[0001] 技术领域

[0002] 本发明涉及一种垂直起降飞行器， 尤其涉及一种复合式的垂直起降飞行器。

[0003] 背景技术

[0004] S-72型复合式飞行器为西科斯基研制的 "X翼"系统的复合式垂直起降试验机， 该飞行器使用了"旋翼 /机翼"技术 （Rotor/Wing, RW) 。 "X翼"是作为 "停转旋翼 " (stopped rotor) 系统的构思， 四片桨叶的主旋翼能用于像常规直升机一样垂 直飞行， 一旦达到足够的前飞速率后就在半空中停止转 动， 作为像 "X形状"的固 定翼飞行。 此外， "X翼"采用了环流控制旋翼 （circulation control rotor, CCR) ， 依靠 CCR旋翼从旋翼桨叶叶片后缘吹出高压空气， 推动旋翼转动。

[0005] 波音公司研制的 X-50A"蜻蜓"无人机是一种复合式垂直起降试验� �， 这种复合 式飞行器称之为鸭式旋翼 /机翼 （Canard Rotor/Wing， CRW) 飞行器， X-50A"蜻 蜓"设计有类似直升机的宽旋翼， 它在起飞吋就像普通直升机一样使用顶部旋翼 ， 当飞机平飞吋， 旋翼被锁定在机身上， 它就成为固定机翼， 从而使飞机既具 有直升机一样的垂直起降和空中悬停能力， 又能像固定翼飞机那样高速巡航飞 行， 这种设计不仅融合了两种不同种类飞机的飞行 性能， 提高了各自的飞行包 线， 而且还具有较低的信号特征值和很好的高速飞 行生存性。 X-50A "蜻蜓"无人 机具有鸭式前翼和宽大的水平尾翼， 机顶上有一字形的旋翼 /机翼。 在直升机模 式状态下， 旋翼 /机翼在喷气翼尖的作用下旋转， 产生升力。 一字形的旋翼 /机翼 相当于双叶旋翼， 可以用跷跷板铰链完成挥舞和领先 -滞后动作， 所以 X-50A "蜻 蜓"无人机对非对称升力的补偿还是常规的。 X-50A "蜻蜓"无人机的动力装置是 一台涡扇发动机， 从压缩机引出高压气流， 通过管路输送到旋翼 /机翼的翼尖， 驱动喷气翼尖。 由于喷气翼尖不产生反扭力， X-50A"蜻蜓"无人机没有尾桨。 达 到一定的平飞速度后， 鸭式前翼和水平尾翼产生足够的升力， 旋翼 /机翼锁住， 作为固定的机翼， 飞机转入固定翼状态。

[0006] X-50A"蜻蜓"采用宽弦刚性桨毂可锁定的两用旋� � /机翼 （stopped rotor) 。 粗短 宽厚的刚性旋转机翼从根本上解决了很多细长 的柔性旋翼桨叶难以解决的问题

， 但是和常规直升机相比， 这些飞机的悬停和非常规机动性能受到一定损 失。 C RW飞行器最主要的技术问题是来自于升力产生� ��制转换期间的飞行控制问题， 容易造成控制交叉耦合； 而且机身容易受到了严重的气流扰动， 在两个方向的 空速发生叠加而且机翼仍处于旋翼的旋转工作 状态吋， 飞机会产生一个难以恢 复的抬头力矩， 可以直接导致飞机失控。 事实上， 所有在升力产生机制中转换 的"旋翼 /机翼"技术 （Rotor/Wing, RW) 都有这个机制转换期间的控制问题， 机 制转换动辄几十秒， 快的也要 10几秒， 转换过快容易造成失控， 同吋机制转换 也有速度和高度的限制， 不是随吋随地想转换就可以转换的。 在战斗中， 这个 转换吋间和高度、 速度的要求给战术动作带来很大的困扰。

[0007] 发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种可以更加 平稳地转换升力产生机制的复合 式垂直起降飞行器。

[0009] 为解决上述的技术问题， 本发明一种复合式的垂直起降飞行器包括机身 、 可以 切换为旋翼状态或固定翼状态的旋翼 /机翼、 用于锁定旋翼 /机翼的锁定装置； 其 中， 该复合式垂直起降飞行器还包括用于姿态控制 的调姿喷嘴、 高压空气导管 、 用于产生高压空气的发动机， 调姿喷嘴与高压空气导管连接， 高压空气导管 用于输送发动机所产生的高压空气； 调姿喷嘴的方向设置为使调姿喷嘴可以产 生垂直推力或垂直推力的矢量分量的方向； 至少有两个调姿喷嘴分别置于飞行 器的左部及右部作为滚转调姿装置， 该复合式垂直起降飞行器还包括俯仰调姿 装置。

[0010] 这样的好处是， 通过设置有独立于旋翼 /机翼 （Rotor/Wing, RW) 的调姿喷嘴

， 使升力产生机制转换期间的飞行控制更加稳定 ， 独立于旋翼 /机翼的调姿喷嘴 不会造成飞行控制交叉耦合的问题； 调姿喷嘴用作滚转姿态的控制可以使飞行 器在升力产生机制转换期间不会发生机身翻滚 而导致失速的情况， 可以保持机 身的水平状态， 使飞行器可以更加安全、 平稳地转换到固定翼模式或直升机模 式。

[0011] 作为本发明一种复合式的垂直起降飞行器的进 一步改进， 俯仰调姿装置为至少 有一个置于飞行器的前部或后部的调姿喷嘴。 这样的好处是， 通过设置有独立 于旋翼 /机翼 （Rotor/Wing, RW) 的调姿喷嘴， 使升力产生机制转换期间的飞行 控制更加稳定， 独立于旋翼 /机翼的调姿喷嘴不会造成飞行控制交叉耦合� �问题 ； 调姿喷嘴用作俯仰姿态的控制可以使飞行器摆 脱自动倾斜器等复杂的调姿装 置， 使俯仰调姿的效率大大提高， 从而使飞行器可以更加安全、 平稳地转换到 固定翼模式或直升机模式。

[0012] 作为本发明一种复合式的垂直起降飞行器的进 一步改进， 调姿喷嘴还可以置于 该复合式垂直起降飞行器的端部。 这样的好处是， 调姿喷嘴设置在远离飞行器 重心的端部， 这样可以提高调姿喷嘴姿态控制的效率。

[0013] 作为以上本发明复合式的垂直起降飞行器的一 种改进， 该复合式垂直起降飞行 器还包括固定机翼； 两个用作滚转调姿装置的调姿喷嘴分别置于固 定机翼的左 半翼及右半翼。 作为更进一步改进， 该复合式垂直起降飞行器还包括水平尾翼 ， 还包括两个调姿喷嘴分别置于水平尾翼的左部 及右部， 可以用作俯仰调姿装 置。 固定机翼可以连接在大体机身的中段， 也可以连接在飞行器重心附近。 这 种常规的布局可以使飞行器在固定翼的飞行状 态下更为稳定。

[0014] 作为本发明一种复合式的垂直起降飞行器的另 一种改进， 该复合式垂直起降飞 行器还包括鸭式前翼、 水平尾翼， 鸭式前翼包括左前翼、 右前翼， 水平尾翼包 括左尾翼、 右尾翼； 有 4个调姿喷嘴分别置于左前翼、 右前翼、 左尾翼、 右尾翼 ； 调姿喷嘴兼作滚转与俯仰调姿装置。 作为更进一步改进， 调姿喷嘴可以分别 置于左前翼、 右前翼、 左尾翼、 右尾翼的大体梢部处。 这样的好处是， 鸭式布 局可以把旋翼 /机翼和鸭式前翼、 水平尾翼等固定机翼的位置错幵， 鸭式前翼、 水平尾翼不会遮挡旋翼 /机翼的下洗气流， 提高的旋翼 /机翼的效率。 调姿喷嘴分 别置于左前翼、 右前翼、 左尾翼、 右尾翼的大体梢部处的好处是提高的调姿喷 嘴姿态控制的效率。

[0015] 作为以上各个实施例的进一步改进， 调姿喷嘴还设置有倾斜装置， 倾斜装置使 调姿喷嘴所喷出的气流可以朝该复合式垂直起 降飞行器的左、 右方倾斜。 作为 更进一步改进， 调姿喷嘴还可以设置为可以在产生水平推力的 位置与产生垂直 推力的位置之间进行倾转， 复合式垂直起降飞行器还包括使调姿喷嘴倾转 的倾 转装置。 通过左右倾斜调姿喷嘴所产生的气流， 使调姿喷嘴可以产生垂直推力 与左右水平推力的矢量分量， 可以利用同吋左或右倾斜各个调姿喷嘴所产生 的 气流从而进行横向飞行， 还可以利用左或右倾斜调姿喷嘴所产生的气流 进行或 增强滚转控制。 调姿喷嘴设置为可以在产生水平推力的位置与 产生垂直推力的 位置之间进行倾转的好处使可以使调姿喷嘴在 产生垂直推力的同吋产生纵向水 平推力的矢量分量， 可以通过前后倾转调姿喷嘴进行或增强俯仰控 制， 还可以 通过同吋前后倾转各个调姿喷嘴， 进行纵向水平飞行。

[0016] 附图说明

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步详细的说明。

[0018] 图 1是本发明一种复合式垂直起降飞行器的调姿� �嘴连接示意图。

[0019] 图 2是本发明一种复合式垂直起降飞行器的一种� �施例示意图。

[0020] 图 3是本发明一种复合式垂直起降飞行器的另一� �实施例示意图。

[0021] 具体实施方式

[0022] 如图 1所示本发明一种复合式垂直起降飞行器的调� �喷嘴连接示意图， 本发明 一种复合式垂直起降飞行器包括机身 2、 可以切换为旋翼状态或固定翼状态的旋 翼 /机翼 1、 用于锁定旋翼 /机翼 1的锁定装置； 其中， 该复合式垂直起降飞行器还 包括用于姿态控制的调姿喷嘴 3、 高压空气导管 4、 用于产生高压空气的发动机 8 ， 调姿喷嘴 3与高压空气导管 4连接， 高压空气导管 4用于输送发动机所产生的高 压空气； 调姿喷嘴 3的方向设置为使调姿喷嘴 3可以产生垂直推力或垂直推力的 矢量分量的方向； 至少有两个调姿喷嘴 3分别置于飞行器的左部及右部作为滚转 调姿装置， 该复合式垂直起降飞行器还包括俯仰调姿装置 。 俯仰调姿装置可以 为至少一个置于飞行器的前部或后部的调姿喷 嘴 3。 调姿喷嘴 3的方向可以设置 为使调姿喷嘴 3可以产生垂直推力或垂直推力的矢量分量的� �向； 当然， 利用调 姿喷嘴 3产生反升力也可以对飞行姿态进行控制， 但是调姿喷嘴 3产生反升力会 令飞行器损失一部分升力， 所以应该以调姿喷嘴 3设置的方向可以使调姿喷嘴 3 产生升力或升力的矢量分量的方向为优选。 调姿喷嘴 3还可以设置有控制阀门， 控制阀门与伺服作动装置连接， 伺服作动装置用于对控制阀门进行控制。

[0023] 当然， 也可以利用其它装置来作为俯仰调姿装置， 例如直升机的自动倾斜器。 自动倾斜器可以由两个主要零件组成： 一个不旋转环和一个旋转环。 不旋转环 被安装在旋翼轴上， 并通过一系列推拉杆与周期变距和总距操纵装 置相连。 它 能够向任意方向倾斜， 也能垂直移动。 旋转环通过轴承被安装在不旋转环上， 能够同旋翼轴一起旋转。 扭力臂用于保证旋转环与桨叶一起同步旋转。 防扭臂 则用于阻止不旋转环旋转。 这两个环作为一个单元体同吋倾斜和上下。 旋转环 通过拉杆与变距摇臂相连。 可以通过周期变距操纵装置操纵自动倾斜器使 旋翼 桨叶周期变距实现俯仰姿态及滚转姿态的控制 ， 也可以控制纵向速度及横向速 度； 通过总距操纵装置操纵自动倾斜器同步改变旋 翼桨叶桨距用于控制直升机 的垂直速度。

[0024] 发动机 8可以采用涡扇发动机或涡喷发动机， 也可以利用其它类型的发动机， 例如涡轮轴发动机功率连接压缩机等， 利用高压空气导管 4输送发动机内部或压 缩机产生的高压空气到调姿喷嘴 3， 调姿喷嘴 3喷出气流产生推力， 从而实现姿 态的控制。 发动机 8可以为同吋驱动旋翼 /机翼 1的主发动机， 也可以为独立的、 专门服务于调姿喷嘴 3的发动机。

[0025] 可以采用环流控制旋翼 （circulation control rotor, CCR) 技术， 依靠 CCR旋翼 从旋翼桨叶叶片后缘吹出高压空气， 推动旋翼转动。 即利用从压缩机引出高压 气流， 通过管路输送到旋翼 /机翼 1的翼尖， 驱动喷气翼尖， 从而带动旋翼 /机翼 1 的转动。 当然， 也可以采用直升机传统的机械式的驱动方式。

[0026] 作为进一步改进， 调姿喷嘴 3可以置于复合式垂直起降飞行器的端部。 例如用 于滚转调姿的调姿喷嘴分别置于飞行器的左端 及右端， 用于俯仰调姿的调姿喷 嘴置于飞行器的前端或后端。 通过将调姿喷嘴远离飞行器重心的设置， 增强调 姿喷嘴 3对于姿态的控制。

[0027] 如图 2所示本发明一种复合式垂直起降飞行器的一� �实施例示意图， 该复合式 垂直起降飞行器还包括固定机翼 5 ; 两个用作滚转调姿装置的调姿喷嘴 3分别置 于固定机翼 5的左半翼及右半翼。 进一步地改进， 该复合式垂直起降飞行器还包 括水平尾翼 6， 还包括两个调姿喷嘴 3分别置于水平尾翼 6的左部及右部用作俯仰 调姿装置。 固定机翼可以连接在大体机身的中段， 也可以连接在飞行器重心附 近。 [0028] 如图 3所示本发明一种复合式垂直起降飞行器的另� �种实施例示意图， 该复合 式垂直起降飞行器还包括鸭式前翼 7、 水平尾翼 6， 鸭式前翼 7包括左前翼、 右前 翼， 水平尾翼 6包括左尾翼、 右尾翼； 有 4个调姿喷嘴 3分别置于左前翼、 右前翼 、 左尾翼、 右尾翼； 调姿喷嘴 3兼作滚转与俯仰调姿装置。 作为更进一步改进， 调姿喷嘴 3分别置于左前翼、 右前翼、 左尾翼、 右尾翼的大体梢部处。

[0029] 作为以上本发明一种复合式垂直起降飞行器各 个实施例的更进一步改进， 调姿 喷嘴 3还设置有倾斜装置， 倾斜装置使调姿喷嘴 3所喷出的气流可以朝该复合式 垂直起降飞行器的左、 右方倾斜。

[0030] 倾斜装置可以包括调姿喷嘴 3与高压空气导管 4活动连接的活动连接部件、 以及 作动装置， 调姿喷嘴 3与作动装置连接， 作动装置用于驱动调姿喷嘴 3倾斜； 活 动连接部件可以是旋转套环、 轴套， 也可以是其它装置， 例如三轴承推力矢量 喷管等。 倾斜装置也可以是控制舵面或导流叶、 以及作动装置； 可以在调姿喷 嘴 3的气流出口设置有控制舵面或导流叶， 通过倾斜控制舵面或导流叶改变气流 的方向， 活动连接控制舵面或导流叶， 控制舵面或导流叶与与作动装置连接， 作动装置用于驱动控制舵面或导流叶朝该飞行 器左、 右方倾斜。

[0031] 作为更进一步改进， 调姿喷嘴 3设置为可以在产生水平推力的位置与产生垂� � 推力的位置之间进行倾转， 复合式垂直起降飞行器还包括使调姿喷嘴 3倾转的倾 转装置。 倾转装置可以包括活动连接调姿喷嘴 3的活动连接部件、 使调姿喷嘴 3 前后倾转的作动装置； 活动连接部件可以是旋转套环、 轴套， 也可以是其它装 置， 例如三轴承推力矢量喷管等。

[0032] 本发明以上所述的作动装置、 伺服作动装置可以采用伺服驱动器 （servo drives ) 、 旋转驱动器 （rotary actuator) 、 伺服作动器等任意一种， 伺服作动器是指一 种飞行控制系统的执行机构， 亦称舵机； 它可以按照飞控计算机的输出指令对 飞行器的各操纵面进行直接 （如复合舵机型） 或间接 （如辅助舵机型） 控制； 伺服作动器有多种类型， 可以采用电液伺服作动器， 也可以采用其它类型的伺 服作动器， 例如电动式伺服作动器或气动式伺服作动器等 等。 作动装置的安装 方式因作动装置的类型而定， 可以是直接连接作动装置， 也可以通过曲轴、 转 轴、 齿轮、 传动轴等机构间接连接。 [0033] 最后所应说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非 限制， 尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换 ， 而不脱离本发明技术方案的精 神和范围； 依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任 何简单修改、 等同变 化与修饰， 均仍属于本发明技术方案的范围内。

[0034]

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果