[发明专利]一种适用于具有阶梯式桨毂的重载型旋转机翼飞机的旋翼控制系统

说明书

本发明提出一种适用于具有阶梯式桨毂的重载型旋转机翼飞机的旋翼控制系统，其中阶梯式桨毂系统具有可轴向移动的下桨毂，使得副桨叶能够在固定翼飞行模式下与机身融合，大大减小了副桨叶在固定翼飞行模式下的扰动以及阻力；而针对阶梯式桨毂系统结构，还对旋转机翼飞机进行直升机飞行模式、固定翼飞行模式及转换飞行模式的多模式控制，尤其是对旋翼系统，给出多种控制方式，使得旋转机翼的新型旋翼系统可满足不同飞行状态要求。

技术领域

本发明涉及一种旋转机翼飞机的新型旋翼控制系统，适用于具有阶梯式桨毂的重载型旋转机翼飞机。

背景技术

旋转机翼飞机是一种兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航性能的新型有人/无人飞机。专利号为ZL201110213680.1，名称为《一种飞行模式可变的旋转机翼飞机》的中国专利就是一种典型机型。旋转机翼飞机具有三翼面的气动布局。其中，旋转机翼，即主机翼，在直升机飞行模式下，可以作为旋翼，通过旋转为飞机提供垂直起降时需要的拉力，同时，当飞机具有一定飞行速度后，又可以锁定为固定翼，实现固定翼高速、高效率的飞行。因此，在起飞、降落和小速度飞行阶段，飞机采用直升机飞行模式，在巡航和任务阶段，采用固定翼飞行模式，固定翼飞行模式与直升机飞行模式之间存在转换飞行模式。

为了兼顾直升机飞行模式和固定翼飞行模式，旋转机翼采用中等展弦比、小根稍比梯形机翼平面设计，并且采用前后缘对称椭圆翼型，而椭圆翼型由于自身钝后缘的特性，后缘处总存在流动分离，流动分离会带来额外的功率消耗，因此在直升机飞行模式阶段，旋转机翼的需用功率相比于传统直升机而言偏大。同时，相对传统直升机的主旋翼而言，旋转机翼单个桨叶面积宽大，结构重量较大。

而为了有效提高旋转机翼飞机的载重能力和最大起飞重量，提出一种四桨叶旋转机翼，如《一种四桨叶旋转机翼及旋转机翼飞机和控制方法》ZL201910189236.7的中国专利。该四桨叶旋转机翼包括一对主桨叶和一对副桨叶；主桨叶的桨叶剖面采用前后缘对称翼型，桨叶平面形状采用前后对称设计，兼顾锁定时的固定翼性能；而副桨叶的桨叶剖面采用满足直升机旋翼性能要求的旋翼翼型；主桨叶和副桨叶采用十字分布安装在同一桨毂上。

发明内容

要解决的技术问题

在进一步的理论计算、风洞试验和模型试飞验证后，我们发现，四桨叶旋转机翼飞机在固定翼飞行阶段，旋翼主轴锁定后，主桨叶垂直于机身对称面，副桨叶沿机身纵向对称面分布，此时沿机身纵向对称面的副桨叶与机身上表面产生气流干扰，增大阻力并影响起固定翼作用的主桨叶的来流，此外由于沿机身纵向对称面的副桨叶是细长结构，在固定翼飞行阶段会产生较为强烈的震动，也会进一步导致巡航阶段飞行阻力增大。

技术方案

为解决上述问题，同时为提高旋转机翼飞机的起飞重量，也为避免四桨叶位于同一桨毂上出现桨毂设计复杂、操纵杆系多、动盘设计复杂的问题，本发明提出一种适用于具有阶梯式桨毂的重载型旋转机翼飞机的旋翼控制系统，通过采用由上桨毂系统和下桨毂系统组成的阶梯式桨毂系统，实现升降式副桨方式，当飞机处于直升机模式时，控制系统驱动副桨在最高位置，上下桨毂由旋翼轴驱动旋转，完成直升机模式飞行，过程中副桨相当于对主桨的增升装置，在大载荷情况下承担一半以上的拉力，为旋转机翼飞机直升机模式提供了有效支持；飞机固定翼模式时，控制系统驱动副桨降低到机身纵向专门设置的凹陷位置，主桨锁定在飞机横向，副桨锁定在飞机竖向，副桨与机身融合，最终飞机形成三翼面飞机，减小高速飞行时的阻力。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于具有阶梯式桨毂的重载型旋转机翼飞机的旋翼控制系统，其特征在于：所述阶梯式桨毂分为上桨毂系统和下桨毂系统；

所述上桨毂系统主体结构固定安装在旋转机翼飞机旋翼主轴上部，用于安装旋转机翼飞机中的两片主桨叶；所述主桨叶为当旋转机翼飞机处于固定翼飞行模式下，垂直于旋转机翼飞机纵向对称面的一对桨叶；