一種涵道直升飛機的制作方法
【專利摘要】一種涵道直升飛機，由機身、動力裝置、涵道風扇或螺旋槳、方向舵、推進導流罩及操控系統(tǒng)組成。涵道置于機身的中部，連接機身前段與后段的過橋經過涵道口上方，動力裝置置于過橋，同軸對轉的風扇或螺旋槳置于涵道內，并通過傳動機構與動力裝置連接，方向舵在涵道內壁風扇或螺旋槳的下方，舵面豎直并向涵道中心伸展，推進導流罩折疊于機身前段的涵道口下沿，并向涵道中心方向展開。本發(fā)明充分利用涵道風扇或螺旋槳推動的下洗氣流，通過可折疊推進導流罩和涵道內方向舵對其的矢量控制，可實現(xiàn)飛機的升降、懸停、前進、轉向等基本動作，還可實現(xiàn)前后左右平移的姿態(tài)調整動作，且具有結構緊湊、氣動噪聲低、安全性高的特點，可用作有人機或無人機。
【專利說明】
一種涵道直升飛機
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種涵道直升飛機，尤其是涉及一種涵道靠近飛機中心位置的垂直起降直升飛機，屬航空領域?！颈尘凹夹g】
[0002]涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳系統(tǒng)相對于同樣直徑的孤立風扇或自由螺旋槳，在同樣功率消耗的情況下，會產生較大的拉力，據研究數據顯示可達到1.4倍左右。這主要是由于涵道抑制了風扇或螺旋槳的葉尖渦流的形成，使之不能產生誘導阻力，降低了尾流的能量損失，同時涵道唇口也產生一定的附加升力。另外、由于涵道的環(huán)括保護作用，工作時的風扇或螺旋槳產生的氣流沖擊噪聲明顯降低，并提高了其使用的安全性。因此，涵道風扇或螺旋槳系統(tǒng)具有垂直升力大、結構緊湊、氣動噪聲低、使用安全性好的特點，作為一種推力或升力裝置自上世紀五十年代起開始在垂直起降和短距離起降飛行器中得到應用。
[0003]縱觀現(xiàn)有涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳系統(tǒng)的應用，大多為垂直起降和短距離起降飛行器中的垂直升力系統(tǒng)，水平移動時要靠其它系統(tǒng)推動。即使是傾轉式涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳系統(tǒng)也不能同時兼顧好升力和推力，平飛時要另設機翼提供升力。因此，現(xiàn)有技術中還沒有獨立的涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳單系統(tǒng)，能夠獨自完成升力、推力的產生和飛行器姿態(tài)的調整。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種涵道靠近飛機中心位置的涵道直升飛機，充分利用涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳的下洗氣流，通過對下洗氣流的矢量控制，實現(xiàn)飛行器的升降、懸停、前進、轉向、等基本動作，并通過涵道內舵的舵面控制，實現(xiàn)對飛行器進行前后左右平移的姿態(tài)調整，這是現(xiàn)在直升機所辦不到的。本發(fā)明可以使用一套涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳單系統(tǒng)就可完成直升飛機的所有技術動作，同時與現(xiàn)有直升飛機相比，具有結構緊湊、 氣動噪聲低、使用安全性高的特點。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種涵道直升飛機，由機身、動力裝置、涵道風扇或螺旋槳、方向舵、推進導流罩及操控系統(tǒng)組成。涵道風扇或螺旋槳的涵道置于機身的中部， 連接機身前段與后段的過橋經過涵道進氣口的上方，動力裝置置于過橋，或臥置或豎置；同軸對轉的風扇或螺旋槳置于涵道內，風扇或螺旋槳旋轉軸與涵道軸線同軸或有安裝角，并通過傳動機構與動力裝置相連接;至少一方向舵置于涵道內風扇或螺旋槳下方的內壁上， 向涵道橫截圓中心伸展，或前或后，或左或右設置，舵面豎直安裝，舵軸與涵道橫截面垂線垂直或有安裝角；可折疊推進導流罩折疊于靠機身前段的涵道出氣口下沿，并向涵道中心軸線方向展開。
[0006]由于推進導流罩展開后，一部分下洗氣流改變了向下的流向，涵道前部會喪失一部分升力，因為這部分升力是在推進力啟動時的動態(tài)中喪失的，所以要在機身前段靠近涵道唇口處安置升力補償機翼，對這部分喪失的升力進行動態(tài)補償。
[0007]置于涵道內壁的方向舵，成對布置，或前后對置，或左右對置，或前后左右對置，這樣會使舵面效應成倍增加，可控制生成轉向力，也可控制生成前后、左右平移力。
[0008]為了加大本發(fā)明的載荷和提高安全性，在本發(fā)明上述構造的基礎上，增設至少一自由螺旋槳于動力裝置上方，并通過傳動機構與動力裝置相連接。
[0009]為提高本發(fā)明飛行中的機動性，在機身后段低于涵道出氣口的下部，設置可使機身能夠俯仰的水平舵。
[0010]左右兩側涵道的外壁上設置短翼，用以改善飛行器在飛行中對涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳所提供升力的過度依賴。
[0011]結合現(xiàn)代直升飛機技術，延展本發(fā)明的構思還獲得一種涵道直升飛機，由機身、動力裝置、涵道風扇或螺旋槳、自由螺旋槳、傾斜器、方向舵及操控系統(tǒng)組成，其特征在于:涵道風扇或螺旋槳的涵道置于機身的中部，連接機身前段與后段的過橋經過涵道進氣口的上方，動力裝置置于過橋，或臥置或豎置;至少一風扇或螺旋槳置于涵道內與涵道同軸線或有安裝角，并通過傳動機構與動力裝置相連接;至少一螺旋槳及傾斜器置于涵道外的動力裝置的上方為自由螺旋槳，與涵道內的風扇或螺旋槳對轉，或同軸或軸線前傾，并通過傳動機構與動力裝置相連接;至少一方向舵置于涵道內風扇或螺旋槳下方的內壁上，向涵道橫截圓中心伸展，或前或后，或左或右設置，舵面豎直安裝，舵軸與涵道橫截面垂線垂直或有安裝角。
[0012]本發(fā)明上述涵道直升飛機還有一些共同的特點如下:
[0013]為了加強過橋的穩(wěn)固性，防止橫向扭振，還有加強橫梁連接過橋與左右涵道壁，其橫截面或采用翼型并梁體扭轉連接，不僅加固了過橋還可提供附加升力。
[0014]左右兩側涵道的外壁上可掛載水上浮筒，也可掛載燃油箱，也可掛載設備艙，或搭載客艙，或它們混搭掛載，或它們同時掛載。
[0015]前后起落架分別置于機身的前段和后段，用以穩(wěn)固支撐飛行器，并在地面降落時起到緩沖作用，帶輪時還可方便在地面移動。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:首先是可以只使用一套涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳單系統(tǒng)就可獨立完成飛行和機動的所有技術動作，不需要另加推進風扇或螺旋槳，也不需要對系統(tǒng)進行傾轉。二是風扇或螺旋槳直接從上方吊入涵道，縮短了動力的傳輸距離提高了傳動效率，并且涵道內沒有支撐梁等遮擋物，使氣流更通暢。三是具有結構緊湊、氣動噪聲低、使用安全性高的特點。四是無人直升機的理想技術方案，它的外形整潔(第一實施方式) 可在狹小空域內執(zhí)行任務，即使與障礙物輕度接觸也不會立即造成墜機事故，具有很強的抗碰撞能力?！靖綀D說明】
[0017]圖1是本發(fā)明第一實施方式總體結構圖；
[0018]圖2是本發(fā)明第一實施方式在地面和垂直起飛狀態(tài)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明第一實施方式在空中飛行狀態(tài)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明第一實施方式三瓣折疊推進導流罩組合與分解的構造示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明第一實施方式三瓣折疊推進導流罩折疊后剖視圖和局部放大圖；
[0022]圖6是本發(fā)明第一實施方式三瓣折疊推進導流罩展開后的剖視圖；
[0023]圖7是本發(fā)明第一實施方式方向舵位置示意圖；
[0024]圖8是本發(fā)明第一實施方式加強橫梁局部放大剖切示意圖；
[0025]圖9是本發(fā)明第二實施方式總體結構示意圖；[〇〇26]圖10是本發(fā)明第三實施方式總體結構示意圖；
[0027]圖11是本發(fā)明第四實施方式的前視圖；
[0028]圖12是本發(fā)明第四實施方式的俯視圖；【具體實施方式】[〇〇29]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步詳細的描述。[〇〇3〇]第一實施方式
[0031]圖1示出了第一實施方式的主要技術內容，本實施方式是本發(fā)明的基礎實施方式， 本發(fā)明關鍵技術特征均包含于此，所述涵道直升飛機包括:機身101、機身前段102、涵道 103、機身后段104、機身過橋105、動力裝置106、上涵道風扇或螺旋槳107、下涵道風扇或螺旋槳108、折疊推進導流罩109、方向舵110、補償翼111、水平舵112、加強橫梁113、前起落架 114、后起落架115、加強縱梁116、駕駛艙風擋玻璃117及操控系統(tǒng)。機身101被涵道103隔斷成機身前段102和機身后段104,機身過橋105跨過涵道103上口連接機身前段102和機身后段104,使機身保持完整，機身前段102主要是操控臺和駕駛艙，機身后段104主要搭載設備艙等不可消耗的固定載荷;機身過橋105是安裝動力裝置106的最佳載體和最佳位置，并且安裝方式可臥置安裝也可豎置安裝，同時，燃油箱也可就近在機身過橋105上設置;涵道103 的軸線與飛機的質心重合或極其接近，并與飛機縱向豎剖面平行；上涵道風扇或螺旋槳 107、下涵道風扇或螺旋槳108采用大剛性材料制成，并據實驗數據確定相互間距，減小相互間過于干涉，同時，防止葉尖過度上翹或在紊亂的氣流中相互碰撞，槳軸采用套筒同軸對轉且通過變速器被傳動于動力裝置106;圖2示出了本實施方式在地面和起飛及降落時的狀態(tài)，這時，折疊推進導流罩109折疊在靠機身前段102的涵道103出氣口的下沿處，對從涵道 103出氣口出來的下洗氣流不能有任何阻擋，折疊的疊數越少越好，折疊推進導流罩109的材料構成，可選用柔性材料加剛性骨架，也可采用全剛性材料制作，本實施方式采用全剛性材料，圖3展示出了本實施方式飛行狀態(tài)折疊推進導流罩109展開后的視圖，導流罩向涵道軸線方向展開，使系統(tǒng)靠機身前段102的前部涵道出來的下洗氣流導向后方，形成對下洗氣流的一個矢量控制，這一部分氣流的反作用力作用在折疊推進導流罩109上，飛行器獲得向前的推進力；圖4展示了本實施方式的三瓣折疊推進導流罩組合與分解的構造圖，包括:根瓣罩1091、中瓣罩1092、梢瓣罩1093。根瓣罩1091的兩側分別設有導流罩基軸10911，內面與涵道103內壁隨形，外面是以導流罩基軸10911軸線中點為圓心的球面(見圖5放大局部視圖 A)，其上沿平面與導流罩基軸10911軸線平行并通過根瓣罩固定孔10912與涵道103固定連接，下沿有一與根瓣罩1091的外球面同心的根瓣罩下凸臺10913,該凸臺為止脫臺；中瓣罩 1092的轉軸10921套在導流罩基軸10911上動配合，內面是與根瓣罩下凸臺10913最大半徑相配合的球面，外面是與內面同心的球面，其上沿的內面和外面均有一凸臺，即中瓣罩上外凸臺10922及中瓣罩上內凸臺10924，內凸臺10924與根瓣罩下凸臺10913作用，阻止中瓣罩 1092在導流罩展開時和根瓣罩1091脫離(另見圖6)，下沿的外球面上有中瓣罩下凸臺 10923;梢瓣罩1093的轉軸10931套在導流罩基軸10911上動配合，內面是與中瓣罩下凸臺10923最大半徑相配合的球面，外面是與內面同心的球面，內面的上沿有梢瓣罩上內凸臺 10933(見圖5放大局部視圖A)，外面的下沿有加強梁10934,兩開合驅動臂10932分別固定連接在兩轉軸10931上并與驅動裝置舵機連接，展開時兩側舵機同步驅動兩開合驅動臂 10932，梢瓣罩1093轉動一定角度后，梢瓣罩上內凸臺10933與中瓣罩下凸臺10923接觸并帶動中瓣罩1092轉動，當中瓣罩上內凸臺10924與根瓣罩下凸臺10913接觸后折疊推進導流罩 109就展開完成(見圖3圖6);折疊時兩側舵機同步驅動兩開合驅動臂10932回轉，梢瓣罩 1093轉動一定角度后，梢瓣罩上內凸臺10933與中瓣罩上外凸臺10922接觸并帶動中瓣罩 1092回轉到折疊位置，折疊過程結束(見圖2圖5)。如圖7所示，方向舵110置于涵道103的內風扇或螺旋槳下方的內壁上，并向其橫截圓中心伸展，舵面豎直安裝，舵軸與涵道103橫截面垂線垂直或有安裝角，方向舵110—般成對安裝，或前后對置，或左右對置，或前后左右對置，轉向時，對置的方向舵110被相互反向扭轉，下洗氣流作用在兩個相對的舵面上，就在涵道103軸線兩邊產生了一對不同向的力，產生了以繞涵道103半徑為力臂的繞涵道103軸線轉動的轉向力矩，當將對置的方向舵110同向扭轉時，下洗氣流分別同時作用在兩個同側的舵面上，產生了兩個同向的力，這力發(fā)生前后對置的方向舵上可使飛機左右平移，發(fā)生在左右對置的方向舵上可使飛機前后平移。見圖3、圖7,由于推進導流罩109展開后，一部分下洗氣流改變了向下的流向，升力的指向會前傾，涵道103前部會喪失一部分升力，因為這部分升力是在推進導流罩109逐漸展開的動態(tài)中喪失的，所以要在機身前段102靠近涵道唇口處安置升力補償翼111，對這部分喪失的升力進行動態(tài)補償。水平舵112設置在機身后段104的下部并低于涵道出氣口處(見圖1)，目的是為了使之處于壓力相對較大，流速相對較高的氣流中，其作用是飛機在機動飛行時，通過舵面控制為其提供俯仰力矩。如圖1所示，加強橫梁 113橫向連接機身過橋105與左右涵道壁，其主要目的是為了加強機身過橋105的穩(wěn)固性，防止橫向扭振，其橫截面采用翼型，見圖8,為了減少梁體對涵道正上方氣流的阻礙，梁體從過涵道103軸線的機身101縱剖面開始的豎直到與涵道壁連接的橫平，有一個90°的扭轉，這不僅加固了機身過橋105還可提供附加升力，當設置多橫梁時，有鏡像排列(見圖8a)和陣列排列(見圖8b)兩種方案可以選擇并有加強縱梁116連接兩加強橫梁113之間，提高加強橫梁 113的剛度也提供了外掛點。如圖1所示，前起落架114在機身前段102上，后起落架115在機身后段104上，起落架前傾采用扭桿彈簧減震緩沖，并配有陸輪方便在地面上移動。駕駛艙風擋玻璃117在機身前段102的上部并兼做座艙蓋，無人駕駛時可取消;操控系統(tǒng)采用現(xiàn)代的電傳和舵機系統(tǒng)。[〇〇32]第二實施方式
[0033]如圖9所示，本實施方式是在第一實施方式的基礎上增加了涵道外螺旋槳，其組成包括:機身201、機身前段202、涵道203、機身后段204、機身過橋205、動力裝置206、涵道內風扇或螺旋槳207、涵道外螺旋槳208、折疊推進導流罩209、方向舵210、水平舵211、加強橫梁 212、前起落架213、后起落架214、加強縱梁215、駕駛艙風擋玻璃216、駕駛艙門217、涵道壁掛載218及操控系統(tǒng)。涵道203置于機身201的中部，連接機身前段202與機身后段204的機身過橋205經過涵道進氣口的上方將機身前段202和機身后段204連成一體，動力裝置206豎置于機身過橋205;涵道內風扇或螺旋槳207置于涵道203內，其旋轉軸與涵道203軸線同軸或有安裝角，并通過傳動機構與動力裝置206相連接;方向舵210置于涵道203的內壁，并向涵道203橫截圓中心伸展，前后對置，左右對置，舵面豎直安裝，舵軸與涵道203橫截面垂線垂直或有安裝角；折疊推進導流罩209折疊于靠機身前段202的涵道出氣口下沿，并向涵道203 中心軸方向展開；涵道外螺旋槳208置于機身過橋205的上方并通過傳動機構與動力裝置 206相連接，其旋轉軸與涵道內風扇或螺旋槳207同軸線或有安裝角，旋轉方向與之對轉，其槳距為定距，也可選擇變距;增加涵道外螺旋槳208后，使得飛機的外形不那么整潔了，但可以顯見的有兩大好處，首先，由于不受涵道的約束涵道外螺旋槳208可以有較大的直徑，這就加大了飛機的拉力，可搭載更大的載荷。二是使拉力中心上移，拉力中心高于質心，高出的距離越大，飛機的抗翻滾的能力就越強，增加了飛機穩(wěn)定性和安全性;水平舵211在機身后段204的下部低于涵道203出氣口處，并與后起落架214結合;加強橫梁212連接機身過橋 205和左右涵道壁，并梁體有一個扭轉角度;加強縱梁215連接并列的兩加強橫梁212間進行縱向加固，同時可兼做掛架;前起落架213置于機身前段202的下部；駕駛艙風擋玻璃216和駕駛艙門217均位于機身前段202且是本實施方式有人駕駛時的必備設置，無人駕駛時可取消;操控系統(tǒng)采用現(xiàn)代的電傳和舵機系統(tǒng)。[〇〇34]第三實施方式
[0035]如圖10所示，本實施方式是在第一實施方式和第二實施方式的總體布局基礎上， 簡化了推進導流罩和水平舵，并運用了現(xiàn)代直升機普遍使用的傾斜器，衍生出一種新型直升機，其組成包括:機身301、機身前段302、涵道303、機身后段304、機身過橋305、動力裝置 306、涵道內風扇或螺旋槳307、涵道外螺旋槳308、自動旋翼傾斜器309、方向舵310、加強橫梁311、前起落架312、后起落架313、加強縱梁314、駕駛艙風擋玻璃315、駕駛艙門316、涵道壁掛載317及操控系統(tǒng)。涵道303置于機身301的中部，連接機身前段302與機身后段304的機身過橋305經過涵道進氣口的上方將機身前段302和機身后段304連成一體，動力裝置306豎置于機身過橋305;涵道內風扇或螺旋槳307置于涵道303內，其旋轉軸與涵道303軸線同軸或有安裝角，并通過傳動機構與動力裝置306相連接;涵道外螺旋槳308置于機身過橋305的上方并通過傳動機構與動力裝置306相連接，其旋轉軸與涵道內風扇或螺旋槳307同軸線或有安裝角，旋轉方向與之對轉，自動旋翼傾斜器309安裝在涵道外螺旋槳308的下方，對其實施偏轉可實現(xiàn)飛機的前飛、后飛、左移、右移等飛行動作，同時在飛機的升降過程中，對涵道外螺旋槳308的總距進行控制;方向舵310置于涵道303的內壁，并向涵道303橫截圓中心伸展，前后對置，左右對置，舵面豎直安裝，舵軸與涵道303橫截面垂線垂直或有安裝角；加強橫梁311連接機身過橋305和左右涵道壁，并梁體有一個扭轉角度;前起落架312置于機身前段302的下部；后起落架313置于機身后段304的下部;加強縱梁314連接并列的兩加強橫梁 311間進行縱向加固，同時可兼做掛架;駕駛艙風擋玻璃315和駕駛艙門316均位于機身前段 302且是本實施方式有人駕駛時的必備設置，無人駕駛時可取消;操控系統(tǒng)采用現(xiàn)代的電傳和舵機系統(tǒng)。[〇〇36]第四實施方式
[0037]本實施方式是在第一實施方式的基礎上的外延。如圖11和圖12,展示了本實施方式前視和俯視狀態(tài)，主要是左右兩側涵道401的外壁上加設了短翼403,并凸出于涵道壁掛載402有一定的外展，用以改善飛行器在飛行中對涵道風扇或涵道風扇式螺旋槳所提供升力的過度依賴。
【主權項】
1.一種涵道直升飛機，由機身、動力裝置、涵道風扇或螺旋槳、方向舵、推進導流罩及操 控系統(tǒng)組成，其特征在于:涵道風扇或螺旋槳的涵道置于機身的中部，連接機身前段與后段 的過橋經過涵道進氣口的上方，動力裝置置于過橋，或臥置或豎置；同軸對轉的風扇或螺旋 槳置于涵道內，風扇或螺旋槳旋轉軸與涵道軸線同軸或有安裝角，并通過傳動機構與動力 裝置相連接;至少一方向舵置于涵道內風扇或螺旋槳下方的內壁上，向涵道橫截圓中心伸 展，或前或后，或左或右設置，舵面豎直安裝，舵軸與涵道橫截面垂線垂直或有安裝角;全剛 性材料的或柔性材料加剛性骨架的可折疊推進導流罩折疊于靠機身前段的涵道出氣口下 沿，并向涵道中心軸線方向展開。2.根據權利要求1所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有升力補償機翼安置在機身前 段靠近涵道唇口處。3.根據權利要求1所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有成對的方向舵對置于涵道內 壁，或前后對置，或左右對置，或前后左右對置。4.根據權利要求1所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有至少一自由螺旋槳置于動力 裝置上方，并通過傳動機構與動力裝置相連接。5.根據權利要求1所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有水平舵置于機身后段低于涵 道出氣口的下部。6.根據權利要求1所述的涵道直升飛機，其特征在于:左右兩側有突出于涵道外壁掛載 的短翼。7.—種涵道直升飛機，由機身、動力裝置、涵道風扇或螺旋槳、自由螺旋槳、傾斜器、方 向舵及操控系統(tǒng)組成，其特征在于:涵道風扇或螺旋槳的涵道置于機身的中部，連接機身前 段與后段的過橋經過涵道進氣口的上方，動力裝置置于過橋，或臥置或豎置;至少一風扇或 螺旋槳置于涵道內與涵道同軸線或有安裝角，并通過傳動機構與動力裝置相連接;至少一 螺旋槳及傾斜器置于涵道外的動力裝置的上方為自由螺旋槳，與涵道內的風扇或螺旋槳對 轉，或同軸或軸線前傾，并通過傳動機構與動力裝置相連接;至少一方向舵置于涵道內風扇 或螺旋槳下方的內壁上，向涵道橫截圓中心伸展，或前或后，或左或右設置，舵面豎直安裝， 舵軸與涵道橫截面垂線垂直或有安裝角。8.根據權利要求1和6所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有加強橫梁連接過橋與左 右涵道壁，其橫截面或采用翼型并梁體扭轉連接。9.根據權利要求1和6所述的涵道直升飛機，其特征在于；左右兩側涵道的外壁上或掛 載水上浮筒，或掛載燃油箱，或掛載設備艙，或搭載客艙，或它們混搭掛載，或它們同時掛載。10.根據權利要求1和6所述的涵道直升飛機，其特征在于:還有前后起落架置于機身的 前段和后段。
【文檔編號】B64C27/20GK106005391SQ201610410721
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李寧, 郎勇
【申請人】李寧, 郎勇