[发明专利]一种倾转旋翼/升力风扇高速长航时飞行器布局

说明书

本发明公开一种倾转旋翼/升力风扇高速长航时飞行器布局，在飞行器机身前部安装有共轴反桨涵道升力风扇；同时在机身后部左右对称的平尾端部安装有倾转旋翼；使倾转旋翼轴向具有在垂直于平尾的平面内的转动自由度。上述升力风扇与倾转旋翼均有飞行器内部发动机提供动力，实现升力风扇的共轴反桨转动，以及倾转旋翼的0～+90范围内的倾转。本发明可有效提升飞行器在固定翼模式的续航性能，降低控制系统的复杂性。

技术领域

本发明属于高速旋翼机总体布局设计领域，具体涉及高速旋翼机的总体布局。

背景技术

高速旋翼机是一种综合了旋翼机垂直起降特点和固定翼高速远程特点的一种飞行器，由于其身兼旋翼机和固定翼飞机的优势，因此在国防建设、国民经济建设和应急事件处理中发挥着不可替代的重要作用，有着非常广泛的应用前景。直升机等旋翼机自发明以以来，在军民航空领域发挥着巨大的作用，由于采用旋翼提供升力，因此具有优异的悬停和低速性能，这是其相比于固定翼航空器的优势，但采用旋翼提供升力和克服前飞阻力，也限制了其飞行速度的提升，难以达到固定翼飞机所能达到的较高速度和较远的航程，不利于拓展其应用领域。同时，固定翼飞机的飞行原理决定了其难以悬停作业，低空低速机动能力缺失，因此，有必要发展一种新型飞行器——高速旋翼机，将旋翼机优异的低空低速性能和固定翼飞行器的高速远程优势结合起来，在军民航空领域发挥更大的作用。

2013年，美国国防部先进研究项目局(DARPA)提出了VTOL X-plane项目，计划发展一种垂直起降飞行器，巡航速度可达555km/h，悬停效率达75％，升阻比达到10以上，说明高速旋翼机是未来军民航空领域的一大发展热点。目前，垂直起降飞行器一般借助旋翼/螺旋桨、涵道风扇或矢量喷气发动机实现，其中旋翼/螺旋桨由于直径较大，不论是在垂直起飞阶段作为旋翼提供升力，还是在平飞阶段作为螺旋桨提供拉力效率均较高，采用倾转旋翼的方式，可有效将垂直起飞阶段的升力旋翼和平飞时的拉力螺旋桨结合起来，实现垂直起降和固定翼模式高速平飞。升力风扇和矢量喷气发动机一般直径相对较小，推力大，但存在油耗较高，巡航效率低的问题。对于高速旋翼机，采用倾转旋翼实现垂直起降，巡航时作为螺旋桨推进，可兼顾垂直起降能力和推进效率。

然而采用倾转旋翼方式达到垂直起降和高速远程飞行的性能时，存在总体布局协调上的困难，当类似V-22等将倾转旋翼布置在机翼两端时，机翼中的传动系统要求机翼要有较大的刚度，传动轴变形小，导致机翼难以采用大展弦比机翼，机翼气动效率低且结构重量较重。此外，在悬停时旋翼除了提供升力，还需提供整机的控制力矩，旋翼需要进行变距控制，控制系统复杂。因此，采用横列布局在机翼两端布置倾转旋翼存在巡航升阻比低，控制系统复杂的缺点。

考虑到巡航效率和气动弹性问题，固定翼飞行器一般采用大展弦比机翼，机翼在巡航飞行过程中有很大的挠度和变形，其机翼在变形后恰好获得设计升力分布，达到巡航时的最大升阻比。如果采用倾转旋翼方式实现垂直起降和巡航模式推进时，需要在两侧机翼上布置两副旋翼，且与机身要有较大的间距，考虑到机翼内部传动轴不能有太大变形，机翼结构应当具有较大的刚度，与大展弦比机翼设计存在矛盾，降低了整机的升阻比而且结构重量重。所以高速旋翼机总体布局应考虑如何使飞行器既具有较高的巡航升阻比又兼具垂直起降能力，同时降低控制系统的复杂性。

发明内容

本发明针对目前高速旋翼机存在的不足，综合垂直起降飞行器的特点和长航时飞行器的优点，提出了一种通过倾转旋翼和升力风扇实现垂直起降的高速长航时飞行器总体布局，可有效提升飞行器在固定翼模式的续航性能，降低控制系统的复杂性。

本发明倾转旋翼/升力风扇高速长航时飞行器布局，在飞行器机身前部安装有共轴反桨涵道升力风扇；同时在机身后部左右对称的平尾端部安装有倾转旋翼；倾转旋翼轴向具有在垂直于平尾的平面内的倾转自由度，同时具有绕自身轴线的转动自由度；

上述升力风扇与倾转旋翼均有发动机提供动力，分别由风扇传动机构与平尾传动机构传动，使升力风扇中的上风扇与下风扇同速反向旋转，以及倾转旋翼两个倾转旋翼绕自身轴线反向同步旋转。