CN112009677A - 一种变直径无人倾转旋翼机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变直径无人倾转旋翼机，属于飞行器设计技术领域。该无人倾转旋翼机包括前机翼和后机翼，前机翼和后机翼两端各布置一套旋翼，共四个旋翼，所述旋翼为变直径结构，倾转旋翼机工作在直升机模式飞行时，旋翼处于垂直大直径状态；倾转旋翼机工作在固定翼模式平飞时，旋翼处于水平小直径状态。本发明解决了普通倾转旋翼机在直升机模式飞行桨盘载荷大，悬停效率低，在固定翼模式飞行时巡航效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器设计技术领域，具体的，是涉及一种变直径无人倾转旋翼机。
背景技术
倾转旋翼机是一种既可以垂直起降又可以高速前飞的飞行器，结合了直升机和固定翼飞机的优点，具有可垂直起降、飞行速度快、续航时间长的特点，具有良好的军事和民用应用前景，如美国研制的V-22已大量装备部队。但由于其旋翼系统设计需要兼顾直升机模式飞行和固定翼模式飞行，但两种模式飞行对于旋翼系统设计要求是不同甚至是矛盾的，直升机模式飞行时需要较大的桨盘直径，而固定翼模式飞行时需要较小的桨盘直径，因此倾转旋翼机旋翼系统在设计时需要进行折衷平衡，导致其在直升机模式飞行时性能不如直升机，如悬停效率、升限等，在固定翼模式飞行时性能不如普通固定翼飞机，如最大速度、航程航时等。此外，倾转旋翼机旋转部件较多，包括发动机、减速器、传动轴、旋翼等，各运动部件之间以及与机体之间振动耦合，全机振动特性复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种混合动力变直径无人倾转旋翼机，其旋翼系统在悬停时处于伸展大直径状态，在巡航时处于收缩小直径状态，解决了普通倾转旋翼机在直升机模式飞行桨盘载荷大，悬停效率低，在固定翼模式飞行时巡航效率低的问题。
本发明的技术方案是：一种变直径无人倾转旋翼机，该无人倾转旋翼机，包括前机翼和后机翼，前机翼和后机翼两端各布置一套旋翼，共四个旋翼，所述旋翼为变直径结构，倾转旋翼机工作在直升机模式飞行时，旋翼处于垂直大直径状态；倾转旋翼机工作在固定翼模式平飞时，旋翼处于水平小直径状态。
所述旋翼包括旋翼轴、电机和N个可变直径桨叶组件，N大于等于3；
每个可变直径桨叶组件包括桨毂、螺杆、螺杆固定件、拉管、桨叶翼型段和桨叶内段；
桨叶内段一端固定安装在桨毂上，另一端套在桨叶翼型段内，能够相对于桨叶翼型段移动，桨毂安装在旋翼轴侧壁上，电机布置在旋翼轴内部，同时驱动N个可变直径桨叶组件的螺杆转动，螺杆位于桨叶内段内，螺杆的一端与桨叶内段通过螺杆固定件连接，螺杆可绕螺杆固定件中心轴旋转，螺杆的另一端位于拉管内部，与拉管通过螺纹连接，拉管与桨叶翼型段固连，螺杆正向或反向的转动，控制拉管向外或向内移动，进而控制翼型段的伸展或收缩。
所述可变直径桨叶组件，在直升机模式飞行时桨叶伸展，在固定翼模式平飞时收缩，使得伸展状态旋翼直径为收缩状态旋翼直径的1.71倍。
所述前机翼和后机翼均布置在机身上方，并与机身圆滑过渡。
所述前机翼上相对于机身两侧均布置有前副翼和前襟翼，所述后机翼上相对于机身两侧均布置有后副翼和后襟翼，其在直升机模式飞行时均向下偏转。
每个旋翼由独立的电动机舱内的电动机驱动。
所述电动机舱随旋翼一同倾转。
上述变直径无人倾转旋翼机还包括发动机、发电机、储能设备、动力线缆；
发动机驱动发电机发电传输到储能设备，电能通过动力线缆传输到电动机舱，电动机舱内的电动机驱动旋翼旋转产生拉力。
所述发动机采用涡轮发动机。
上述变直径无人倾转旋翼机还包括尾翼，所述尾翼上布置有方向舵用于控制固定翼模式平飞时航向。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)、本发明采用变直径旋翼，通过改变旋翼直径，实现了悬停状态大旋翼直径，平飞状态小旋翼直径状态，相比于现有的固定旋翼直径的方法，提高了直升机模式和固定翼模式飞行效率，降低了起飞需用功率，提高了起飞重量及航程航时；
(2)、本发明采用混合动力系统，发动机驱动发电机发电进并通过动力线缆为各电动机供电，通过油电混合动力，为电机直接供电驱动旋翼，省去了复杂的机械传动部件，提高了飞行性能，同时降低了全机振动水平；
(3)、本发明采用四套旋翼系统，与普通倾转旋翼机采用两套旋翼系统相比起降阶段稳定性更好，抗风能力强，利于大风条件下的应用。
附图说明
图1为本发明实施例垂直飞行状态等轴测试图；
图2为本发明实施例平飞状态等轴测试图；
图3为本发明实施例机内设备布置图；
图4为本发明实施例变直径旋翼部分组成部件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供了一种混合动力变直径无人倾转旋翼机，起飞重量1400kg，包括4个旋翼1、电动机舱2、机身4、前机翼3、后机翼11、尾翼14、前起落架7、主起落架8以及机内设备。前机翼3、后机翼11分别布置在机身4前部和后部。旋翼1安装在电动机舱2上。旋翼1、电动机舱2布置在前机翼3、后机翼11的翼尖各布置一套，并可绕其固定轴旋转，通过控制旋转角度实现直升机模式和固定翼模式之间的转变。旋翼1在直升机模式时提供升力，在固定翼模式时提供拉力。前机翼3、后机翼11在固定翼模式时提供升力。尾翼14布置在机身4尾部。前起落架7、主起落架8布置在机身下部。
前机翼3和后机翼11两端翼梢处各布置一套旋翼1，共四个旋翼，所述旋翼1为变直径结构，倾转旋翼机工作在直升机模式飞行时，旋翼处于垂直大直径状态，如图1所示；倾转旋翼机工作在固定翼模式平飞时，旋翼处于水平小直径状态，如图2所示。
发动机22驱动发电机21发电传输到储能设备20，电能通过动力线缆19传输到电动机舱2，电动机舱2内的电动机驱动旋翼1旋转产生拉力。每个旋翼由独立的电动机舱2内的电动机驱动。
储能设备20在无人机需要较大功率时(如起飞爬升阶段)提供额外功率，在无人机巡航阶段吸收多余功率，起到功率调配的作用，使作为源动力的发动机22始终工作在最佳状态；热管理设备23是电力系统各部分的冷却、散热管理系统，良好的冷却能够降低电机的运行温度，提高效率。
如图3所示，机内设备包括任务设备16、航电设备17、燃油系统18、动力线缆19、储能设备20、发电机21、发动机22、热管理设备23；任务设备16布置在机身4前部，其后布置航电设备17，燃油系统18布置在机身4中部，其后依次布置储能设备20、发电机21、发动机22，热管理设备23布置在机身4尾部。
如图4所示，所述旋翼包括旋翼轴28、电机24和N个可变直径桨叶组件，N大于等于3。
每个可变直径桨叶组件采用刚性桨叶设计，包括桨毂25、螺杆26、螺杆固定件27、拉管29、桨叶翼型段6和桨叶内段5；
桨叶内段5一端固定安装在桨毂25上，另一端套在桨叶翼型段6内，能够相对于桨叶翼型段6移动，桨毂25安装在旋翼轴28侧壁上，电机24布置在旋翼轴28内部，同时驱动N个可变直径桨叶组件的螺杆26转动，螺杆26位于桨叶内段5内，螺杆26的一端与桨叶内段5通过螺杆固定件27连接，螺杆26可绕螺杆固定件27中心轴旋转，螺杆26的另一端位于拉管29内部，与拉管29通过螺纹连接，拉管29与桨叶翼型段6固连，螺杆26正向或反向的转动，控制拉管29向外或向内移动，进而控制翼型段6的伸展或收缩，使得可变直径桨叶相对于桨毂25做变距运动。桨毂25还能够带动可变直径桨叶相对于旋翼轴28旋转。
典型地，每套旋翼包含3片可变直径桨叶，在直升机模式飞行时桨叶伸展，旋翼直径3.6m，在固定翼模式平飞时收缩，旋翼直径2.1m，伸展状态旋翼直径为收缩状态旋翼直径的1.71倍。
优选地，前机翼3和后机翼11均布置在机身上方，并与机身圆滑过渡，前机翼3翼展3.7m，后机翼11翼展4.2m，同时前机翼3垂向位置低于后机翼11。
优选地，前机翼3上布置有前副翼9和前襟翼10，所述后机翼11上布置有后副翼12和后襟翼13，其在直升机模式飞行时均向下偏转。
优选地，电动机舱2随旋翼1一同倾转，倾转角度范围为0°～95°。
优选地，尾翼14上布置有方向舵15用于控制固定翼模式平飞时航向，例如当机头向右偏离航向，则方向14舵向左偏转，产生向右的侧力，绕飞机重心会附加一个向左的偏航力矩，则飞机机头向左偏转，使飞机回到原来的航向。
优选地，发动机22采用涡轴发动机。
与常规倾转旋翼无人机相比，本发明采用变直径旋翼，悬停需求功率下降约30％，悬停效率提高约10％，前飞时的巡航效率能提高10％以上，巡航功率显著下降。采用混合动力的电机驱动旋翼，机械动部件大幅减少，提高了全机的可靠性，振动源主要来自于发动机和旋翼，且相互独立不耦合，因而全机的振动水平大幅降低。
本发明所阐述的内容为该领域具体应用的一个实例，但任何熟知的该领域的专业人员，应明确本发明包含但不限于本实例，在此基础上所做的任何改动都属于本发明知识和技术产权保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：包括前机翼(3)和后机翼(11)，前机翼(3)和后机翼(11)两端各布置一套旋翼，共四个旋翼，所述旋翼(1)为变直径结构，倾转旋翼机工作在直升机模式飞行时，旋翼处于垂直大直径状态；倾转旋翼机工作在固定翼模式平飞时，旋翼处于水平小直径状态。
2.根据权利要求1所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：所述旋翼包括旋翼轴(28)、电机(24)和N个可变直径桨叶组件，N大于等于3；
每个可变直径桨叶组件包括桨毂(25)、螺杆(26)、螺杆固定件(27)、拉管(29)、桨叶翼型段(6)和桨叶内段(5)；
桨叶内段(5)一端固定安装在桨毂(25)上，另一端套在桨叶翼型段(6)内，能够相对于桨叶翼型段(6)移动，桨毂(25)安装在旋翼轴(28)侧壁上，电机(24)布置在旋翼轴(28)内部，同时驱动N个可变直径桨叶组件的螺杆(26)转动，螺杆(26)位于桨叶内段(5)内，螺杆(26)的一端与桨叶内段(5)通过螺杆固定件(27)连接，螺杆(26)可绕螺杆固定件(27)中心轴旋转，螺杆(26)的另一端位于拉管(29)内部，与拉管(29)通过螺纹连接，拉管(29)与桨叶翼型段(6)固连，螺杆(26)正向或反向的转动，控制拉管(29)向外或向内移动，进而控制翼型段(6)的伸展或收缩。
3.根据权利要求2所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于可变直径桨叶组件，在直升机模式飞行时桨叶伸长，在固定翼模式平飞时缩短，使得伸长状态旋翼直径为缩短状态旋翼直径的1.71倍。
4.根据权利要求1所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：所述前机翼(3)和后机翼(11)均布置在机身上方，并与机身圆滑过渡。
5.根据权利要求1所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：所述前机翼(3)上相对于机身(4)两侧均布置有前副翼(9)和前襟翼(10)，所述后机翼(11)上相对于机身(4)两侧均布置有后副翼(12)和后襟翼(13)，其在直升机模式飞行时均向下偏转。
6.根据权利要求1所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：每个旋翼由独立的电动机舱(2)内的电动机驱动。
7.根据权利要求6所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：所述电动机舱(2)随旋翼(1)一同倾转。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：还包括发动机(22)、发电机(21)、储能设备(20)、动力线缆(19)；
发动机(22)驱动发电机(21)发电传输到储能设备(20)，电能通过动力线缆(19)传输到电动机舱(2)，电动机舱(2)内的电动机驱动旋翼(1)旋转产生拉力。
9.根据权利要求8所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于：所述发动机(22)采用涡轮发动机。
10.根据权利要求8所述的一种变直径无人倾转旋翼机，其特征在于还包括尾翼(14)，所述尾翼(14)上布置有方向舵(15)用于控制固定翼模式平飞时航向。
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| PB01 | Publication | ||
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