹角依次排开。
7、 根据权利要求4所述的同轴旋翼直升机，其特征在于所述桨叶形状为半圆形或扇形。
专利摘要本实用新型公开了一种无倾斜器的同轴旋翼直升机，它包括传动系统和升力系统，升力系统由上旋翼和下旋翼两副旋翼以一定间距沿同一旋转轴上下排列组成，该旋转轴分内外两层同心轴，外面轴为空心轴是下旋翼轴，里面的轴从外面轴穿过是上旋翼轴；两副旋翼质量分布相同并且安装的角度相同，气动特征相同，转速相同但方向相反；该升力系统由两套传动系统带动，两套传动系统分别与两副旋翼连接，一套传动系统正转，另一套传动系统反转。该直升机的控制系统比较简单，造价也比较低。
文档编号B64C27/10GK201317461SQ20082013633
公开日2009年9月30日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者蒋诗玉 申请人:蒋诗玉