[发明专利]一种分布式动力倾转机翼飞机的布局与控制方法

说明书

本发明公开一种分布式动力倾转机翼飞机的布局及控制方法，选取鸭式布局飞机，前部鸭翼和机翼主翼内部设置涵道安装多个发动机来实现分布式动力；垂直起飞状态前部鸭翼和机翼主翼倾转为竖直，八个发动机产生拉力使机体离地，同时差动工作修正机体姿态；达到一定高度时，前部鸭翼和机翼主翼逐渐倾转，角度根据油门动态调整；当前飞速度足以使前部鸭翼和机翼主翼产生的升力与重力相抵时前部鸭翼和机翼主翼完全转为水平，进入高速平飞状态，实现垂起、悬停到平飞的转换；平飞、悬停到垂落的转换过程正好相反。本发明动力系统设置简单，并设置锁止机构；本发明控制直接可靠，将倾转机构和姿态控制分立，避免因一个系统故障导致多个功能失效的问题。

技术领域

本发明涉及一种分布式动力倾转机翼飞机的布局及控制方法，涉及一种基于倾转机翼技术的垂直起降飞机的布局方案以及其在垂直起降、悬停、平飞等模态下和模态间转换的控制方法。属于航空技术领域。

背景技术

近年来，垂直起降飞行器在军、民两个领域内都非常热门。在美军对伊和对阿战争结束之后，美国越来越重视发展垂直起降飞行器，并把美军的十大类未来的关键的装备的头名给了它。其能够适应复杂的地形和环境的特点，是美军所看中的。其余各国也均在追赶美国的步伐，将更多的精力投入垂直起降飞行器的研究中。

垂直起降飞行器主要分为如下三类：一种是以“鹞式”战斗机和F-35“闪电”为代表的通过倾转发动机喷口获得矢量推力而实现垂直起降的方案，一般适用于要求高机动性的战斗机；一种是所谓的“旋翼固定翼复合式高速直升机”方案，将直升机旋翼与具有机翼的常规飞行器结合起来，形成复合式飞行器，以直升机模态起降，以固定翼模态平飞，结合两者的优点，但因为结构复杂和平飞效率低等因素尚未大规模投入应用；第三种方案就是倾转旋翼，通过倾转发动机和旋翼实现垂直起降和平飞的转换，该方案在美国波音公司与贝尔实验室联合研制的鱼鹰“V-22”上获得应用，并在开发其衍生版本“V-44”。

倾转旋翼机虽然目前在VTOL飞行器中研究最多，应用最成熟，但是其在倾转过程中旋翼和固定翼之间的耦合严重，旋翼产生的下洗流被固定翼部分遮挡，导致气动效率降低。而且，如V-22“鱼鹰”式的倾转两旋翼机，为了纵向配平，其采用变桨距旋翼，直接增加了结构复杂性和控制难度，降低了系统可靠性；旋转机翼这种布局虽然比较奇特巧妙，垂起和平飞模式下的构型非常接近直升机和固定翼，但是技术实现难度比较大，动力装置及转换结构比较复杂，目前还只是处于论证阶段；复合式布局直接将直升机垂起和固定翼平飞的能力结合在一起，保留了两者最显著的特征，技术实现难度相对较小，但是两套动力装置不仅额外占用有限的有效载荷，利用率也不高，而且在高速平飞时无法收起的升力旋翼会产生更多的气动阻力，进一步降低发动机推进效率；而如倾转机翼这种布局，动力装置随机翼一起转动，机翼对气动效率的影响要小得多，并且一套动力装置就能同时满足垂直起降和平飞的要求。尤其是像“雷击”这种机翼和鸭翼均布置有动力装置的布局，纵向力矩配平容易，且结构简单，便于控制，并且采用的分布式推力系统，能在保证所需升力的条件下，减小动力装置径向尺寸，还具有了较大的余度。由以上分析可知，分布式推力倾转机翼布局的VTOL飞行器在控制难度、有效载荷、航程以及成本上更加具有优势。

但从专业角度评价“雷击”无人机还存在一些不足之处。它在动力装置匹配方面采用1台安装在机身上方中尾部的罗.罗AE1107C涡轮轴发动机为主动力，分别驱动3台“霍尼韦尔”发电机，由它们发电，然后再供给24台涵道风扇电动机运转工作。再结合机翼的偏转差动还可以实现该无人机的偏航、盘旋及其他机动飞行。它在动力装置匹配方面存在单发推力小，只能靠增加动力机组数量来弥补，既恶化了气动力，又增加了结构重量，而且机翼涵道数量过多导致过重使倾转机构受力很大，此外倾转机构还起到舵面的功能，导致其负荷过大可靠性不高；而且分系统设置方面也显得复杂化。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式动力倾转机翼飞机的布局及控制方法，以解决旋翼与机翼之间的气动干扰问题和模态转换控制可靠性的问题，同时将鸭翼布局、分布式动力的优秀操控性和倾转机翼飞机的垂直起降能力较好地结合起来，形成一种崭新的机型方案。