[发明专利]一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机

权利要求书

1.一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，包括支撑装置(100)、可倾转旋翼装置(200)、涵道风扇推进装置(300)与矢量喷管装置(400)，其特征在于：两组所述可倾转旋翼装置(200)分别均匀设置在支撑装置(100)的左右两侧，所述涵道风扇推进装置(300)设置在支撑装置(100)的内腔，所述矢量喷管装置(400)设置在涵道风扇推进装置(300)的后侧；

所述支撑装置(100)包括下单翼机身(1)，所述下单翼机身(1)的左右两侧均设置有机翼(2)，所述下单翼机身(1)的机尾顶部均匀设置有两片V型尾翼(6)，所述机翼(2)的后侧开设有安装槽，所述安装槽内安装有副翼(5)，所述副翼(5)与机翼(2)内部的驱动电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于：所述可倾转旋翼装置(200)包括发动机舱(3)，两组所述发动机舱(3)分别通过旋转轴安装在两组机翼(2)的翼尖端，所述发动机舱(3)内安装有电机/发动机、减速器和角度传感器，所述电机/发动机通过减速器和输出轴安装有旋翼(4)，两组旋翼(4)桨距相等，方向相反，旋转方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于：所述涵道风扇推进装置(300)包括风扇(7)，所述风扇(7)的外侧壁设置有涵道(9)，所述下单翼机身(1)的尾部开设有喷气孔，所述下单翼机身(1)的顶部开设有进气口，所述进气口与喷气口相连通，所述涵道(9)设置在喷气口内。

4.根据权利要求3所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于：所述矢量喷管装置(400)包括第一喷管(8)、第二喷管(81)、第三喷管(82)和第四喷管(83)，所述第一喷管(8)的前端与风扇(7)密封连接，所述第一喷管(8)后端与第二喷管(81)前端以正圆方式密封连接，所述第二喷管(81)前端外侧有齿圈，所述齿圈与下单翼机身(1)内部的伺服电机1通过齿轮啮合，所述第二喷管(81)后端与第三喷管(82)以斜切圆方式密封连接，所述第三喷管(82)前端外侧有齿圈，所述齿圈与下单翼机身(1)内部伺服电机2通过齿轮啮合，所述第三喷管(82)后端与第四喷管(83)以斜切圆方式密封连接，所述第四喷管(83)前端外侧有齿圈，所述齿圈与下单翼机身(1)内部伺服电机3通过齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于：所述机翼(2)和V尾翼(6)与其他常规飞机布局无异，所述机翼(2)与下单翼机身(1)固定连接并且圆滑过渡。

6.根据权利要求5所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于：所述V尾翼(6)与下单翼机身(1)通过转轴转动连接，分别由安装在下单翼机身(1)尾部的2个舵机作为执行机构，进行一定角度的偏转。作为改进，尾翼也可以为T型，H型，倒V型或倒T型。

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的一种利用涵道风扇矢量喷管的倾转旋翼机，其特征在于，包括以下步骤。

步骤一：两个旋翼(4)桨距相等，方向相反，旋转方向相反，扭矩互相抵消，旋转时推动气流向后/向下，产生升力或推力；下单翼机身(1)内安装伺服电机，伺服电机在飞控系统控制下运转，带动旋转轴旋转，带动发动机舱(3)和旋翼(4)围绕旋转轴做90度旋转，角度传感器回传发动机舱(3)的倾转角度数据给飞控系统作为闭环反馈，旋翼(4)水平向前时为固定翼飞行模式，旋翼(4)垂直向上为直升机模式，其余位置为混合模式，旋翼(4)由电机/发动机通过减速机构带动，取消了周期变距机构，为固定桨距，飞控系统通过调整电机/发动机的转速，实现调整旋翼(4)的推力/升力。

步骤二：下单翼机身(1)尾部内部安装涵道风扇(7)，进气口开于下单翼机身(1)尾部上方，涵道风扇(7)从下单翼机身(1)尾部上方的进气口吸入空气，经过风扇(7)加速后从喷气口喷出，产生尾部推力。

步骤三：矢量喷管的伺服电机1在飞控系统指令下旋转，通过齿圈减速，带动第二喷管(81)围绕第一喷管(8)的轴心顺时针/逆时针旋转若干度，实现矢量喷管装置(400)在垂直向下或45度斜向下时的左右摆动；同理伺服电机2在飞控系统指令下旋转，通过齿圈减速，带动第三喷管(82)围绕第二喷管(81)后端斜切圆心顺时针/逆时针旋转180度，第三喷管(82)旋转180度，实现整个矢量喷管装置(400)45度的转向；同理伺服电机3在飞控系统指令下旋转，通过齿圈减速，带动第四喷管(83)围绕第三喷管(82)后端斜切圆心轴心顺时针/逆时针旋转180度，第四喷管(83)旋转180度，实现整个矢量喷管装置(400)45度的转向；第三喷管(82)和第四喷管(83)同时旋转180度，可以实现整个矢量喷管装置(400)90度的偏转。具体如下：

矢量喷管装置(400)从水平向后偏转45度斜向下：第二喷管(81)和第四喷管(83)段保持固定，第三喷管(82)段外侧的伺服电机2在飞控系统信号控制下，旋转180度，实现第四喷管(83)从水平向后向下偏转至45度斜下；

矢量喷管装置(400)从45度斜向下偏转至垂直向下：第二喷管(81)保持固定，第三喷管(82)旋转180度后保持固定，第四喷管(83)段外侧的伺服电机3在飞控系统信号控制下，旋转180度，实现第四喷管(83)从45度斜向下偏转至垂直向下；

矢量喷管装置(400)从垂直向下转至45度斜向下：第二喷管(81)保持固定，第四喷管(83)段外侧的伺服电机3在飞控系统信号控制下，旋转180度，第四喷管(83)从垂直向下偏转至45度斜向下；

矢量喷管装置(400)从45度斜向下转至水平：第二喷管(81)保持固定，第四喷管(83)旋转180度后保持固定，第三喷管(82)段外侧的伺服电机2在飞控系统信号控制下，旋转180度，第四喷管(83)从45度斜向下偏转至水平向后；

矢量喷管装置(400)在45度斜向下或垂直向下时的左右摆动：第三喷管(82)和第四喷管(83)段在旋转后保持固定，第二喷管(81)段外侧的伺服电机1在飞控系统指令下旋转，通过齿圈减速，带动第二喷管(81)围绕第一喷管(8)的轴心顺时针/逆时针旋转若干度。实现矢量喷管在垂直向下或45度斜向下时的左右摆动。

步骤四：A、垂直起降模式：副翼(5)向下偏转至最大位置，减少下洗气流影响；发动机舱(3)和旋翼(4)位于垂直位置，两个旋翼(4)在两个电机/发动机带动下旋转，产生升力，同时产生抬头力矩，机尾的风扇(7)旋转吸取空气后通过矢量喷管装置(400)喷出，矢量喷管装置(400)喷口垂直向下，气流因此向下喷出，产生升力，同时产生低头力矩，和机翼(2)两侧旋翼(4)产生的抬头力矩相抵消，飞行器在俯仰方向达到平衡，当总升力大于飞行器的重力时，飞机向上垂直升起，反向为降落过程。

当起飞/降落过程中受到外界扰动产生不平衡：1：俯仰失衡，尾部风扇(7)调整转速，增加或降低尾部升力，恢复俯仰平衡；2：横滚失衡，分别调整机翼(2)两侧的旋翼(4)转速，产生升力差，恢复横滚平衡；3：航向失衡，尾部矢量喷管装置(400)左右摆动，产生顺时针/逆时针力矩，恢复航向平衡。

B、垂直向固定翼模式过渡：发动机舱(3)和旋翼(4)慢慢向前倾转，倾转同时增加转速和升力，同时风扇(7)相应调整推力，飞行器逐步向前加速飞行，随着速度增加，机翼(2)产生了升力，发动机舱(3)和旋翼(4)逐步向水平方向倾转，矢量喷管装置(400)变成45度斜下，反向为固定翼模式向垂直过渡。

过渡过程中受到外界扰动产生不平衡，1：俯仰失衡，尾部风扇(7)调整转速，增加/降低尾部升力，同时V尾翼(6)偏转，产生俯仰力矩，恢复俯仰平衡；2：横滚失衡，分别调整机翼(2)两侧的旋翼(4)转速，同时机翼(2)后缘安装的2片副翼(5)反向偏转，产生升力差和横滚力矩，恢复横滚平衡；3：航向失衡，尾部矢量喷管装置(400)左右摆动，V尾翼(6)偏转，产生顺时针/逆时针力矩，恢复航向平衡。

C、短距起降模式：副翼(5)向下偏转至最大位置，减少下洗气流影响；发动机舱(3)和旋翼(4)位于60度倾角位置，两个旋翼(4)在两个电机/发动机带动下旋转，产生升力和推力，同时产生抬头力矩。机尾的风扇(7)旋转吸取空气后通过矢量喷管装置(400)喷出，矢量喷管装置(400)喷口垂直向下，气流因此向下喷出，产生升力，并且产生低头力矩，和机翼(2)两侧旋翼(4)产生的抬头力矩相抵消，飞行器在俯仰方向达到平衡，飞行器在推力的作用下滑跑，机翼(2)产生升力，机翼(2)产生的升力、风扇(7)的升力加上机翼(2)的升力合计大于飞行器的重力时，飞机向上升起，由于克服重力的升力大部分来自于旋翼(4)产生的升力，因此需要的滑跑速度小于常规滑跑起飞的速度，实现了短距起飞。反向为降落过程。

当短距起飞/降落过程中受到外界扰动产生不平衡时的控制与过渡模式时的控制方法一致：1：俯仰失衡，尾部风扇(7)调整转速，增加尾部升力，同时V尾翼(6)偏转，产生俯仰力矩，恢复俯仰平衡；2：横滚失衡，分别调整机机翼(2)两侧的旋翼(4)转速，机翼(2)后缘安装的2片副翼(5)反向偏转，产生升力差和横滚力矩，恢复横滚平衡；3：航向失衡，尾部矢量喷管装置(400)左右摆动，V尾翼(6)偏转，产生顺时针/逆时针力矩，恢复航向平衡。

D、固定翼飞行模式：发动机舱(3)和旋翼(4)转至水平方向，矢量喷管装置(400)变成水平向后，此时为固定翼模式，此时飞行原理和控制与常规螺旋桨固定翼飞机无异，俯仰由V尾翼(6)进行控制，滚转由机翼(2)后缘安装的副翼(5)进行控制，航向由V尾翼(6)和副翼(5)共同控制，飞行速度由电机/发动机转速控制；与常规螺旋桨固定翼飞机的差异是，飞行时除机翼(2)两侧的旋翼(4)产生推力外，尾部的涵道风扇(7)也保持一定转速旋转，配合矢量喷管装置(400)水平向后，产生了额外的推力，因此，涵道风扇(7)和旋翼(4)同时产生推力，增加了飞行速度。