混合动力四同轴反转螺旋桨倾转旋翼机的制作方法
【专利摘要】一种既能够垂直起降又能固定翼飞行并且安全性好的混合动力四同轴反转螺旋桨倾转旋翼机。采用四套由电机驱动的可以独立调速的同轴反转螺旋桨，与电机一起成矩形位置布置于串列翼飞行器的前后固定翼的两端，并且其轴方向可以偏转。当四套旋翼的轴方向处于垂直方向时为垂直起降模式，飞行器可以实现垂直起降和悬停；通过转变四套螺旋桨的轴方向至向前水平，转换为固定翼飞行模式，实现高速巡航；在飞行过程中，能够实现两种飞行模式之间的相互转换；采用油电混合动力，由燃油发动机驱动发电机发电和动力电池组均可为飞行器提供电力，同时发电机可以为动力电池充电。
【专利说明】
混合动力四同轴反转螺旋桨倾转旋翼机
技术领域
[0001]—种混合动力的倾转旋翼机，能垂直起降和固定翼飞行，具备较高的安全性，属于航空技术领域。
【背景技术】
[0002]目前存在大量四轴飞行器，虽然有较好的稳定性和操作性，但是因为飞行器结构的局限，不能实现高速巡航飞行;其四套螺旋桨和电机如果任意一个发生故障，四轴飞行器都会因为螺旋桨自转反作用力不能平衡，导致飞行器失控;而且其电池储能有限，不能远距离飞行。
[0003]目前世界上唯一生产和投入使用的倾转旋翼机是美国的V_22“鱼鹰”倾转旋翼机。虽然它实现了垂直起降和远距离高速巡航，但是根据其多年运行的资料分析:该倾转旋翼机因为双旋翼结构，旋翼负荷过高，容易产生涡流环;燃油发动机的转速和功率控制响应速度较慢，在紧急情况的应急能力较差;为了平衡旋翼的自转反作用力，双旋翼必须以反向且相同的转速旋转，如果有一边的升力发生异常，飞机则会失去平衡;燃油发动机位于螺旋桨后方，高速气流造成发动机容易吸沙;发动机向下喷出的高温气体对地面和地面人员都有很大的影响;这些导致该型飞机垂直起降和悬停的稳定性，可靠性和安全性都不理想。
【发明内容】
[0004]本实用新型设计一种可以垂直起降，又可以用固定翼飞行方式进行远距离高速巡航，并且具备较高安全性和操控性的新型倾转旋翼机。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:采用四套由电机驱动的可以独立调整转速的同轴反转螺旋桨，与电机一起成矩形位置布置于串列翼飞行器的前后固定翼的两端，并且四套螺旋桨的轴方向可以偏转。机身尾部设有尾翼。四套电机都配有专用的电机驱动器用于控制和调整电机的转速和功率。当四套旋翼的轴方向处于垂直方向时，可以实现垂直起降和悬停，通过调整四组螺旋桨的轴方向和升力，实现各种飞行姿态控制;通过转变四套螺旋桨的轴方向至向前水平方向，转换为固定翼飞行模式，实现远距离高速巡航，也可用于短距离滑行起飞和降落或者提供更大的载重负荷。在固定翼飞行模式下，调整固定翼和尾翼的可动翼面和偏转四组螺旋桨轴方向均可实现对飞行姿态的控制。飞行器采用油电混合动力，由涡轮轴发动机或者活塞发动机驱动发电机发电和动力电池组均可为飞行器提供电力，同时发电机可以为动力电池组充电。
[0006]本实用新型的有益效果是:采用四组矩形位置布置的同轴反转螺旋桨，不但降低垂直起降模式下的旋翼负荷，而且降低固定翼飞行模式下旋翼的迎风面积，减小飞行阻力；其四套同轴反转螺旋桨没有为了平衡螺旋桨对飞行器的自转反作用力的转速控制约束，可以自由调整转速改变升力和轴方向，可以实现各种飞行姿态控制和应急处理措施;可以实现固定翼飞行模式和垂直起降模式之间自由互转并且转变过程更加稳定可控;可以使用固定翼飞行模式，实现相对于普通直升机更远的巡航距离，更低的飞行能耗和更高的巡航速度。该倾转旋翼机具备较好的安全性:借助电机的短时峰值功率和快速响应以及动力电池组的快速放电，提供较好的紧急情况下的应急处理能力；当一套螺旋桨电机组件或者电机驱动器故障时，可以让矩形位置对角线上的另外一套螺旋桨只用于飞行器平衡稳定控制，而另外一条对角线上的一对螺旋桨以双倍功率运转，提供足够的升力，在电机超温之前实施紧急迫降。四套螺旋桨，在固定翼飞行器模式下拥有多动力冗余安全机制。采用油电混合动力，可以利用发电机发电和动力电池组同时放电为飞行器提供短时间的应急大功率电力或者提高最大起飞重量；当燃油动力或者动力电池组发生故障时，燃油动力与发电机提供的电力或者动力电池组的大功率放电，能够为飞行器提供故障处理的时间，或者为紧急迫降提供短时间电力。
【附图说明】
[0007]图1是混合动力四同轴反转螺旋桨倾转旋翼机实施例垂直起降状态示意图。
[0008]图2是混合动力四同轴反转螺旋桨倾转旋翼机实施例固定翼飞行状态示意图。
[0009]图中1.飞行器机身，2.串列固定翼前翼，3.串列固定翼后翼，4.尾翼，5.左前同轴反转螺旋桨和电机组件，6.右前同轴反转螺旋桨和电机组件，7.右后同轴反转螺旋桨和电机组件，8.左后同轴反转螺旋桨和电机组件。
【具体实施方式】
[0010]图1所示实施例中，四套同轴反转螺旋桨和电机组成的旋翼组件5、6、7、8成矩形位置分别布置在前后固定翼2、3的两端;每组同轴反转螺旋桨轴方向可以偏转。机身I内可以布置燃油发电动力系统和动力电池组以及飞行控制器等，亦可布置载人驾驶舱。图中所示为垂直起降模式，通过改变螺旋桨的升力，可以实现除了自转以外的各种姿态控制，如平移，俯仰等;通过小角度差动偏转左侧的同轴反转螺旋桨5、8和右侧的同轴反转螺旋桨6、7，可以实现自转姿态控制。安全操作方式为假设同轴反转螺旋桨5因为各种可能的原因失去升力，这时斜对角线上的两组同轴反转螺旋桨6和8在峰值功率内迅速提高升力，为飞行器提供足够的升力，而同轴反转螺旋桨7改为用于飞行器的姿态平衡稳定，然后飞行器进行紧急迫降。
[0011]图2为同一实施例的固定翼飞行模式示意图。四组同轴反转螺旋桨5、6、7、8轴方向同时向前偏转，飞行器随着飞行速度提升，固定翼2、3可以提供足够的升力时，四组同轴反转螺旋桨5、6、7、8轴方向完全偏转至水平角度，只提供向前拉力，不再提供升力，由此进入低能耗且高速的固定翼飞行模式。通过操纵尾翼4可以改变飞行方向；其姿态控制可以参照传统固定翼飞机的控制方式，也可以采用小角度偏转两侧的同轴反转螺旋桨轴方向来实现:当同向小角度偏转前固定翼2或者后固定翼3两端的同轴反转螺旋桨轴方向时，可以实现机身俯仰操作、爬升或者降低飞行高度；当差动小角度偏转前固定翼2或者后固定翼3两端的同轴反转螺旋桨轴方向时，可以提供滚转力矩。由于有4组螺旋桨提供前进拉力，本身具有冗余机制，如果发生螺旋桨故障，依然可以实施滑行迫降和起飞。
[0012]飞行器的动力安全机制为燃油发动机驱动发电机和动力电池组互为备份，均可为飞行器提供短时间应急电力，让飞行器有一定时间排除故障或者实施迫降。
【主权项】
1.一种倾转旋翼机，采用四组由电机驱动的同轴反转螺旋桨成矩形位置布置于串列翼飞行器的前后固定翼的两端;螺旋桨的轴方向可以偏转:当垂直向上时为垂直起降模式，当水平向前时候为固定翼飞行模式;并且在飞行过程中，飞行器可以实现垂直起降模式与固定翼飞行模式之间的相互转换。2.根据权利要求1所述的倾转旋翼机，其特征是采用油电混合动力，由燃油发动机驱动发电机和动力电池组为飞行器提供电力，并且发电机可以为动力电池充电。
【文档编号】B64C27/08GK205675239SQ201620480702
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月24日 公开号201620480702.9, CN 201620480702, CN 205675239 U, CN 205675239U, CN-U-205675239, CN201620480702, CN201620480702.9, CN205675239 U, CN205675239U
【发明人】周光翔
【申请人】周光翔