[发明专利]具有稳定翼的旋翼飞行器

说明书

本发明涉及一种旋翼飞行器，特别是涉及一种其包括具有中心线(230)的机身、在运行期间产生涡流的至少一个主旋翼以及稳定翼(200)的旋翼飞行器，其中稳定翼(200)具有使至少一个主旋翼的尾流产生的非定常气动载荷减小的平面形状。特别地，稳定翼(200)可具有：左翼尖(260)；右翼尖(260)；具有非零曲率的四分之一翼弦线(240)，使得至少一个主旋翼产生的涡流与该四分之一翼弦线(240)之间的相互作用随时间发展而扩散；弧形的前缘210；以及弧形的后缘220。

技术领域

本发明涉及一种旋翼飞行器，特别是涉及一种具有至少一个主旋翼以及稳定翼的旋翼飞行器，其中稳定翼具有使其上由至少一个主旋翼的尾流产生的非定常气动载荷减小的平面形状。

背景技术

旋翼飞行器通常配备有帮助提高飞行期间旋翼飞行器的稳定性和操纵性的一个或多个翼。因此，这样的翼有时也称为水平稳定器、水平稳定翼或稳定翼。

通常，直升机具有设置在尾部单元的后端处的一个或多个稳定翼。在一些型号中，稳定翼从尾梁的后部或从垂直尾翼突出。在其他型号中，在垂直尾翼的顶部设置单个稳定翼。在垂直尾翼的顶部设置单个稳定翼的这种构造有时也称为T形尾翼。

由于稳定翼位于旋翼飞行器的机尾部分，它们通常受到由至少一个主旋翼产生的气流结构的影响。有时也称为尾流或旋翼尾流的这些气流结构与稳定翼相互作用并决定稳定翼上的气动载荷。

旋翼尾流与稳定翼之间相互作用的强度取决于稳定翼相对于旋翼的定位以及飞行状态(例如，在起降期间或水平飞行期间)。然而，通常无法避免在稳定翼上产生对稳定翼的结构尺寸有影响的气动载荷。

稳定翼有意产生一定量的静态气动载荷(例如，用于提高旋翼飞行器在飞行期间的稳定性和操纵性)。然而，也会通过旋翼尾流与稳定翼之间的相互作用产生不希望的非定常气动载荷。

这些非定常气动载荷有时会达到很大的幅值，这可能会导致稳定翼疲劳失效。因此，在稳定翼的开发过程中，通常需要特别注意保证使不希望的非定常气动载荷引起的疲劳失效风险显著降低的结构设计。

稳定翼和尾梁的动态固有频率之一接近旋翼尾流的激励频率的事实常常使问题加剧。可以通过增大稳定翼的结构刚度或质量来避免旋翼尾流与稳定翼之间的这种共振条件。

然而，增大稳定翼的结构刚度或质量会随着重心进一步向后移动而增加旋翼飞行器的敏感区域的重量。尤其是在将稳定翼设置在垂直尾翼上时，结构性和动态性的问题难以解决。结果是，稳定翼很少设置在垂直尾翼上，否则的话对操纵质量和性能将是非常有利的。

替代地，大多数传统方案将稳定翼设置于在垂直方向上处于旋翼平面下方的位置上(例如，尾梁处)。结果是，旋翼尾流与稳定翼之间的相互作用主要发生在较低的飞行速度下。由于气动载荷随飞行速度的增加而增加，因此旋翼尾流与稳定翼之间在较低的飞行速度下的相互作用会在稳定翼上的静态气动载荷相对较低的同时产生相对适中的非定常气动载荷。由此，由于稳定翼的结构受到静态气动载荷和非定常气动载荷的叠加影响，因此稳定翼的结构在较低的飞行速度下不会达到其疲劳极限。

在较高飞行速度下，旋翼尾流改变了其轨迹并越过低位稳定翼(即，例如位于尾梁处的稳定翼)上方。因此，尽管稳定翼上的静态气动载荷在较高飞行速度下比在较低飞行速度下更大，但低位稳定翼的非定常气动载荷的相对较小的幅值具有使总气动载荷良好地保持在疲劳极限范围内的效果。

然而，与高位稳定翼(例如，垂直尾翼顶部的稳定翼)相比，低位稳定翼表现出降低的操纵质量和性能。例如，在悬停期间和/或在较低飞行速度下，低位稳定翼位于旋翼下洗气流内并产生指向地面的力，该力有时也称为下压力。这种下压力导致旋翼飞行器使机头部分上仰，这有时也称为机头上仰。

机头上仰会严重减小驾驶员对地面的视野。机头上仰还在旋翼主轴中产生相对较高的应力。此外，下压力会显著减小旋翼飞行器的有效载荷。例如，下压力可能使三到四吨级直升机的有效载荷减少相当于一名乘客的量。