專利名稱：旋翼軸可控傾轉式共軸旋翼直升機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛行器，特別是共軸旋翼直升機背景技術卡莫夫設計了大量的共軸旋翼直升機，與用傾斜盤控制的大型直升機不同，最初設計的卡-1式單人直升機旋翼非常簡單，仰角固定地安裝在旋翼軸上，這樣，其產(chǎn)生升力的大小，完全由旋翼轉數(shù)決定，旋翼軸固定安裝在機身中部，由后部的發(fā)動機驅動，駕駛員位于前部，用操縱桿控制最后的一對垂尾，由一對氣囊作為起落裝置。在有駕駛員時，重心位于旋翼軸之前，這樣，直升機只能向前飛，由尾翼的偏轉，來使直升機左右轉向，飛行色高度和速度成正比，都由油門控制。它的結構和操縱都很簡單，缺點是不能垂直起降。
美國人伍迪·諾里斯發(fā)明的空中摩托(《科技新時代》2002年11月號，P42，“個人飛行器帶你自由翱翔”)與卡-1都是共軸旋翼直升機，相同點是旋翼仰角固定，用尾部的一對垂尾來控制直升機左右轉向。不同點是旋翼軸安裝在C型梁的頂端，駕駛員位于旋翼軸正下方，后部的發(fā)動機通過傳動軸和一對皮帶輪將動力傳給旋翼軸，前部有一個安置在連桿機構上的重塊來平衡重心，重塊通過連桿機構與自行車把式的操縱手把相連，向前推和向后拉操縱手把，可以使重塊前后移動，當保持中立時直升機重心與旋翼軸延長線重合。在飛行時，用油門控制升力大小，左右轉動操縱手把來控制飛行方向，前推操縱手把時，由于重心位于旋翼軸延長線的前方，所以直升機向前飛，同理向后拉操縱手把時直升機后退飛行，中立時，直升機處于垂直升降狀態(tài)。與卡-1相比，飛行摩托可以垂直起降，但由于用重塊來調整重心增加了不必要的重量，并且重塊的重量有限，重心的變化范圍較小。

發(fā)明內容
①要解決的技術問題是旋翼仰角固定的共軸旋翼直升機，如何在前飛狀態(tài)與垂直升降狀態(tài)之間，高效轉換的問題。
②技術方案結構如附圖1所示，旋翼仰角固定，旋翼軸1固定安裝在尾梁2前端，尾梁與機身3有鉸鏈裝置連接，長度可調節(jié)的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置4連接機身與尾梁。通過調節(jié)飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，調整旋翼軸延長線與直升機重心的相對位置。
如附圖2所示大部分的升力都由兩副旋翼產(chǎn)生，所產(chǎn)生的升力可以簡化為作用在兩副旋翼之間中點的旋翼軸S點，方向為沿旋翼軸向上。平穩(wěn)飛行時，升力中心S與重心G必然在與水平面垂直的同一條垂線上。當重心G在旋翼軸延長線上時，重力與升力作用在同一線上，方向相反，如果升力大于直升機重量，直升機處于上升趨勢；如果升力小于重力，直升機處于下降趨勢中；如果相等。則保持原運動趨勢。當重心G不在旋翼軸延長線上時，升力可分解為垂直升力與水平推力，如前所述，垂直升力與直升機所受重力的關系決定直升機是上升還是下降。水平推力則決定前進的速度。水平推力與垂直升力比例的大小視重心G與旋翼軸延長線的遠近而決定，越遠則水平推力越大。
如附圖2所示，調節(jié)飛行姿態(tài)調節(jié)裝置4的長度，使旋翼軸延長線與重心重合時，直升機處于垂直升降狀態(tài)；調長飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，使重心在旋翼軸延長線之前時，直升機處于前飛狀態(tài)；調短飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，使重心在旋翼軸延長線之后時，直升機處于后飛狀態(tài)。發(fā)動機油門控制旋翼轉速高低，垂直尾翼5調整飛行方向，也可以在尾梁兩側設置產(chǎn)生升力的短翼，當偏轉垂直尾翼轉向時，同步調整所轉方向的翼面，減小升力，使機身傾斜，加速轉向。
飛行姿態(tài)調節(jié)裝置4可采用機械裝置，如絲杠6與螺母配合。螺母用鉸鏈固定在尾梁上，絲杠用一對斜軸承定位于機身上鉸鏈座7中，絲杠一端旋入螺母，另一端連接萬向節(jié)傳力軸8，用自行車式腳蹬9，通過一對傘齒輪驅動萬向節(jié)傳力軸。當腳蹬旋轉時，通過傳力軸帶動絲杠旋轉，由于絲杠只能旋轉和擺動，螺母只能擺動，所以絲杠的旋轉使螺母沿絲杠移動，帶動尾梁繞機身頂部鉸鏈擺動，調整了旋翼軸延長線相對于直升機重心的位置。從而達到了飛行姿態(tài)調節(jié)的目的。
也可以將絲杠用鉸接固定在尾梁上，用步進電機和減速器來驅動定位在鉸鏈座中的螺母，達到同樣的效果。
飛行姿態(tài)調節(jié)裝置也可采用液壓缸或氣壓缸。采用液壓缸時將活塞桿的頂端與尾梁中部鉸接，液壓缸的底部與機身鉸接，用三位換向閥來控制活塞桿的伸出、縮回和保持位置狀態(tài)。在活塞桿上設置位置檢測器，并在座艙中的活塞桿伸出位置顯示器上標出不同載重時，使旋翼軸延長線與直升機重心重合的活塞桿伸出位置，即垂直升降狀態(tài)，以便于操縱。
采用氣壓缸時，只保留前飛狀態(tài)和垂直升降狀態(tài)。連接方式與液壓缸相同，氣壓缸的底部應設置一個可調節(jié)長度的限位擋塊，通過調節(jié)限位擋塊，控制活塞縮回位置來調節(jié)不同載重時的垂直升降狀態(tài)。
③有益效果與卡-1式相比，本發(fā)明可以垂直起降，與空中摩托相比，由于本發(fā)明是整個機身向前擺動，重心的移動范圍更大，使直升機由起降狀態(tài)轉換為前飛狀態(tài)設計，效率更高。本發(fā)明也可以看作是直扳式操縱的改良型。


附圖1為結構示意圖，主要說明各部件的位置。附圖2為飛行原理圖，說明飛行姿態(tài)調節(jié)裝置4調節(jié)控制飛行的原理，上圖為旋翼軸延長線與重心重合時。直升機處于垂直升降狀態(tài)；中圖為重心在旋翼軸延長線之前時，直升機處于前飛狀態(tài)；下圖為重心在旋翼軸延長線之后時，直升機處于后飛狀態(tài)。附圖3為實施例1單人直升機的3視圖和機身內部布置圖。附圖4為尾梁和飛行姿態(tài)調節(jié)裝置4的側視圖和俯視圖。附圖5為軸箱剖視圖。附圖6為實施例2無人直升機的3視圖。
具體實施例方式
實施例1單人直升機結構如附圖3所示，機身采用半硬殼式結構，左右是兩個側圍框，頂部由兩條橫向加強梁連接，側圍框前部有兩道加強梁和縱梁加強與固定，側圍框底部和后部與背板10固定連接，滑橇式起落架11與背板和側圍框底部固定連接。駕駛員座椅12安置在座艙中，底部與背板固定，發(fā)動機13固定在背板之后，油箱14位于座椅與發(fā)動機之間，標準載重時全機重心的位置。艙門15用鉸鏈安裝在左側側圍框上。
如附圖4所示，尾梁由兩條梁組成，前部有與背板上的機身鉸鏈座相配的鉸鏈，并且與旋翼軸座16用剪力栓和柱銷固定，旋翼軸用一對斜軸承支撐固定在旋翼軸座中。尾梁中部與飛行姿態(tài)調節(jié)裝置鉸接，尾梁尾部與尾翼連接。
如附圖5所示，旋翼軸底端通過萬向節(jié)傳動軸17與變速器發(fā)動機連接，旋翼軸座之上是用花鍵傳動的齒輪18，軸箱19通過一對斜軸承固定在旋翼軸上，位在花鍵齒輪之上，軸箱底部的扭力盤20通過剪力栓與軸箱連接，扭力盤的長柄端與左尾梁固定使軸箱不轉動。這樣，花鍵齒輪通過軸箱中的斜齒輪21帶動反轉旋翼漿轂22上的齒輪，使反轉旋翼漿轂與正轉旋翼漿轂23轉速相等轉向相反，反轉旋翼漿轂通過一對斜軸承定位在旋翼軸上，旋翼軸頂端是正轉旋翼漿轂。正轉旋翼漿轂由兩個半圓環(huán)卡子24定位，半圓環(huán)卡子24有與旋翼軸環(huán)槽配合的凸起，并被緊固圓環(huán)25抱緊，反轉旋翼漿轂、軸箱、花鍵齒輪也有此類定位。
油門由鋼索，控制操縱桿上可轉動的油門把手，通過轉動角度的大小來控制發(fā)動機轉數(shù)的高低，以此來調節(jié)旋翼轉數(shù)的高低。車把式的操縱桿左右偏轉，通過鋼索帶動垂尾操縱面的偏轉來控制飛行的方向。由于尾梁會繞鉸鏈擺動，因此從機身道尾梁這一段，用可滑動的花鍵來傳遞操縱力。尾梁中部通過鉸鏈與飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的螺母鉸接，飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的絲杠一端旋入螺母，另一端用一對斜軸承固定在鉸接座中，鉸接座與背板鉸接，絲杠端頭通過萬向節(jié)傳力軸與旋轉腳蹬的齒輪副相連。當腳蹬轉動時，可帶動絲杠轉動，通過絲杠的轉動控制旋翼軸的傾斜，來使直升機處于前飛，后飛和垂直升降狀態(tài)。座艙中設置一個旋翼軸傾角指示器，可以通過測量絲杠的轉角來得到旋翼軸的傾角。在直升機負載標準重量時，測量直升機的重心位置，并調節(jié)絲杠使旋翼軸的延長線與重心重合，這時的旋翼軸傾角就是垂直升降時的傾角，在指示器上標注。測量不同負載時的垂直升降傾角，并將其一一標注。直升機起飛時，調節(jié)旋轉腳蹬使旋翼軸處于垂直升降傾角，旋動油門不斷提高旋翼轉速，當旋翼產(chǎn)生的升力大于直升機的總重時，便飛起。當直升機升到安全高度后，轉動腳蹬使直升機處于前飛狀態(tài)旋翼產(chǎn)生的一部分升力轉變?yōu)橄蚯帮w的推力，由于旋翼產(chǎn)生的總升力未變，所以回引起垂直升力下降，而導致直升機飛行高度下降，這時需加大油門，彌補升力下降的影響。
在飛行中，行進的方向靠操縱手把的左右偏轉來調整，前進或是垂直升降由旋轉腳蹬來調整，旋翼向前傾轉的角度越大速度越快，當旋翼向前傾轉的角度不變時，飛行的高度和速度成正比，都由油門控制。
降落時，對準適合的降落地點飛行，減小油門降低飛行高度和速度，到達后立即調節(jié)腳蹬使旋翼軸處于垂直升降傾角，不斷減小油門直至落地。
實施例2無人直升機結構如圖6所示，發(fā)動機變速器安裝在尾梁上，變速器通過一對皮帶輪驅動軸箱中的斜齒輪帶動旋翼轉動。尾梁頂部與機身鉸接，液壓缸與尾梁底部鉸接，活塞桿頂端與機身底部鉸接。尾梁兩側有產(chǎn)生升力的短翼，后部為撐桿連接的尾翼。機身內部分別為載荷空間、飛行控制系統(tǒng)和油箱。
權利要求
1旋翼軸可控傾轉式共軸旋翼直升機，有兩副共軸反轉的旋翼，旋翼仰角固定，依靠旋翼轉數(shù)決定升力大小，依靠尾翼(5)的偏轉調整飛行方向，其特征是旋翼軸(1)安置在尾梁(2)上，并且，尾梁(2)與機身(3)由鉸鏈裝置連接，長度可調節(jié)的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置(4)的兩端分別由鉸鏈裝置連接機身(3)與尾梁(2)，通過調節(jié)飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，可以使旋翼軸延長線分別處于直升機重心之前和之后的位置。
2一種如權利要求1所述的共軸旋翼直升機，其特征在于所述直升機尾梁兩側有產(chǎn)生升力的短翼，在轉向時同步調整所轉方向的翼面，減小升力。
3一種如權利要求1所述的共軸旋翼直升機，其特征在于所述直升機的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置是絲杠與螺母組合。
4一種如權利要求1所述的共軸旋翼直升機，其特征在于所述直升機的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置是雙作用液壓缸。
5一種如權利要求1所述的共軸旋翼直升機，其特征在于所述直升機的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置是氣壓缸。
全文摘要
旋翼軸可控傾轉式共軸旋翼直升機涉及一種飛行器，特別涉及共軸旋翼直升機。本發(fā)明旋翼仰角固定，旋翼軸固定安裝在尾梁前端，尾梁與機身有鉸鏈裝置連接，長度可調節(jié)的飛行姿態(tài)調節(jié)裝置連接機身與尾梁。通過調節(jié)飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，調整旋翼軸延長線與直升機重心的相對位置。調節(jié)飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，使旋翼軸延長線與重心重合時，直升機處于垂直升降狀態(tài)；調長飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，使重心在旋翼軸延長線之前時，直升機處于前飛狀態(tài)；調短飛行姿態(tài)調節(jié)裝置的長度，使重心在旋翼軸延長線之后時，直升機處于后飛狀態(tài)。發(fā)動機油門控制旋翼轉速高低，垂直尾翼調整飛行方向。本發(fā)明也可以看作是直扳式操縱的改良型。
文檔編號B64C27/00GK1857965SQ20061004659
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權日2006年5月18日
發(fā)明者胡俊峰 申請人:胡俊峰