一种可垂直起降的高速飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种可垂直起降的高速飞行器，包括机身，主机翼，水平尾翼，垂直尾翼和动力系统，动力系统由涡轴发动机以及一个升力风扇和两个螺旋桨组成，升力风扇通过主梁连接在机身前端中部；升力风扇上部安装有可开合的盖板，升力风扇下部安装有可开合的导流叶栅，两个螺旋桨通过贯穿水平尾翼的旋转机构安装在水平尾翼两端，旋转机构带动两个螺旋桨同步转动。本发明中升力风扇采用一对对转的螺旋桨，可自身平衡反扭矩，不需要复杂的反扭矩装置，减轻了自身结构重量；升力风扇下部安装有导流叶栅，叶栅可沿自身转轴进行旋转；通过叶栅偏转改变气流方向来改变升力的方向；既可实现提供垂直起降的升力，又可提供过渡时的部分推力。
【专利说明】一种可垂直起降的高速飞行器
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空飞行器【技术领域】，具体为一种可垂直起降的高速飞行器。
【背景技术】
[0002]由于固定翼飞机的起飞和降落都需要一定的滑跑距离才能实现，因此需要有比较开阔的起降场以及较长的跑道。起降场地的修建既费钱、费时，且战时易被摧毁。因此，人们一直希望有一种能够在狭小空间起降的航空飞行器。随着直升机的诞生人们的这种需求得到一定程度的满足。但是由于直升机前飞工作环境下旋翼的气流不对称情况，直升机最大前飞速度受到前行桨叶压缩性影响及后行桨叶气流分离的限制，常规直升机的最大巡航速度通常在300公里/小时左右。在许多场合，速度也许成了制约直升机应用的关键因素。
[0003]长期以来，国内外学者一直在不懈地探寻新的技术发展思路，力图创造一种新型飞行器，既能够保持直升机的垂直起降、悬停和经济性的优势，又能达到固定翼飞机的高速飞行性能。经过多年来的探索和创造实践形成了诸多既可实现垂直起降又可高速飞行的技术手段。比较典型的美国的V-22“鱼鹰”，由于该种飞机在过渡飞行状态下动力稳定性差，并存在强烈的气动干扰使得它们的应用前景受到了许多人的质疑。多架V-22 “鱼鹰”因为该问题的坠毁更使其雪上加霜。所以力求研究一种新型气动布局的可垂直起降的高速飞行器来避免上述飞机的缺点从而得到广泛的应用成为一种需求。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为解决现有技术存在的问题，提供一种具有较好场地适应性及快速反应能力的飞机，本发明提出了一种可垂直起降的高速飞行器。
[0006]技术方案
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]所述一种可垂直起降的高速飞行器，包括机身，主机翼，水平尾翼，垂直尾翼和动力系统，主机翼对称安装在机身中段两侧，水平尾翼对称安装在机身后部两侧，垂直尾翼安装在机身后部，形成倒“T”型尾翼布局；其特征在于:动力系统由涡轴发动机以及一个升力风扇和两个螺旋桨组成；升力风扇通过主梁连接在机身前端中部；升力风扇上部安装有可开合的盖板，升力风扇下部安装有可开合的导流叶栅，当盖板和导流叶栅关闭时，盖板以及导流叶栅与机身外形光顺过渡；两个螺旋桨通过贯穿水平尾翼的旋转机构安装在水平尾翼两端，旋转机构带动两个螺旋桨同步转动，旋转机构的转动轴平行于飞行器机体坐标系的OY轴，所述机体坐标系采用欧美坐标系。
[0009]所述一种可垂直起降的高速飞行器，其特征在于:升力风扇采用一对对转的变矩螺旋桨。
[0010]所述一种可垂直起降的高速飞行器，其特征在于:机身呈扁平状，机身前端宽，机身尾部窄。[0011]有益效果
[0012]本发明提出的一种可垂直起降的飞行器，相比于其它公开公布的垂直起降飞行器而言，由于升力风扇采用一对对转的螺旋桨，可自身平衡反扭矩，不需要复杂的反扭矩装置，减轻了自身结构重量；升力风扇下部安装有导流叶栅，叶栅可沿自身转轴进行旋转；通过叶栅偏转改变气流方向来改变升力的方向；既可实现提供垂直起降的升力，又可提供过渡时的部分推力；通过控制这对对转螺旋桨的转速的不同，还可产生一定的偏航力矩，实现对飞机的偏航控制；连接在平尾的一对推力螺旋桨在工作过程中通过对转来实现扭矩平衡；该对螺旋桨在过渡飞行时可实现O度到90度旋转，为飞机过渡段的控制提供足够的力和力矩；因为推力螺旋桨安装在平尾两端，相比于V22 “鱼鹰”等飞行器而言，大大减少了螺旋桨和飞机机翼之间的气动干扰，可实现飞机从垂直起降到高速前飞的平稳过渡，提高了飞机的安全系数和实用性；并且螺旋桨还可向后倾转最大10度的角度，为飞机定点悬停着陆提供一定的方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1:本发明垂直起降的结构立体图
[0014]图2:本发明过渡阶段的结构立体图
[0015]图3:本发明高速前飞的结构立体图
[0016]其中:1、机身；2、升力风扇；3、盖板；4、叶栅；5、主机翼；6、水平尾翼；7、变矩螺旋
桨；8、垂直尾翼。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例描述本发明:
[0018]本实施例为一架可垂直起降的高速无人验证机，飞机的设计起飞总重为600kg ；设定的转换速度为50m/s，转换状态的飞行高度为500米；并且考虑到飞机的俯仰特性，在过渡阶段，主机翼和水平尾翼产生的升力比例为5:1。
[0019]本实施例中的可垂直起降的高速无人验证机包括有机身1，主机翼5，水平尾翼6，垂直尾翼8和动力系统，主机翼对称安装在机身中段两侧，水平尾翼对称安装在机身后部两侧。动力系统由涡轴发动机以及一个升力风扇和两个螺旋桨组成，升力风扇2通过主梁连接在机身前端中部，升力风扇上部安装有可开合的盖板3，升力风扇下部安装有可开合的导流叶栅4，在风扇工作时可通过偏转叶栅来控制其产生升力的方向。盖板在飞机进行垂直起降和过渡飞行时打开，便于升力风扇工作，在巡航飞行时盖板关闭以减少飞机阻力。
[0020]两个可倾转变矩螺旋桨7通过贯穿水平尾翼的旋转机构安装在水平尾翼两端。旋转机构能够在机体坐标系的XOZ平面内转动，机体坐标系采用欧美坐标系。在飞机垂直起降时，螺旋桨轴线方向转到与OZ轴平行，其拉力用于克服飞机的重力；在飞机作为固定翼巡航时，螺旋桨轴线方向转到与OX轴平行，其拉力用于提供飞机前飞时的推力；在过渡段，旋转机构带动两个螺旋桨同步旋转，此时的螺旋桨既提供一部分升力，又提供一部分推力；在旋转轴末端安装有控制螺旋桨旋转角度的机构；在主机翼和平尾上安装有增升装置和舵面；在飞机过渡转换飞行过程中，主机翼和平尾上逐渐产生升力以满足飞机可控飞行所需要的气动力要求。[0021]机身内部包含有涡轴发动机、操纵机构、燃油油箱、任务载荷和必要飞行仪器设备等，为减小飞机巡航时的阻力，在兼顾内部设备布置以及升力风扇在机身上的安装位置，需尽量减小机身的外形尺寸。由于升力风扇桨径为0.8米，机身最大宽度选为I米；机身呈扁平状，综合考虑飞机装载能力，机身高度取为机0.4m ;机身长度为5m。
[0022]主机翼对称安装在机身中部两侧，为下单翼布置，翼面积为2.53m2，展长为4.6m,翼根弦长0.7m (主机翼翼根埋入机身内)，翼梢弦长为0.4m，，前缘后掠角为8.5°，上反角为O。，扭转角为0°，在主机翼后部还安装有增升装置。
[0023]平尾安装在机身尾部两侧，与主机翼配合提供飞机可控飞行所需升力以及利用尾部的舵面提供飞机俯仰操纵气动力；平尾面积为0.78m2，展长为2m，，翼根弦长0.5m，翼梢弦长为0.28，前缘后掠角为13.0°，上反角为0°，扭转角为0°。
[0024]垂直尾翼安装在机身后部，与平尾形成倒“T”型尾翼布局，主要起航向稳定性作用；垂尾面积0.32m2，翼根弦长0.68m,翼梢弦长0.35m,高0.62m,前缘后掠角15°，扭转角为O。，垂直尾翼尾部安装有方向舵。
[0025]本实施例中，尾部可倾转螺旋桨7安装在平尾两侧，桨径为0.7m ;螺旋桨这种可向前产生拉力到向上产生拉力的倾转可以为飞机各个模式提供足够的可控飞行的力和力矩；并且螺旋桨可向后倾转10度，可为飞机定点着陆提供一定的后向力。
[0026]飞机的飞行过程为:飞机起飞时，前部涵道风扇上盖板和下部叶栅打开，尾部可变距螺旋桨转至向上产生拉力位置，启动升力风扇和尾部螺旋桨，使飞机垂直起飞；当飞机离地达到安全高度后，升力风扇的下部叶栅向后偏转，同时尾部可变矩螺旋桨向前倾转，飞机开始向前飞行；随着螺旋桨倾转角度的不断增大，飞机不断加速，主机翼产生的升力增大，升力风扇的桨叶偏角和转速逐渐降低；当飞机加速达到转换速度，此时尾部螺旋桨倾转至向前产生拉力位置，并且关闭升力风扇，机翼成为主升力面，同时使得盖板和叶栅处于闭合状态来减少飞机前飞时的飞行阻力；随着尾部螺旋桨推力的不断增大，飞机可实现高速飞行；这里的转换速度时在飞机设计时人为设定的速度值，在此飞行速度下主机翼和尾翼已可产生飞机可控飞行所需的全部升力和控制力。
【权利要求】
1.一种可垂直起降的高速飞行器，包括机身，主机翼，水平尾翼，垂直尾翼和动力系统，主机翼对称安装在机身中段两侧，水平尾翼对称安装在机身后部两侧，垂直尾翼安装在机身后部，形成倒“T”型尾翼布局；其特征在于:动力系统由涡轴发动机以及一个升力风扇和两个螺旋桨组成；升力风扇通过主梁连接在机身前端中部；升力风扇上部安装有可开合的盖板，升力风扇下部安装有可开合的导流叶栅，当盖板和导流叶栅关闭时，盖板以及导流叶栅与机身外形光顺过渡；两个螺旋桨通过贯穿水平尾翼的旋转机构安装在水平尾翼两端，旋转机构带动两个螺旋桨同步转动，旋转机构的转动轴平行于飞行器机体坐标系的OY轴，所述机体坐标系采用欧美坐标系。
2.根据权利要求1所述一种可垂直起降的高速飞行器，其特征在于:升力风扇采用一对对转的变矩螺旋桨。
3.根据权利要求1或2所述一种可垂直起降的高速飞行器，其特征在于:机身呈扁平状，机身前端宽，机身尾部窄。
【文档编号】B64C27/22GK103448910SQ201310391088
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】邓阳平, 高正红, 史振兴, 田力, 王斑, 刘凯, 王力, 黄晶 申请人:西北工业大学