[发明专利]一种消除垂直起降航空器旋翼水平飞行阻力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除垂直起降航空器旋翼水平飞行阻力的方法，属于航空器技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就目前已经达到的技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

目前，旋转翼航空器还存在一些无法克服的固有缺陷，主要表现为：（1）飞行速度有极限。受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，旋转翼航空器的理论速度不能超过420公里/小时。（2）可靠性低。旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损使可靠性总是不如固定翼航空器。（3）横滚稳定性差。两侧旋翼升力不均匀会导致旋转翼航空器发生横滚，在几秒钟内就会倾覆失控。（4）操控复杂。直升机的旋翼既提供了飞行的机动性，同时也造成了飞行操控的复杂性。使得操控负荷远远大于固定翼飞机，加大了人为失误的概率。（5）无法做大。旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，航空器尺寸受限，无法做得更大。（6）飞行机理失调。直升机虽然发展了近70年，但是飞行机理内在的协调性差，充满了先天性的矛盾。如：采用尾桨平衡旋翼扭矩，采用挥舞铰和摆振铰平衡前飞翻转力矩，垂直起降时要求旋翼面积大而水平飞行时希望旋翼面积小，垂直起降状态与水平飞行状态的飞行机理互相矛盾、无法统一，如此等等，直接导致飞行状态的控制复杂、稳定性差。

总之，旋转翼航空器的上述缺陷来源于旋翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾。而折扇式旋翼能够很好兼容垂直起降和水平飞行两种飞行模式，将成为旋转翼航空器新的发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有垂直起降航空器的旋翼在水平飞行工况下产生阻力和振动的弊端，提出一种消除垂直起降航空器旋翼水平飞行阻力的方法，按照飞行工况需求改变气动外形而消除飞行阻力，提高旋翼升力，回避旋翼振动，提高自持特性；使得航空器旋翼能够有效地兼容垂直起降水平飞行工况，协调飞行机理，简化结构、降低成本、提高安全性、可靠性和适应性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种消除垂直起降航空器旋翼水平飞行阻力的方法，采用一组可以在飞行中完全展开和完全收合的旋翼桨叶，航空器起降时让旋翼桨叶随驱动轴正向旋转，使所有桨叶完全展开产生最大升力，航空器水平飞行时让旋翼桨叶完全收合而变形为一个空气阻力很小的形状，利用离心力和空气动力的作用而根据飞行工况自动调整旋翼桨叶的工作状态，消除垂直起降航空器旋翼水平飞行阻力。在航空器水平飞行需要收缩时，对于不同的旋翼结构，旋翼桨叶的收缩方法各有差异，如可利用迎面气流将收放式旋翼的桨叶吹拂折叠收合，也可利用迎面气流吹拂将折扇式旋翼的桨叶后顺收合。

所述旋翼桨叶根据飞行状况自动开合，航空器垂直起降时利用驱动轴的离心力带动旋翼桨叶自动展开并正向旋转而产生升力，航空器水平飞行时通过改变驱动轴的锁止状态而利用迎面气流吹拂的空气动力使旋翼桨叶自动收合而消除阻力，让旋翼的气动外形根据飞行工况变化自动改变、回避振动，实现垂直起降和水平飞行两种工作模式下旋翼工作状态的自然转换、平稳过渡和有效兼容。旋翼桨叶的工作状态与航空器的飞行状况保持同步，旋翼桨叶的工作机理与航空器的飞行相互协调，使得旋翼具有根据航空器飞行状况自动改变气动外形的能力，在飞行过程中完全展开或者完全收缩，转化过程自然、平稳、连续，旋翼工作状态可根据航空器飞行状况自动调整，该开时开，该合时合，自然转换，平稳过渡，不需要额外的人工干预，具有自适应性，使得飞行操控简化、安全性高、可靠性好。