專利名稱：一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域，具體為一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局。
背景技術(shù)：
飛行器在起飛著陸階段要盡可能地減小離地速度和接地速度，減小甚至擺脫對機場條件的依賴，使飛行器可以在各種環(huán)境下安全地進行起飛著陸，提高飛行器運用的靈活性和便捷性，以便更好的完成飛行任務(wù)。目前，短距/垂直起降飛行器越來越受到軍方及民用的關(guān)注，它具有場地條件要求低，機動性強，隱蔽性好等特點，在偵查、火力投送等軍事領(lǐng)域以及航拍、測繪、城市運輸?shù)让裼妙I(lǐng)域具有很大的運用潛力。目前短距起降技術(shù)主要有:1.采用先進的氣動布局，改變機翼剖面和平面形狀，如采用復(fù)雜的機械增升裝置等；2.采用如噴氣襟翼等動力增升裝置；3.采用傾轉(zhuǎn)動力裝置。其中機械增升裝置需要復(fù)雜而精確的襟翼收放機構(gòu)，附加的機構(gòu)設(shè)計成本和結(jié)構(gòu)重量都很大,適合于大型運輸機；噴氣襟翼技術(shù)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,成本也十分高,并對飛機的穩(wěn)定性和操縱性提出了更高的要求；相比之下，傾轉(zhuǎn)動力裝置更適合于中小型飛機及無人機的使用。目前使用傾轉(zhuǎn)動力裝置實現(xiàn)短距/垂直起降較為成功的飛行器是傾轉(zhuǎn)旋翼飛機，傾轉(zhuǎn)旋翼飛機是介于直升機和固定翼飛機之間的一種新概念航空器，它可以類似于直升機一樣垂直起飛、懸停，又可以像固定翼飛機一樣高速巡航飛行，擴大了傳統(tǒng)飛行器的飛行包線。但是傾轉(zhuǎn)旋翼飛機由于要實現(xiàn)垂直起落，飛機的起飛重量只能是發(fā)動機推力的85%左右，這就使飛機的有效載荷大大受到限制，影響了飛機的載油量，并且垂直起飛時發(fā)動機工作在最大狀態(tài)，耗油量極大，減小了飛機的航程。相比于旋翼螺旋槳，涵道風(fēng)扇動力裝置具有低油耗、低噪聲的優(yōu)點。涵道風(fēng)扇由一圈類似于環(huán)形翼的涵道環(huán)括著旋翼螺旋槳組成。風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬表明，在低前進比情況下，相同功率的涵道風(fēng)扇產(chǎn)生的拉力是孤立旋翼的2倍以上，因此，作為垂直起飛時的動力裝置，涵道風(fēng)扇可以提供更大的拉力，具有更小的油耗，增加了飛行器的有效載荷和航程。并且由于涵道的存在，包裹住了高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，更具安全性，涵道隔離了螺旋槳的噪聲，也具有低噪聲的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)飛行器的垂直起降，并增加航程，易于操控，本發(fā)明提出一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局。本發(fā)明包括4個傳動組件、4個涵道風(fēng)扇；所述垂直起降飛行器包括機身、垂直尾翼和機翼；4個涵道風(fēng)扇均分為兩組，其中一組為前涵道風(fēng)扇，另一組為后涵道風(fēng)扇；所述前涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身頭部外側(cè)；所述后涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身中部內(nèi)側(cè)；所述各涵道風(fēng)扇分別通過傳動組件中的涵道轉(zhuǎn)動軸與位于機身內(nèi)的傳動組件連接；
所述各涵道轉(zhuǎn)動軸的軸線在機身軸線上的投影點與全機重心之間沿機身的軸向距離為1.125倍機翼弦長；所述涵道轉(zhuǎn)動軸的軸線垂直于涵道風(fēng)扇的軸線并且過涵道風(fēng)扇的重心；機翼位于前涵道風(fēng)扇與后涵道風(fēng)扇之間；機翼的25%相對弦長位置通過全機重心，機翼展長為1.5m，面積為0.3m2，展弦比為7.5 ;位于機身外側(cè)的機翼展弦比為2.25 ;所述的機翼的安裝角為3° ;位于兩個機身之間的翼段為中央翼，所述中央翼展弦比1.5 ；機身采用雙機身；各機身的長度為1.2m，最大橫截面的當(dāng)量直徑為0.14m ;所述各機身的設(shè)計控制面為Xi, i = l、2、3、4、5;x為機身的縱向坐標(biāo)，下標(biāo)i表示各控制面的編號。所述傳動組件包括涵道轉(zhuǎn)動軸、機身壁板軸承、中央連接架軸承、傳動臂、連接桿、舵機傳動臂、舵機和舵機架；所述中央連接架位于機身內(nèi)，兩端分別固定在機身傳動艙段的前部隔框和后部隔框上；在所述中央連接架上有連接桿運動孔和涵道轉(zhuǎn)動軸的軸承孔；舵機位于中央連接架一側(cè)，并通過舵機架固定在機身壁板上；所述舵機的輸出軸通過舵機傳動臂與穿過中央連接架的兩根連接桿的一端連接；在所述中央連接架另一側(cè)，涵道轉(zhuǎn)動軸的一端通過中央連接架軸承安裝在中央連接架上，該涵道轉(zhuǎn)動軸的另一端穿出機身壁板，與一個涵道風(fēng)扇的涵道壁固連，并通過機身壁板軸承將所述涵道轉(zhuǎn)動軸支撐在機身壁板上。所述左右兩機身氣動外形與尺寸均相同，以左機身進行描述，所述各機身的各個設(shè)計控制面及各控制坐標(biāo)點如表所示:
權(quán)利要求
1.一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局，其特征在于，包括4個傳動組件、4個涵道風(fēng)扇；所述垂直起降飛行器包括機身、垂直尾翼和機翼；4個涵道風(fēng)扇均分為兩組，其中一組為前涵道風(fēng)扇，另一組為后涵道風(fēng)扇；所述前涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身頭部外側(cè)；所述后涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身中部內(nèi)側(cè)；所述各涵道風(fēng)扇分別通過傳動組件中的涵道轉(zhuǎn)動軸與位于機身內(nèi)的傳動組件連接； 所述各涵道轉(zhuǎn)動軸的軸線在機身軸線上的投影點與全機重心之間沿機身的軸向距離為1.125倍機翼弦長；所述涵道轉(zhuǎn)動軸的軸線垂直于涵道風(fēng)扇的軸線并且過涵道風(fēng)扇的重心； 機翼位于前涵道風(fēng)扇與后涵道風(fēng)扇之間；機翼的25%相對弦長位置通過全機重心，機翼展長為1.5m，面積為0.3m2，展弦比為7.5 ;位于機身外側(cè)的機翼展弦比為2.25 ;所述的機翼的安裝角為3° ;位于兩個機身之間的翼段為中央翼，所述中央翼展弦比1.5 ； 機身采用雙機身；各機身的長度為1.2m，最大橫截面的當(dāng)量直徑為0.14m ;所述各機身I的設(shè)計控制面為Xi, i = 1、2、3、4、5 ;x為機身的縱向坐標(biāo)，下標(biāo)i表示各控制面的編號。
2.如權(quán)利要求1所述一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局，其特征在于，傳動組件包括涵道轉(zhuǎn)動軸、機身壁板軸承、中央連接架軸承、傳動臂、連接桿、舵機傳動臂、舵機和舵機架；所述中央連接架位于機身內(nèi)，兩端分別固定在機身傳動艙段的前部隔框和后部隔框上；在所述中央連接架上有連接桿運動孔和涵道轉(zhuǎn)動軸的軸承孔；舵機位于中央連接架一側(cè)，并通過舵機架固定在機身壁板上；所述舵機的輸出軸通過舵機傳動臂與穿過中央連接架的兩根連接桿的一端連接；在所述中央連接架另一側(cè)，涵道轉(zhuǎn)動軸的一端通過中央連接架軸承安裝在中央連接架上，該涵道轉(zhuǎn)動軸的另一端穿出機身壁板，與一個涵道風(fēng)扇的涵道壁固連，并通過機身壁板軸承將所述涵道轉(zhuǎn)動軸支撐在機身壁板上。
3.如權(quán)利要求1所述一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局，其特征在于，所述各機身的各設(shè)計控制面及各控制坐標(biāo)點如表所示:
4.如權(quán)利要求2所述一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局，其特征在于，所述中央連接架上的連接桿運動孔靠近后部隔框一邊；該連接桿運動孔以涵道轉(zhuǎn)動軸的中心為圓心，以傳動臂為半徑形成，連接桿運動孔的運動角為+30°至一 70°。
全文摘要
一種傾轉(zhuǎn)涵道垂直起降飛行器的氣動布局，前涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身頭部外側(cè)；后涵道風(fēng)扇對稱的安裝在各機身中部內(nèi)側(cè)；各涵道風(fēng)扇分別通過傳動組件中的涵道轉(zhuǎn)動軸與位于機身內(nèi)的傳動組件連接。各涵道轉(zhuǎn)動軸的軸線在機身軸線上的投影點與全機重心之間沿機身的軸向距離為1.125倍機翼弦長。本發(fā)明中，涵道風(fēng)扇能夠繞涵道轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)飛行器垂直起降時，涵道風(fēng)扇為垂直90°位置，推力矢量向上，過渡階段時涵道風(fēng)扇繞涵道轉(zhuǎn)動軸向前轉(zhuǎn)動90°，巡航階段時涵道風(fēng)扇為水平0°位置，推力矢量向前，實現(xiàn)了垂直起降、高速巡航飛行，具有氣動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性強、機動性強、操縱靈活、遠(yuǎn)航程、低噪聲等優(yōu)勢。
文檔編號B64C29/00GK103144769SQ20131006966
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者葉正寅, 楊磊, 張偉偉 申請人:西北工業(yè)大學(xué)