專利名稱：一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，尤其涉及一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的 傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，屬于航空飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器兼有直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的特點(diǎn)。與固定翼飛機(jī)相比，該種 飛行器能夠垂直起降，沒有對機(jī)場跑道的依賴，能夠?qū)崿F(xiàn)懸停和小速度前飛；與 傳統(tǒng)直升機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)有更大的巡航速度和航程，巡航過程中由機(jī)翼產(chǎn)生 升力，比直升機(jī)更經(jīng)濟(jì)，因而該種飛行器自誕生以來就受到廣泛關(guān)注。對于傾轉(zhuǎn) 旋翼機(jī)研究最早和最系統(tǒng)的國家是美國，經(jīng)過幾十年的研究、論證和試驗(yàn)，美國 研制出了該類飛行器的代表機(jī)型V22并投入了實(shí)用。關(guān)于傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的發(fā)展歷程 參見文獻(xiàn)Malcolm Foster, The Future Evolution of the Tiltrotor, AIAA 2003-2652, 2003.所述(Malcolm Foster,傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)將來的發(fā)展，AIAA 2003-2652, 2003)V22采用橫列式雙旋翼常規(guī)布局，在垂直飛行及垂直飛行狀態(tài)和平飛狀態(tài)之 間的過渡過程(以下簡稱轉(zhuǎn)換飛行模式)下，由于舵面氣動效率不足，主要靠旋翼 周期變距來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的姿態(tài)控制，在正常平飛模式下，由于飛機(jī)有了較大的前飛 速度，各個舵面的氣動效率足夠，主要采用飛機(jī)的舵面來控制飛機(jī)的姿態(tài)。各種 飛行模式的控制方式如下(1)在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的周期變距來控制飛機(jī)的 縱向姿態(tài)，如圖la所示；在平飛狀態(tài)下采用升降舵控制縱向姿態(tài)，如圖lb所示； 在圖la中，周期變距使得槳盤前傾，形成縱向控制力矩，飛機(jī)在控制縱向姿態(tài) 的同時，會形成向前的分力，引起飛機(jī)向前飛行，產(chǎn)生耦合效應(yīng)；在圖lb中， 升降舵偏轉(zhuǎn)，作用在平尾及升降舵上的力改變，形成縱向控制力矩。(2)在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的周期變距的差動來控 制飛機(jī)的航向姿態(tài)，如圖2a所示；在平飛狀態(tài)下采用方向舵控制航向姿態(tài)，如 圖2b所示；圖2a中， 一個旋翼的縱向周期變距向前， 一個旋翼向后，形成了旋 翼拉力的前后交叉，產(chǎn)生力航向力矩，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的航向操作。在圖2b中，方向 舵偏轉(zhuǎn)，作用在垂尾和方向舵上的氣動力發(fā)生變化，形成了航向控制力矩。(3)在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的總距差動來控制飛機(jī)的 滾轉(zhuǎn)姿態(tài)，如圖3a所示；在平飛狀態(tài)下采用副翼控制控制滾轉(zhuǎn)姿態(tài)，如圖3b 所示；圖3a中，左右兩副旋翼的總距差動變化， 一副旋翼拉力增加， 一副旋翼 拉力減少，就形成了滾轉(zhuǎn)控制力矩。在圖3b中，副翼差動偏轉(zhuǎn)，作用在飛機(jī)左 右兩側(cè)機(jī)翼上的氣動力發(fā)生改變， 一邊增大一邊減小，形成滾轉(zhuǎn)控制力矩。關(guān)于上文中提到的周期變距機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理，參見文獻(xiàn)張呈林張小 谷等編著，直升機(jī)部件設(shè)計(jì)，南京航空學(xué)院印刷廠1986.文中所述。關(guān)于周期變距控制模式的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)控制原理的詳細(xì)資料，可以參見文獻(xiàn)楊 軍吳希明等編著傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)飛行控制，航空工業(yè)出版社,2006.文中所述通過上面以V22為代表的靠周期變距來控制垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式的傾 轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的控制方式可以看出，在飛機(jī)控制舵面效率不足的情況下，所有的姿態(tài) 控制都是靠周期變距來控制，控制方式復(fù)雜。在使用周期變距控制縱向姿態(tài)的時 候，會引起飛機(jī)向前飛行的稱合效應(yīng)。而且周期變距機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 和控制方式對于傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的安全性和可靠性都是不利的。同時，周期變距方式 控制飛機(jī)姿態(tài)，由于控制力力臂短，產(chǎn)生控制力矩的效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
1、 目的
本發(fā)明的目的是為了提供一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)， 該飛機(jī)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了上述周期變距控制方式的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)中存 在的問題。
2、 技術(shù)方案
本發(fā)明一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，該飛機(jī)采用并列雙 旋翼、常規(guī)氣動布局的設(shè)計(jì)，它是由機(jī)身、平直機(jī)翼、旋翼、短艙、副翼、垂直 尾翼、方向舵、升降舵、水平尾翼、起落架、動力及減速系統(tǒng)及雙螺旋槳垂直涵 道結(jié)構(gòu)組成。平直機(jī)翼安裝在機(jī)身的中段兩側(cè)，旋翼安裝在短艙的端部，起落架 的主體位于機(jī)身腹部，機(jī)身兩側(cè)的平直機(jī)翼支撐著端部的短艙，副翼連接在平直 機(jī)翼外側(cè)，水平尾翼與機(jī)身尾部相連，升降舵連接在水平尾翼后面，兩個垂直尾 翼連接在水平尾翼兩側(cè)，方向舵連接在垂直尾翼后面，雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)位 于水平尾翼中間，動力及減速系統(tǒng)位于機(jī)身中部。
該機(jī)身主要用于安裝各部件和容納載荷，采用傳統(tǒng)的半硬殼式結(jié)構(gòu)； 該平直機(jī)翼為矩形平直機(jī)翼，采用傳統(tǒng)的懸臂式雙梁式結(jié)構(gòu)，由翼肋+桁條+
蒙皮組成抗扭結(jié)構(gòu)；
該旋翼的槳葉平面形狀為矩形，旋翼槳葉數(shù)目為兩片(重載機(jī)型可以增加槳
葉片數(shù))；旋翼沒有周期變距機(jī)構(gòu)，它設(shè)有旋翼總距操縱機(jī)構(gòu)，通過旋翼總距操
縱機(jī)構(gòu)來改變旋翼的總距，從而改變旋翼拉力大??；
該短艙包含短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、減速箱、減速錐齒輪、旋翼總距操縱機(jī)構(gòu)、旋翼 轉(zhuǎn)軸；放置在機(jī)身中部的動力及減速系統(tǒng)通過傳動軸輸出動力到短艙驅(qū)動減速錐 齒輪，經(jīng)過減速帶動旋翼轉(zhuǎn)軸及旋翼旋轉(zhuǎn)，短艙通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與機(jī)翼連接， 短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使得短艙可與機(jī)翼發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；
該副翼平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+桁條組
成；
該垂直尾翼平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架結(jié)構(gòu)，骨架由雙梁+翼肋+桁條 組成；
該方向舵的平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+ 桁條+組成；
該升降舵平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+桁條組成；該水平尾翼平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架結(jié)構(gòu)，骨架由雙梁+翼肋+桁條 組成；該起落架采用傳統(tǒng)的前三點(diǎn)式起落架；該動力及減速系統(tǒng)采用1-2臺傳統(tǒng)的渦輪軸或活塞式發(fā)動機(jī)，安裝在機(jī)身內(nèi)部或平直機(jī)翼根部，燃油及減速系統(tǒng)布置在機(jī)身中部和平直機(jī)翼內(nèi)；該雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)是本專利申請所采用的新穎的技術(shù)特征，依靠它來 控制傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)垂直飛行和飛行模式的轉(zhuǎn)換所述雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)，它是由垂直涵道、螺旋槳變速及總距操縱裝置、 螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)、涵道端蓋、涵道端蓋驅(qū)動裝置、涵道端蓋運(yùn)動滑軌組成。 垂直涵道布置在水平尾翼中部，螺旋槳變速及總距操縱裝置在垂直涵道中部并位 于上、下螺旋槳之間，并由螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)來支撐，涵道端蓋安裝在水平 尾翼的右部上下表面內(nèi)側(cè)，涵道端蓋驅(qū)動裝置和涵道端蓋運(yùn)動滑軌安裝在水平尾 翼的右部中間。該垂直涵道包含上、下兩副螺旋槳，百葉窗式滑流片，滑流片控制裝置和涵 道螺旋槳動力輸入軸；該上、下螺旋槳各由兩片帶扭轉(zhuǎn)的矩形槳葉構(gòu)成，它布置 在垂直涵道的上部和下部，與螺旋槳驅(qū)動軸相連，上、下螺旋槳轉(zhuǎn)向相反，產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)扭矩相互抵消；上、下螺旋槳設(shè)有螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)，可以同步改變總 距大小，從而改變螺旋槳的拉力，控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)；該百葉窗式滑流片由多 個葉片組成，各個葉片的平面形狀為矩形，葉片通過與機(jī)身軸線平行的轉(zhuǎn)軸支撐 在垂直涵道的中部，各個葉片同步偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由滑流片控制裝置進(jìn)行控制，滑 流片控制裝置主要由伺服電機(jī)+齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒條平動，齒條再帶動 葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的滑流流過百葉窗式滑流片產(chǎn)生側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)對 飛機(jī)的航向控制。該螺旋槳變速及總距操縱裝置位于垂直涵道中間，由螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu) 來支撐；它包含螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)、涵道變速錐齒輪、滾動軸承、螺旋槳驅(qū)動 軸；動力及減速系統(tǒng)通過涵道螺旋槳動力輸入軸輸出動力到螺旋槳變速及總距操 縱裝置，通過涵道變速錐齒輪驅(qū)動螺旋槳驅(qū)動軸，帶動安裝在螺旋槳驅(qū)動軸上的 下螺旋槳和上螺旋槳同時反向旋轉(zhuǎn)，螺旋槳驅(qū)動軸由滾動軸承支撐，螺旋槳總距 操縱機(jī)構(gòu)操縱上、下螺旋槳的總距來改變上、下螺旋槳產(chǎn)生的控制力大小。該螺 旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)是由舵機(jī)+搖臂+推拉桿組成，搖臂安裝在舵機(jī)轉(zhuǎn)軸上，推拉桿 一端與搖臂相連，另一端與螺旋槳槳葉相連；該涵道變速錐齒輪是由三個圓錐齒 輪組成，該三個圓錐齒輪由軸承支撐；該涵道端蓋有上下兩個，呈圓形狀，上、下螺旋槳工作的時候，涵道端蓋驅(qū) 動裝置把涵道端蓋收入水平尾翼內(nèi)部，垂直涵道處于開放狀態(tài)；上、下螺旋槳停 止工作時，涵道端蓋驅(qū)動裝置把涵道端蓋從水平尾翼內(nèi)推出，封閉垂直涵道，使 水平尾翼光滑完整，減小飛行阻力。該涵道端蓋驅(qū)動裝置由伺服電機(jī)和齒輪齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)， 齒輪帶動齒條平動，從而推動涵道端蓋運(yùn)動。涵道端蓋運(yùn)動滑軌由鋁片或者結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)成(根據(jù)飛機(jī)總重大小而定)，對端蓋 滑動起到支撐作用。本發(fā)明中的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的控制原理為
(1) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過同步改變垂直涵道上、下螺旋槳的 總距來改變垂直涵道產(chǎn)生的拉力，形成縱向控制力矩來控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)，由 于上、下螺旋槳反轉(zhuǎn)，相互抵消了旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩；前飛模式下，通過偏轉(zhuǎn)升降 舵來控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)。
(2) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過偏轉(zhuǎn)垂直涵道內(nèi)部的百葉窗式滑流 片產(chǎn)生側(cè)向力，形成偏轉(zhuǎn)力矩來控制飛機(jī)的航向姿態(tài)；前飛模式下，通過偏轉(zhuǎn)方 向舵來控制飛機(jī)的航向姿態(tài)。
(3) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過控制飛機(jī)兩側(cè)的旋翼總距的大小來 改變兩副旋翼的拉力，從而控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)；在前飛模式下，通過差動偏轉(zhuǎn) 副翼來控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)。
本發(fā)明中的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)三種典型工作狀態(tài)的描述如下
(1) 垂直飛行時，機(jī)身兩側(cè)的短艙通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傾轉(zhuǎn)為豎直向上狀態(tài)， 旋翼產(chǎn)生豎直向上的拉力平衡飛機(jī)的重量，同時通過控制兩副旋翼的總距，產(chǎn)生 飛機(jī)所需的滾轉(zhuǎn)配平力矩。平直機(jī)翼外側(cè)的副翼偏轉(zhuǎn)為豎直向下的狀態(tài)，以減小 旋翼氣流產(chǎn)生的垂向力。位于水平尾翼中間的垂直涵道中的上螺旋槳和下螺旋槳 反向旋轉(zhuǎn)，控制螺旋槳的總距，產(chǎn)生飛機(jī)需要的縱向配平力矩，控制百葉窗式滑 流片的偏轉(zhuǎn)角度，產(chǎn)生飛機(jī)需要的航向配平力矩。
(2) 轉(zhuǎn)換飛行模式中，機(jī)身兩側(cè)的短艙通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)逐漸向前傾轉(zhuǎn)，同 時使用與垂直飛行狀態(tài)相同的方式來控制飛機(jī)的姿態(tài)。當(dāng)飛機(jī)前飛達(dá)到一定速度 時，副翼、方向舵和升降舵有了一定的氣動效率，可以逐漸參與飛機(jī)姿態(tài)的控制。
(3) 水平飛行時，機(jī)身兩側(cè)的短艙傾轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，飛機(jī)以固定翼螺旋槳飛 機(jī)的模式飛行，副翼、方向舵和升降舵有了足夠的氣動效率來控制飛機(jī)的姿態(tài)， 此時垂直涵道中的上螺旋槳和下螺旋槳停止工作，百葉窗式滑流片傾轉(zhuǎn)為與水平 尾翼垂直狀態(tài)，涵道端蓋驅(qū)動裝置開始工作，涵道端蓋沿著涵道端蓋滑軌進(jìn)入垂 直涵道上下端面位置，把垂直涵道封閉，水平尾翼保持光滑完整，減小飛行阻力。
3、優(yōu)點(diǎn)及效果
本發(fā)明二種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，它與現(xiàn)有技術(shù)比 較，其主要優(yōu)點(diǎn)是垂直飛行時，機(jī)身兩側(cè)的短艙傾轉(zhuǎn)為豎直向上狀態(tài)，旋翼產(chǎn) 生豎直向上的拉力平衡飛機(jī)的重量，同時通過控制兩副旋翼的總距，產(chǎn)生飛機(jī)所 需的滾轉(zhuǎn)配平力矩。平直機(jī)翼外側(cè)的副翼偏轉(zhuǎn)為豎直向下的狀態(tài)，以減小旋翼氣 流產(chǎn)生的垂向力。位于水平尾翼中間的垂直涵道中的上螺旋槳和下螺旋槳反向旋 轉(zhuǎn)，控制螺旋槳的總距，產(chǎn)生飛機(jī)需要的縱向配平力矩，控制百葉窗式滑流片的 偏轉(zhuǎn)角度，產(chǎn)生飛機(jī)需要的航向配平力矩.
(1) 與周期變距控制方式相比，雙螺旋槳垂直涵道控制方式簡化了垂直飛行 和轉(zhuǎn)換飛行過程中的操縱，提高了操縱可靠性；由于沒有了周期變距機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu) 簡單，提高了可靠性。
(2) 采用雙螺旋槳垂直涵道控制方式，控制力的力臂很長，因而控制效率高；
(3) 垂直飛行模式下，采用雙螺旋槳垂直涵道控制縱向姿態(tài)時，不會產(chǎn)生向 前的力，因而不會有前飛耦合效應(yīng)；
(4) 雙螺旋槳相互抵消扭矩，不會產(chǎn)生偏航力矩；
(5) 雙螺旋槳可以有效減小涵道尺寸，便于布置在水平尾翼上；
(6) 前飛模式下，涵道端蓋封閉涵道，可以減小飛行阻力。

圖1 a在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的周期變距來控制 飛機(jī)的縱向姿態(tài)的示意圖；b飛機(jī)在平飛狀態(tài)下采用升降舵控制縱向姿態(tài)的 示意圖；圖2 a在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的周期變距的差動 來控制飛機(jī)的航向姿態(tài)的示意圖；b飛機(jī)在平飛狀態(tài)下采用方向舵控制航向 姿態(tài)W示意亂圖3 " a '在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，依靠兩副旋翼的總距差動來控制 飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的示意圖；b飛機(jī)在平飛狀態(tài)下采用副翼控制控制滾轉(zhuǎn)姿態(tài) 的示意圖；圖4 垂直飛行狀態(tài)的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)示意圖；圖5 短艙結(jié)構(gòu)原理圖；圖6 水平飛行狀態(tài)的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)示意圖；圖7 水平尾翼上的雙螺旋槳垂直涵道示意圖；圖8 雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)原理圖；圖中符號說明如下l一機(jī)身；2—平直機(jī)翼；3—旋翼；4一短艙；4_1一短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；4_2_減 速箱；4_3—減速錐齒輪；4一4一旋翼總距操縱機(jī)構(gòu)；4_5—旋翼轉(zhuǎn)軸；5—副翼； 6—垂直^翼；7—方向舵；8—升降舵；9一水平尾翼；IO—起落架；ll一動力及 減速系統(tǒng)；11_1一傳動軸；12—雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)；13—垂直涵道；14一 涵道螺旋槳動5j輸入軸；15—下螺旋槳；16—上螺旋槳；17—百葉窗式滑流片； 18—螺旋槳變速及總距操縱裝置；18_1_螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)；18_2—涵道變 速錐齒輪；18一3—滾動軸承；18_4—螺^槳驅(qū)動軸；19—螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)； 20—涵道端蓋驅(qū)動裝置；21—^道端蓋運(yùn)動滑軌；22—滑流片控制裝置；23—涵道端蓋o具體實(shí)施方式
見圖4~圖8所示，本發(fā)明一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)， 該飛機(jī)采用并列雙旋翼、常規(guī)氣動布局的設(shè)計(jì)，它是由機(jī)身1、平直機(jī)翼2、旋 翼3、短艙4、副翼5、垂直尾翼6、方向舵7、升降舵8、水平尾翼9、起落架 10、動力及減速系統(tǒng)11及雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)12組成。平直機(jī)翼2安裝在機(jī) 身l的中段兩側(cè)，旋翼3安裝在短艙4的端部，起落架10的主體位于機(jī)身1腹 部，機(jī)身1兩側(cè)的平直機(jī)翼2支撐著端部的短艙4，副翼5連接在機(jī)翼2外側(cè)， 水平尾翼9與機(jī)身1尾部相連，升降舵8連接在水平尾翼9后面，兩個垂直尾翼 6連接在水平尾翼9兩側(cè)，方向舵7連接在垂直尾翼6后面，雙螺旋槳垂直涵道 結(jié)構(gòu)12位于水平尾翼9中間，動力及減速系統(tǒng)U位于機(jī)身l中部。該機(jī)身l主要用于安裝各部件和容納載荷，采用傳統(tǒng)的半硬殼式結(jié)構(gòu)； 該平直機(jī)翼2為矩形平直機(jī)翼，采用傳統(tǒng)的懸臂式雙梁式結(jié)構(gòu)，由翼肋+桁 條+蒙皮組成抗扭結(jié)構(gòu)；該旋翼3的槳葉平面形狀為矩形，旋翼槳葉數(shù)目為兩片(重載機(jī)型可以增加槳葉片數(shù))；旋翼3沒有周期變距機(jī)構(gòu)，它設(shè)有旋翼總距操縱機(jī)構(gòu)4一4，通過旋
翼總距操縱機(jī)構(gòu)4一4來改變旋翼3的總距，從而改變旋翼3拉力大??；
該短艙4包含短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4_1、減速箱4_2、減速錐齒輪4_3、旋翼總距 操縱機(jī)構(gòu)4一4、旋翼轉(zhuǎn)軸4_5;放置i機(jī)身1中部一的動力及減速系^ 11通過傳動 軸11_1輸i動力到短艙4驅(qū)動減速錐齒輪4_3，經(jīng)過減速帶動旋翼轉(zhuǎn)軸4_5及 旋翼3旋轉(zhuǎn)，短艙4通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4一1與平直機(jī)翼2連接，短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4一1使得短艙4可與機(jī)翼2發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；
該副翼5平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+桁條 組成；
該垂直尾翼6平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架結(jié)構(gòu)，骨架由雙梁+翼肋+ 桁條組成；
該方向舵7的平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+ 桁條+組成；
該升降舵8平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架的結(jié)構(gòu)，骨架由單梁+翼肋+ 桁條+組成；
該水平尾翼9平面形狀為矩形，采用蒙皮加骨架結(jié)構(gòu)，骨架由雙梁+翼肋+ 桁條組成；
該起落架IO采用傳統(tǒng)的前三點(diǎn)式起落架；
該動力及減速系統(tǒng)11采用1-2臺傳統(tǒng)的渦輪軸或活塞式發(fā)動機(jī)，安裝在機(jī)
身內(nèi)部或平直機(jī)翼根部，燃油及減速系統(tǒng)布置在機(jī)身中部和平直機(jī)翼內(nèi)；
該雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)12是本專利申請所采用的新穎的技術(shù)特征，依靠 它來控制傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)垂直飛行和飛行模式的轉(zhuǎn)換
所述雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)12，它是由垂直涵道13、螺旋槳變速及總距操 縱裝置18、螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)19、涵道端蓋23、涵道端蓋驅(qū)動裝置20、涵 道端蓋運(yùn)動滑軌21組成。垂直涵道13布置在水平尾翼9中部，螺旋槳變速及總 距操縱裝置18在垂直涵道13中部并位于上、下螺旋槳16、 15之間，并由螺旋 槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)19來支撐，涵道端蓋23安裝在水平尾翼9的右部上下表面內(nèi) 側(cè),涵道端蓋驅(qū)動裝置20和涵道端蓋運(yùn)動滑軌21安裝在水平尾翼9的右部中間。
該垂直涵道13包含上、下兩副螺旋槳16 15、百葉窗式滑流片17、滑流片 控制裝置22和涵道螺旋槳動力輸入軸14;該上、下螺旋槳16、 15各由兩片帶 扭轉(zhuǎn)的矩形槳葉構(gòu)成，它布置在垂直涵道13的上部和下部，與螺旋槳驅(qū)動軸18—4 相連，上、下螺旋槳16、 15轉(zhuǎn)向相反，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩相互抵消；上、下螺旋 槳16、 15設(shè)有螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)18_1,可以同步改變總距大小，從而改變螺 旋槳的拉力，控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)；該百葉窗式滑流片17由多個葉片組成，各 個葉片的平面形狀為矩形，葉片通過與機(jī)身軸線平行的轉(zhuǎn)軸支撐在垂直涵道13 的中部，各個葉片同步偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由滑流片控制裝置22進(jìn)行控制，滑流片控 制裝置22主要由伺服電機(jī)+齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒條平動，齒條再帶動葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的滑流流過百葉窗式滑流片17產(chǎn)生側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)對 飛機(jī)的航向控制。該螺旋槳變速及總距操縱裝置18位于垂直涵道13中間，由螺旋槳變速箱支 撐結(jié)構(gòu)19來支撐；它包含螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)18_1、涵道變速錐齒輪18一2、滾 動軸承18—3、螺旋槳驅(qū)動軸18一4;動力及減速系統(tǒng)11通過涵道螺旋槳動i輸入 軸14輸出-動力到螺旋槳變速^—總距操縱裝置18，通過涵道變速錐齒輪18一2驅(qū) 動螺旋槳驅(qū)動軸18_4，帶動安裝在螺旋槳驅(qū)動軸18_4上的下螺旋槳15和上螺 旋槳16同時反向旋_轉(zhuǎn)，螺旋槳驅(qū)動軸18_4由滾動軸承18_3支撐，螺旋槳總距 操縱機(jī)構(gòu)18_1操縱上、下螺旋槳16、 15的總距來改變上、下螺旋槳16、 15產(chǎn) 生的控制力；小。該螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)18_1是由舵機(jī)+搖臂+推拉桿組成，搖 臂安裝在舵機(jī)轉(zhuǎn)軸上，推拉桿一端與搖臂相3i，另一端與螺旋槳槳葉相連；該涵 道變速錐齒輪18_2是由三個圓錐齒輪組成，該三個圓錐齒輪由軸承18_3支撐；該涵道端蓋23有上下兩個，呈圓形狀，上、下螺旋槳16、 15工作的時候， 涵道端蓋驅(qū)動裝置20把涵道端蓋23收入水平尾翼9內(nèi)部，垂直涵道13處于開 放狀態(tài)；上、下螺旋槳16、 15停止工作時，涵道端蓋驅(qū)動裝置20把涵道端蓋 23從水平尾翼9內(nèi)推出，封閉垂直涵道13，使水平尾翼9光滑完整，減小飛行 阻力。該涵道端蓋驅(qū)動裝置20由伺服電機(jī)和齒輪齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒輪旋 轉(zhuǎn)，齒輪帶動齒條平動，從而推動涵道端蓋運(yùn)動。該涵道端蓋運(yùn)動滑軌21由鋁片或者結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)成(根據(jù)飛機(jī)總重大小而定)， 對端蓋滑動起到支撐作用。本發(fā)明中的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的控制原理為(1) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過同步改變垂直涵道13上、下螺旋 槳16、 15的總距來改變垂直涵道13產(chǎn)生的拉力，形成縱向控制力矩來控制飛機(jī) 的縱向姿態(tài)，由于上、下螺旋槳16、 15反轉(zhuǎn)，相互抵消了旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩；前 飛模式下，通過偏轉(zhuǎn)升降舵8來控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)。(2) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過偏轉(zhuǎn)垂直涵道13內(nèi)部的百葉窗式 滑流片17產(chǎn)生側(cè)向力，形成偏轉(zhuǎn)力矩來控制飛機(jī)的航向姿態(tài)；前飛模式下，通 過偏轉(zhuǎn)方向舵7來控制飛機(jī)的航向姿態(tài)。(3) 在垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行模式下，通過控制飛機(jī)兩側(cè)的旋翼3總距的大小 來改變兩副旋翼3的拉力，從而控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)；在前飛模式下，通過差動 偏轉(zhuǎn)副翼5來控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)。本發(fā)明中的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)三種典型工作狀態(tài)的描述如下(1) 垂直飛行時，機(jī)身1兩側(cè)的短艙4通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4_1傾轉(zhuǎn)為豎直向 上狀態(tài)，旋翼3產(chǎn)生豎直向上的拉力平衡飛機(jī)的重量，同時通過控制兩副旋翼3 的總距，產(chǎn)生飛機(jī)所需的滾轉(zhuǎn)配平力矩。平直機(jī)翼2外側(cè)的副翼5偏轉(zhuǎn)為豎直向 下的狀態(tài)，以減小旋翼3氣流產(chǎn)生的垂向力。位于水平尾翼9中間的垂直涵道 13中的上螺旋槳16和下螺旋槳15反向旋轉(zhuǎn)，控制螺旋槳的總距，產(chǎn)生飛機(jī)需 要的縱向配平力矩，控制百葉窗式滑流片17的偏轉(zhuǎn)角度，產(chǎn)生飛機(jī)需要的航向 配平力矩。(2) 轉(zhuǎn)換飛行模式中，機(jī)身1兩側(cè)的短艙4通過短艙傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4_1逐漸向前 傾轉(zhuǎn)，同時使用與垂直飛行狀態(tài)相同的方式來控制飛機(jī)的姿態(tài)。當(dāng)飛機(jī)前飛達(dá)到 一定速度時，副翼5、方向舵7和升降舵8有了一定的氣動效率，可以逐漸參與 飛機(jī)姿態(tài)的控制。(3)水平飛行時，機(jī)身l兩側(cè)的短艙4傾轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，飛機(jī)以固定翼螺旋 槳飛機(jī)的模式飛行，副翼5、方向舵7和升降舵8有了足夠的氣動效率來控制飛 機(jī)的姿態(tài)，此時垂直涵道13中的上螺旋槳16和下螺旋槳15停止工作，百葉窗 式滑流片17傾轉(zhuǎn)為與水平尾翼9垂直狀態(tài)，涵道端蓋驅(qū)動裝置20開始工作，涵 道端蓋23沿著涵道端蓋滑軌21進(jìn)入垂直涵道13上下端面位置，把垂直涵道13 封閉，水平尾翼9保持光滑完整，減小飛行阻力。
權(quán)利要求
1、一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，該飛機(jī)采用并列雙旋翼、常規(guī)氣動布局的設(shè)計(jì)，它是由機(jī)身(1)、平直機(jī)翼(2)、旋翼(3)、短艙(4)、副翼(5)、垂直尾翼(6)、方向舵(7)、升降舵(8)、水平尾翼(9)、起落架(10)、動力及減速系統(tǒng)(11)及雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)(12)組成；平直機(jī)翼(2)安裝在機(jī)身(1)的中段兩側(cè)，旋翼(3)安裝在短艙(4)的端部，起落架(10)的主體位于機(jī)身(1)腹部，機(jī)身(1)兩側(cè)的平直機(jī)翼(2)支撐著端部的短艙(4)，副翼(5)連接在平直機(jī)翼(2)外側(cè)，水平尾翼(9)與機(jī)身(1)尾部相連，升降舵(8)連接在水平尾翼(9)后面，兩個垂直尾翼(6)連接在水平尾翼(9)兩側(cè)，方向舵(7)連接在垂直尾翼(6)后面，雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)(12)位于水平尾翼(9)中間，動力及減速系統(tǒng)(11)位于機(jī)身(1)中部；其特征在于該傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)使用了雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)(12)來控制傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的垂直飛行和飛行模式的轉(zhuǎn)換，它的旋翼(3)及短艙(4)布置在平直機(jī)翼(2)的端部；所述雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)(12)，它是由垂直涵道(13)、螺旋槳變速及總距操縱裝置(18)、螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)(19)、涵道端蓋(23)、涵道端蓋驅(qū)動裝置(20)、涵道端蓋運(yùn)動滑軌(21)組成；垂直涵道(13)布置在水平尾翼(9)中部，螺旋槳變速及總距操縱裝置(18)在垂直涵道(13)中部并位于上、下螺旋槳(16)、(15)之間，并由螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)(19)來支撐，涵道端蓋(23)安裝在水平尾翼(9)的右部上下表面內(nèi)側(cè)，涵道端蓋驅(qū)動裝置(20)和涵道端蓋運(yùn)動滑軌(21)安裝在水平尾翼(9)的右部中間；該垂直涵道(13)包含上、下兩副螺旋槳(16)(15)、百葉窗式滑流片(17)、滑流片控制裝置(22)和涵道螺旋槳動力輸入軸(14)；該上、下螺旋槳(16)、(15)布置在垂直涵道(13)的上部和下部，與螺旋槳驅(qū)動軸(18_4)相連，上、下螺旋槳(16)、(15)轉(zhuǎn)向相反，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩相互抵消；上、下螺旋槳(16)、(15)設(shè)有螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)(18_1，)可以同步改變總距大小，從而改變螺旋槳的拉力，控制飛機(jī)的縱向姿態(tài)；該百葉窗式滑流片(17)與機(jī)身(1)軸線平行的轉(zhuǎn)軸支撐在垂直涵道(13)的中部，各葉片同步偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由滑流片控制裝置(22)進(jìn)行控制，滑流片控制裝置(22)由伺服電機(jī)+齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒條平動，齒條再帶動葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的滑流流過百葉窗式滑流片(17)產(chǎn)生側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的航向控制；該螺旋槳變速及總距操縱裝置(18)位于垂直涵道(13)中間，由螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)(19)來支撐；它包含螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)(18_1)、涵道變速錐齒輪(18_2)、滾動軸承(18_3)、螺旋槳驅(qū)動軸(18_4)；動力及減速系統(tǒng)(11)通過涵道螺旋槳動力輸入軸(14)輸出動力到螺旋槳變速及總距操縱裝置(18)，通過涵道變速錐齒輪(18_2)驅(qū)動螺旋槳驅(qū)動軸(18_4)，帶動安裝在螺旋槳驅(qū)動軸(18_4)上的下螺旋槳(15)和上螺旋槳(16)同時反向旋轉(zhuǎn)，螺旋槳驅(qū)動軸(18_4)由滾動軸承(18_3)支撐，螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)(18_1)操縱上、下螺旋槳(16)、(15)的總距來改變上、下螺旋槳(16)、(15)產(chǎn)生的控制力大??；該螺旋槳總距操縱機(jī)構(gòu)(18_1)是由舵機(jī)+搖臂+推拉桿組成，搖臂安裝在舵機(jī)轉(zhuǎn)軸上，推拉桿一端與搖臂相連，另一端與螺旋槳槳葉相連；該涵道變速錐齒輪(18_2)是由三個圓錐齒輪組成，該三個圓錐齒輪由軸承(18_3)支撐；該涵道端蓋(23)有上下兩個，呈圓形狀，上、下螺旋槳(16)、(15)工作的時候，涵道端蓋驅(qū)動裝置(20)把涵道端蓋(23)收入水平尾翼(9)內(nèi)部，垂直涵道(13)處于開放狀態(tài)；上、下螺旋槳(16)、(15)停止工作時，涵道端蓋驅(qū)動裝置(20)把涵道端蓋(23)從水平尾翼(9)內(nèi)推出，封閉垂直涵道(13)，使水平尾翼(9)光滑完整，減小飛行阻力；該涵道端蓋驅(qū)動裝置(20)由伺服電機(jī)和齒輪齒條構(gòu)成，伺服電機(jī)帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動齒條平動，從而推動涵道端蓋23運(yùn)動；該涵道端蓋運(yùn)動滑軌(21)由鋁片制成，對端蓋滑動起到支撐作用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，其 特征在于該上、下螺旋槳(16)、 (15)各由兩片帶扭轉(zhuǎn)的矩形槳葉構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，其 特征在于該百葉窗式滑流片(17)由葉片組成，葉片的平面形狀為矩形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，其 特征在于該涵道端蓋運(yùn)動滑軌(21)由結(jié)構(gòu)鋼制成。
全文摘要
一種使用雙螺旋槳垂直涵道控制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，采用并列雙旋翼、常規(guī)氣動布局的設(shè)計(jì)，它是由機(jī)身、平直機(jī)翼、旋翼、短艙、副翼、垂直尾翼、方向舵、升降舵、水平尾翼、涵道端蓋、垂直涵道、起落架、動力及減速系統(tǒng)、垂直涵道螺旋槳動力輸入軸、下螺旋槳、上螺旋槳、百葉窗式滑流片、螺旋槳變速及總距操縱裝置、螺旋槳變速箱支撐結(jié)構(gòu)、涵道端蓋驅(qū)動裝置、涵道端蓋運(yùn)動滑軌及滑流片控制裝置組成。它采用雙螺旋槳垂直涵道結(jié)構(gòu)來控制傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的垂直飛行和飛行模式的轉(zhuǎn)換，與周期變距控制方式相比，它簡化了垂直飛行和轉(zhuǎn)換飛行過程中的操縱，控制力臂長，控制效率高，結(jié)構(gòu)簡單，提高了可靠性。它是一個很有發(fā)展?jié)摿凸饷髑巴镜男聶C(jī)種。
文檔編號B64C27/02GK101643116SQ200910090230
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者博 劉, 曾洪江, 賀天鵬, 然 陶 申請人:北京航空航天大學(xué)