一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机制造技术

一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机，采用并列双旋翼、常规气动布局的设计，它是由机身、平直机翼、旋翼、短舱、副翼、垂直尾翼、方向舵、升降舵、水平尾翼、涵道端盖、垂直涵道、起落架、动力及减速系统、垂直涵道螺旋桨动力输入轴、下螺旋桨、上螺旋桨、百叶窗式滑流片、螺旋桨变速及总距操纵装置、螺旋桨变速箱支撑结构、涵道端盖驱动装置、涵道端盖运动滑轨及滑流片控制装置组成。它采用双螺旋桨垂直涵道结构来控制倾转旋翼飞机的垂直飞行和飞行模式的转换，与周期变距控制方式相比，它简化了垂直飞行和转换飞行过程中的操纵，控制力臂长，控制效率高，结构简单，提高了可靠性。它是一个很有发展潜力和光明前途的新机种。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种倾转旋翼飞机，尤其涉及一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的 倾转旋翼飞机，属于航空飞行器设计

技术介绍
倾转旋翼飞行器兼有直升机和固定翼飞机的特点。与固定翼飞机相比，该种飞行 器能够垂直起降，没有对机场跑道的依赖，能够实现悬停和小速度前飞；与传统直升机相 比，倾转旋翼机有更大的巡航速度和航程，巡航过程中由机翼产生升力，比直升机更经济， 因而该种飞行器自诞生以来就受到广泛关注。对于倾转旋翼机研究最早和最系统的国家是 美国，经过几十年的研究、论证和试验，美国研制出了该类飞行器的代表机型V22并投入了 实用。关于倾转旋翼机的发展历程参见文献Malcolm Foster, The Future Evolution of the Tiltrotor, AIAA 2003-2652，2003.所述(Malcolm Foster，倾转旋翼机将来的发展， AIAA 2003-2652，2003)V22采用横列式双旋翼常规布局，在垂直飞行及垂直飞行状态和平飞状态之间的 过渡过程(以下简称转换飞行模式)下，由于舵面气动效率不足，主要靠旋翼周期变距来实 现飞机的姿态控制，在正常平飞模式下，由于飞机有了较大的前飞速度，各个舵面的气动效 率足够，主要采用飞机的舵面来控制飞机的姿态。各种飞行模式的控制方式如下(1)在垂直飞行和转换飞行模式下，依靠两副旋翼的周期变距来控制飞机的纵向 姿态，如图Ia所示；在平飞状态下采用升降舵控制纵向姿态，如图Ib所示；在图Ia中，周期 变距使得桨盘前倾，形成纵向控制力矩，飞机在控制纵向姿态的同时，会形成向前的分力， 引起飞机向前飞行，产生耦合效应；在图Ib中，升降舵偏转，作用在平尾及升降舵上的力改 变，形成纵向控制力矩。(2)在垂直飞行和转换飞行模式下，依靠两副旋翼的周期变距的差动来控制飞机 的航向姿态，如图2a所示；在平飞状态下采用方向舵控制航向姿态，如图2b所示；图2a中， 一个旋翼的纵向周期变距向前，一个旋翼向后，形成了旋翼拉力的前后交叉，产生力航向力 矩，实现飞机的航向操作。在图2b中，方向舵偏转，作用在垂尾和方向舵上的气动力发生变 化，形成了航向控制力矩。(3)在垂直飞行和转换飞行模式下，依靠两副旋翼的总距差动来控制飞机的滚转 姿态，如图3a所示；在平飞状态下采用副翼控制控制滚转姿态，如图3b所示；图3a中，左 右两副旋翼的总距差动变化，一副旋翼拉力增加，一副旋翼拉力减少，就形成了滚转控制力 矩。在图3b中，副翼差动偏转，作用在飞机左右两侧机翼上的气动力发生改变，一边增大一 边减小，形成滚转控制力矩。关于上文中提到的周期变距机构的结构及工作原理，参见文献张呈林张小谷等编 著，直升机部件设计，南京航空学院印刷厂1986.文中所述。关于周期变距控制模式的倾转旋翼机控制原理的详细资料，可以参见文献杨军吴 希明等编著倾转旋翼机飞行控制，航空工业出版社，2006.文中所述。通过上面以V22为代表的靠周期变距来控制垂直飞行和转换飞行模式的倾转旋 翼机的控制方式可以看出，在飞机控制舵面效率不足的情况下，所有的姿态控制都是靠周 期变距来控制，控制方式复杂。在使用周期变距控制纵向姿态的时候，会引起飞机向前飞行 的耦合效应。而且周期变距机构结构复杂，复杂的结构和控制方式对于倾转旋翼机的安全 性和可靠性都是不利的。同时，周期变距方式控制飞机姿态，由于控制力力臂短，产生控制 力矩的效率不高。
技术实现思路
1、目的本技术的目的是为了提供一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机， 该飞机克服了现有技术的不足，解决了上述周期变距控制方式的倾转旋翼机中存在的问题。2、技术方案本技术一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机，该飞机采用并列双 旋翼、常规气动布局的设计，它是由机身、平直机翼、旋翼、短舱、副翼、垂直尾翼、方向舵、升 降舵、水平尾翼、起落架、动力及减速系统及双螺旋桨垂直涵道结构组成。平直机翼安装在 机身的中段两侧，旋翼安装在短舱的端部，起落架的主体位于机身腹部，机身两侧的平直机 翼支撑着端部的短舱，副翼连接在平直机翼外侧，水平尾翼与机身尾部相连，升降舵连接在 水平尾翼后面，两个垂直尾翼连接在水平尾翼两侧，方向舵连接在垂直尾翼后面，双螺旋桨 垂直涵道结构位于水平尾翼中间，动力及减速系统位于机身中部。该机身主要用于安装各部件和容纳载荷，采用传统的半硬壳式结构；该平直机翼为矩形平直机翼，采用传统的悬臂式双梁式结构，由翼肋+桁条+蒙皮 组成抗扭结构；该旋翼的桨叶平面形状为矩形，旋翼桨叶数目为两片(重载机型可以增加桨叶片 数)；旋翼没有周期变距机构，它设有旋翼总距操纵机构，通过旋翼总距操纵机构来改变旋 翼的总距，从而改变旋翼拉力大小；该短舱包含短舱倾转机构、减速箱、减速锥齿轮、旋翼总距操纵机构、旋翼转轴；放 置在机身中部的动力及减速系统通过传动轴输出动力到短舱驱动减速锥齿轮，经过减速带 动旋翼转轴及旋翼旋转，短舱通过短舱倾转机构与机翼连接，短舱倾转机构使得短舱可与 机翼发生相对转动；该副翼平面形状为矩形，采用蒙皮加骨架的结构，骨架由单梁+翼肋+桁条组成；该垂直尾翼平面形状为矩形，采用蒙皮加骨架结构，骨架由双梁+翼肋+桁条组 成；该方向舵的平面形状为矩形，采用蒙皮加骨架的结构，骨架由单梁+翼肋+桁条+ 组成；该升降舵平面形状为矩形，采用蒙皮加骨架的结构，骨架由单梁+翼肋+桁条组 成；该水平尾翼平面形状为矩形，采用蒙皮加骨架结构，骨架由双梁+翼肋+桁条组 成；该起落架采用传统的前三点式起落架；该动力及减速系统采用1-2台传统的涡轮轴或活塞式发动机，安装在机身内部或 平直机翼根部，燃油及减速系统布置在机身中部和平直机翼内；该双螺旋桨垂直涵道结构是本专利申请所采用的新颖的技术特征，依靠它来控制 倾转旋翼飞机，实现垂直飞行和飞行模式的转换所述双螺旋桨垂直涵道结构，它是由垂直涵道、螺旋桨变速及总距操纵装置、螺旋 桨变速箱支撑结构、涵道端盖、涵道端盖驱动装置、涵道端盖运动滑轨组成。垂直涵道布置 在水平尾翼中部，螺旋桨变速及总距操纵装置在垂直涵道中部并位于上、下螺旋桨之间，并 由螺旋桨变速箱支撑结构来支撑，涵道端盖安装在水平尾翼的右部上下表面内侧，涵道端 盖驱动装置和涵道端盖运动滑轨安装在水平尾翼的右部中间。该垂直涵道包含上、下两副螺旋桨，百叶窗式滑流片，滑流片控制装置和涵道螺旋 桨动力输入轴；该上、下螺旋桨各由两片带扭转的矩形桨叶构成，它布置在垂直涵道的上部 和下部，与螺旋桨驱动轴相连，上、下螺旋桨转向相反，产生的旋转扭矩相互抵消；上、下螺 旋桨设有螺旋桨总距操纵机构，可以同步改变总距大小，从而改变螺旋桨的拉力，控制飞机 的纵向姿态；该百叶窗式滑流片由多个叶片组成，各个叶片的平面形状为矩形，叶片通过与 机身轴线平行的转轴支撑在垂直涵道的中部，各个叶片同步偏转，偏转角由滑流片控制装 置进行控制，滑流片控制装置主要由伺服电机+齿条构成，伺服电机带动齿条平动，齿条再 带动叶片转轴转动；螺旋桨旋转产生的滑流流过百叶窗式滑流片产生侧向力，实现对飞机 的航向控制。该螺旋桨变速及总距操纵装置位于垂直涵道中间，由螺旋桨变速箱支撑结构来支 撑；它包含螺旋桨总距操纵机构、涵道变速锥齿轮、滚动轴承、螺旋桨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机，该飞机采用并列双旋翼、常规气动布局的设计，它是由机身（１）、平直机翼（２）、旋翼（３）、短舱（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）、动力及减速系统（１１）及双螺旋桨垂直涵道结构（１２）组成；平直机翼（２）安装在机身（１）的中段两侧，旋翼（３）安装在短舱（４）的端部，起落架（１０）的主体位于机身（１）腹部，机身（１）两侧的平直机翼（２）支撑着端部的短舱（４），副翼（５）连接在平直机翼（２）外侧，水平尾翼（９）与机身（１）尾部相连，升降舵（８）连接在水平尾翼（９）后面，两个垂直尾翼（６）连接在水平尾翼（９）两侧，方向舵（７）连接在垂直尾翼（６）后面，双螺旋桨垂直涵道结构（１２）位于水平尾翼（９）中间，动力及减速系统（１１）位于机身（１）中部；其特征在于：该倾转旋翼飞机使用了双螺旋桨垂直涵道结构（１２），它的旋翼（３）及短舱（４）布置在平直机翼（２）的端部；　　所述双螺旋桨垂直涵道结构（１２），它是由垂直涵道（１３）、螺旋桨变速及总距操纵装置（１８）、螺旋桨变速箱支撑结构（１９）、涵道端盖（２３）、涵道端盖驱动装置（２０）、涵道端盖运动滑轨（２１）组成；垂直涵道（１３）布置在水平尾翼（９）中部，螺旋桨变速及总距操纵装置（１８）在垂直涵道（１３）中部并位于上、下螺旋桨（１６）、（１５）之间，并由螺旋桨变速箱支撑结构（１９）来支撑，涵道端盖（２３）安装在水平尾翼（９）的右部上下表面内侧，涵道端盖驱动装置（２０）和涵道端盖运动滑轨（２１）安装在水平尾翼（９）的右部中间；　　该垂直涵道（１３）包含上、下两副螺旋桨（１６）（１５）、百叶窗式滑流片（１７）、滑流片控制装置（２２）和涵道螺旋桨动力输入轴（１４）；该上、下螺旋桨（１６）、（１５）布置在垂直涵道（１３）的上部和下部，与螺旋桨驱动轴（１８＿４）相连，上、下螺旋桨（１６）、（１５）设置有螺旋桨总距操纵机构（１８＿１）；该百叶窗式滑流片（１７）与机身（１）轴线平行的转轴支撑在垂直涵道（１３）的中部，滑流片控制装置（２２）由伺服电机＋齿条构成；　　该螺旋桨变速及总距操纵装置（１８）位于垂直涵道（１３）中间，由螺旋桨变速箱支撑结构（１９）来支撑；它包含螺旋桨总距操纵机构（１８＿１）、涵道变速锥齿轮（１８＿２）、滚动轴承（１８＿３）、螺旋桨驱动轴（１８＿４）；该螺旋桨总距操纵机构（...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾洪江，陶然，刘博，贺天鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]