[发明专利]具有尾部旋翼的旋翼飞行器和使尾部旋翼操作优化的方法

说明书

技术领域

本申请要求2012年2月21日提交的法国专利申请FR1200502的优先权，该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。

本发明涉及设有尾部旋翼的旋翼飞行器，并且涉及优化尾部旋翼操作的方法。

更确切地说，本发明属于包括抗扭矩尾部旋翼的旋翼飞行器技术领域。尾部旋翼用于抵抗由主旋翼施加在机身上的扭矩，并且还用于控制飞行器偏航。

背景技术

通常，旋翼飞行器可具有既驱动主升力旋翼又驱动抗扭矩尾部旋翼转动的动力设备。此种飞行器可具有机械传动系统，该机械传动系统包括主动力传动齿轮箱（MGB），该主动力传动齿轮箱置于动力设备和主旋翼之间。

尾部旋翼则可直接地或经由尾部齿轮箱连接于动力设备或者连接于主动力传动齿轮箱。

齿轮箱通常具有固定传动比，用以减小转速。

在这些情形下，旋翼飞行器的主旋翼的转速和尾翼的转速由飞行器的机械传动系统所确定的不变传动比相关。

此外，附件可连接于飞行器的齿轮箱。因此，这些附件产生额外的约束条件。

因此，主旋翼和尾部旋翼并不优选地彼此独立。因此，主旋翼和尾部旋翼的尺寸是制造商的折衷选择结果。

机械传动系统可制造成使得主旋翼能以优选的方式操作，从而为飞行器提供升力。

借助示例，尾部旋翼的尺寸根据所述机械传动系统和不良飞行阶段来设计。此种不良飞行阶段可对应于最大侧风和最大重量条件下在最大高度处悬停飞行的阶段。

然而，尾部旋翼则会产生在其它飞行阶段具有不良效率的风险。在飞行器的使用期间相对很少发生此种用于确定尾部旋翼尺寸的不良飞行阶段时，此种情况尤为不利。

还可设想使用具有至少两个速度比的齿轮箱。

因此，这些齿轮箱给予制造商更大的自由度。然而，可理解的是，尺寸确定的选择仍受到限制。

文献US2378617提出了一种飞行器，该飞行器具有经由主动力传动齿轮箱由动力设备驱动的主旋翼。此外，该飞行器具有枢转尾部旋翼，该枢转尾部旋翼具有由电动机驱动的固定桨距的桨叶。

飞行员则利用第一人工装置来控制电动机的转速，并且利用第二人工装置来控制尾部旋翼的位置。

类似地，文献US2010/0123039提出了一种具有固定桨距尾部旋翼的飞行器，该尾部旋翼由电动机所驱动。

传感器确定偏航控制装置的位置。传感器再与用于调节电动机的单元通信。调节单元则确定电动机的转速和转动方向。

在这些情形中，文献US2378617和US2010/0123039建议使用电动机来控制固定桨距的尾部旋翼。

因此，旋翼飞行器的主旋翼和尾部旋翼彼此独立地定尺寸。电动机的使用可消除尾部旋翼和主旋翼之间的依赖关系。

然而，似乎较难利用电动机。

为了实现大于当前转速的设定速度，需要提高电动机的转速。在电动机加速的同时，电动机的转速会产生如下风险：在该转速稳定在基本上等于设定速度的数值之前超过该设定速度。本领域技术人员有时将该现象称为“设定值过冲”。

此种设定值过冲现象还会由于作用在尾部旋翼上的空气动力学现象而放大。

有时使用称为“比例积分导数”（缩写形式是PID）的调节关系来处理此种设定值过冲现象。

此外，包括电动机和尾部旋翼的组件有时会具有不可忽略的转动惯量。在遇到突发的强烈阵风时，此种惯量会是不利的。

文献US2009/0140095描述了一种仅仅借助电能来操作的旋翼飞行器。

该飞行器由此具有由第一电动机驱动转动的主旋翼和由第二电动机驱动转动的尾部旋翼。

该飞行器设有用于控制主旋翼和尾部旋翼的控制系统。该控制系统可能包括用于控制旋翼转速的装置和自动驾驶系统。

此外，某些飞行器具有涵道尾部旋翼。由于此种涵道尾部旋翼所具有的特定结构，该涵道尾部旋翼是有利的。然而，涵道尾部旋翼和非涵道尾部旋翼不同地进行控制。

在这些情形下，用于使具有非涵道尾部旋翼的飞行器飞行的飞行员需要使他们的驾驶适于控制具有涵道尾部旋翼的飞行器。反映出尾部旋翼产生的推力作为控制装置运动的函数的特性曲线与非涵道尾部旋翼而非涵道尾部旋翼是相对线性的。

技术背景还包括文献EP2327625。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种飞行器，该飞行器使得尾部旋翼的尺寸设定和/或操作能优化，且尾部旋翼例如能够快速地收敛于操作设定值。