Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
COMBINED VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/078622
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a combined vertical take-off and landing aircraft. The combined vertical take-off and landing aircraft comprises an aircraft body (2), a rotor/wing (1) which can be switched between a rotor state and a fixed wing state, and a locking device for locking the rotor/wing (1), wherein the combined vertical take-off and landing aircraft also comprises attitude-adjusting nozzles (3) for attitude control, high-pressure air guide pipes (4), and an engine (8) for generating high-pressure air. The attitude-adjusting nozzles (3) are connected to the high-pressure air guide pipes (4), and the high-pressure air guide pipes (4) are used for conveying high-pressure air generated by the engine. The directions of the attitude-adjusting nozzles (3) are configured in the directions which enable the attitude-adjusting nozzles (3) to generate a vertical thrusting force or a vector component of a vertical thrusting force. At least two attitude-adjusting nozzles (3) respectively arranged at the left and right parts of the aircraft are used as roll attitude-adjusting devices. The combined vertical take-off and landing aircraft further comprises a pitch attitude-adjusting device and therefore has the advantages that the flight control is more stable during a switching period of a lifting force generating mechanism by providing the attitude-adjusting nozzles which are independent of the rotor/wing, and the aircraft can safely and stably switch between a fixed wing mode and a helicopter mode.

Inventors:
WU, Jianwei (Room 16F, Block ATianli Building,,No.137, Wushan Road, Tianhe Distric, Guangzhou Guangdong 5, 510635, CN)
Application Number:
CN2015/095238
Publication Date:
May 26, 2016
Filing Date:
November 21, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
WU, Jianwei (Room 16F, Block ATianli Building,,No.137, Wushan Road, Tianhe Distric, Guangzhou Guangdong 5, 510635, CN)
International Classes:
B64C29/04
Foreign References:
CN204279944U2015-04-22
CN2827873Y2006-10-18
CN1662419A2005-08-31
CN102336267A2012-02-01
CN102616371A2012-08-01
JPH05185988A1993-07-27
US5246188A1993-09-21
US5666803A1997-09-16
US5788181A1998-08-04
US7837141B22010-11-23
US3117750A1964-01-14
Download PDF:
Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 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) 、 用于锁定所述旋翼 /机翼 (1) 的锁 定装置; 其特征在于: 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) 、 用于产生高压空气的发动机 (8) 、 高压空气导管

(4) , 所述的调姿喷嘴 (3) 与所述的高压空气导管 (4) 连接, 所 述高压空气导管 (4) 用于输送所述发动机 (8) 所产生的高压空气; 所述调姿喷嘴 (3) 的方向设置为使所述的调姿喷嘴 (3) 可以产生垂 直推力或垂直推力的矢量分量的方向; 至少有两个所述调姿喷嘴 (3 ) 分别置于飞行器的左部及右部作为滚转调姿装置, 所述的复合式垂 直起降飞行器还包括俯仰调姿装置。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述的 俯仰调姿装置为至少一个置于飞行器的前部或后部的调姿喷嘴 (3)

[权利要求 3] 根据权利要求 1或 2所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述 的调姿喷嘴 (3) 置于所述复合式垂直起降飞行器的端部。

[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 该复合 式垂直起降飞行器还包括固定机翼 (5) ; 所述两个用作滚转调姿装 置的调姿喷嘴 (3) 分别置于所述固定机翼 (5) 的左半翼及右半翼。

[权利要求 5] 根据权利要求 4所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 该复合 式垂直起降飞行器还包括水平尾翼 (6) , 还包括两个所述调姿喷嘴 (3) 分别置于所述水平尾翼 (6) 的左部及右部作为俯仰调姿装置。

[权利要求 6] 根据权利要求 2所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 该复合 式垂直起降飞行器还包括鸭式前翼 (7) 、 水平尾翼 (6) , 所述的鸭 式前翼 (7) 包括左前翼、 右前翼, 所述的水平尾翼 (6) 包括左尾翼 、 右尾翼; 有 4个所述的调姿喷嘴 (3) 分别置于所述的左前翼、 右前 翼、 左尾翼、 右尾翼; 所述的调姿喷嘴 (3) 兼作滚转与俯仰调姿装 [权利要求 7] 根据权利要求 6所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述的 调姿喷嘴 (3) 分别置于所述的左前翼、 右前翼、 左尾翼、 右尾翼的 大体梢部处。

[权利要求 8] 根据权利要求 1、 2、 4、 5、 6、 7所述的任一复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述的调姿喷嘴 (3) 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; 所述的复合式垂直起降飞行 器还包括使所述调姿喷嘴 (3) 倾转的倾转装置。

[权利要求 9] 根据权利要求 1、 2、 4、 5、 6、 7所述的任一复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述的调姿喷嘴 (3) 还设置有倾斜装置, 所述的倾斜 装置使所述调姿喷嘴 (3) 所喷出的气流可以朝所述复合式垂直起降 飞行器的左、 右方倾斜。

[权利要求 10] 根据权利要求 9所述的复合式垂直起降飞行器, 其特征在于: 所述的 调姿喷嘴 (3) 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, 所述的复合式垂直起降飞行器还包括使所述调姿 喷嘴 (3) 倾转的倾转装置。

Description:
一种复合式垂直起降飞行器

[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