[发明专利]一种使用双螺旋桨垂直涵道控制的倾转旋翼飞机

说明书

(一)技术领域

本发明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领域。

(二)背景技术

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1a所示；在平飞状态下采用升降舵控制纵向姿态，如图1b所示； 在图1a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1b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。

(三)发明内容

1、目的

本发明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