一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于飛機設計領域，涉及垂直起降復合式飛行器的布局形式，具體涉及利用三旋翼的傾轉實現垂直或短距起降后高速平飛的長航時復合式飛行器布局形式。
【背景技術】
[0002]無論是海洋執法船的日常巡邏，還是“空海一體戰”的發展趨勢，非航母艦船迫切需要能夠與之配合的空中力量。然而非航母艦載機的起降條件極為特殊，如:可供使用的甲板面積小、艦船波動大、海風影響大等。此外，在較小的島礁上，環境條件與艦船相似，對飛行器也有同樣的要求。因此，需要一種能夠克服上述困難，具有垂直或短距起飛并且具有高速平飛能力的長航時飛行器，與非航母艦船編隊或島礁駐守人員配合，為其提供空中偵查和打擊能力。
[0003]現有的垂直起降復合式飛機可分為五類:尾座式，傾轉動力裝置式，推力轉向式，專用升力動力裝置式和上述后三類的混合配置式。其中，尾座式飛機，具有可垂直起飛的優點，但由于其垂直放置的機身迎風面積太大，會受到海風的嚴重影響。另一方面，在尾座式飛機改變飛行模式(垂直起降和平飛轉換)時控制比較復雜。由于尾座式飛機機身長度一般較短，因而對控制可靠性要求很高，而且飛機降落時須轉為垂直向上，飛行員視野限制大，操作困難。推力轉向式飛機具有矢量推進發動機，能夠將推力進行90度轉向，但其對發動機具有極高的要求。此外，在進行推力90度轉向時，飛機飛行穩定性較差。專用升力動力裝置式在起降狀態具有較好的性能，但其缺點在于專用升力裝置在平飛時變成了毫無作用的重量，減小了飛機的有效任務載荷。傾轉動力裝置式飛行器將動力裝置進行傾轉，克服了上述飛行器存在的不足之處。例如美國的V-22“魚鷹”飛機，該飛行器結合了直升機垂直起降和固定翼飛機高速平飛的優點。但是V-22“魚鷹”傾轉機構太過復雜，技術難度和成本都高于傳統直升機，而且復雜的動力和控制系統使得飛機的可靠性和飛行安全存在較大隱患。兩個發動機附加在機翼外段，限制了機翼只能采用中等展弦比，影響了機翼的氣動效率，同時發動機的動力和傾轉增加了機翼的結構載荷，因而必須增加結構強度，從而增加了額外的重量。此外，旋翼受到了機翼的遮擋，影響了旋翼的效率。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明公開一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，提出一種采用可傾轉臺架連接三旋翼動力系統的復合式飛行器布局方式。
[0005]本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，固定翼部分包括機身、機翼、尾翼。機身上裝載機載設備;機身兩側安裝有機翼。尾翼為兩個，分別安裝在兩根尾撐末端，采用V型尾翼布局;兩根尾撐前端分別與機身兩側的機翼固定;兩根尾翼間由加強板連接。
[0006]本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，還具有三旋翼系統與可傾轉支撐臺架。所述三旋翼系統為三臺螺旋槳發動機;可傾轉臺架通過傾轉軸安裝于機身末端。可傾轉臺架具有沿周向分布的三個發動機支撐機構，每個發動機支撐機構端部安裝有一臺上述螺旋槳發動機;在三臺螺旋槳發動機軸線與水平面垂直時，三臺螺旋槳發動機的動力輸出方向均朝向正上方，且其中兩臺螺旋槳發動機分別位于機身左右兩側，相互對稱，同時均位于機翼前方;另一臺螺旋槳發動機位于機翼后方。
[0007]三旋翼系統中機翼前方兩臺螺旋槳發動機轉速相同、轉向相反;位于機翼后方螺旋槳發動機，采用矢量動力的方式消除反扭力矩。飛行器以三旋翼系統為動力，可以垂直起降，起飛后，通過連接傾轉臺架實現三旋翼的整體傾轉并進行鎖定，進入平飛模式。通過可傾轉臺架，可將三旋翼動力系統與大展弦比機翼解耦設計，使飛行器具有垂直起降和高速長航時平飛的能力，具有穩定、可靠、安全等優勢。飛行器可部署于具備垂直起降平臺的小型艦船上，也可部署于面積較小的島礁上，不需專門建設的機場。
[0008]本發明的優點在于:
[0009]1、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，受海風影響小，對起降條件要求低，能夠在非航母艦船或島礁上垂直起降；
[0010]2、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，采用大展弦比機翼，可在姿態轉換后進行長航時平飛，提供空中偵查和打擊能力，為海軍水面艦艇和陸戰隊遠征部隊提供卓越的作戰能力。
[0011]3、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，巧妙地采用由可傾轉臺架將三旋翼系統傾轉的方式，使得整個飛機的可靠性和飛行安全都得到了保證。
[0012]4、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，三旋翼系統通過可傾轉臺架和固定翼機身連接，使得機翼可以采用大展弦比的布局提高升阻比，并省去了對機翼的附加結構重量。
[0013]5、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，在平飛狀態下，旋翼位于機翼附近，因此在不影響機翼原有氣動性能的前提下，加速了機翼附近氣流的流速，提高了機翼的效率。
[0014]6、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，三臺螺旋槳發動機的差動在平飛時可輔助尾翼進行飛行控制，提高了飛行器控制能力，且在可傾轉臺架傾轉三旋翼動力系統時，尾翼可增加飛行器的穩定性。
[0015]7、本發明一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，旋翼不受機翼遮擋，效率高。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器垂直起降時結構示意圖；
[0017]圖2為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器平飛時結構示意圖；
[0018]圖3為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器中三旋翼動力系統與可傾轉臺架結構示意圖；
[0019]圖4為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器垂直起降時，可傾轉臺架姿態示意圖；
[0020]圖5為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器垂直起降時三臺螺旋槳發動機位置關系不意圖；
[0021]圖6為本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器平飛時，可傾轉臺架姿態示意圖；
[0022]圖中:
[0023]1-機身2-機翼3-尾翼
[0024]4-三旋翼系統 5-可傾轉支撐臺架6-加強板
[0025]7-尾撐8-起落架401-螺旋槳
[0026]402-螺旋槳發動機501-傾轉軸502-旋翼系統安裝架
[0027]502a-發動機支撐機構
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0029]本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，包括機身1、機翼2、尾翼3與三旋翼動力系統4與可傾轉支撐臺架5，如圖1所示。
[0030]所述機身I上裝載機載設備，如飛控系統、雷達、攝像頭等和以及掛載機槍、導彈等武器系統，實現飛行任務。機身I兩側安裝有相互對稱的大展弦比機翼2，機翼2后緣設計有副翼。尾翼3為兩個，均具有安定面和舵面;兩尾翼3分別安裝在兩根尾撐7末端，采用V型尾翼布局。兩根尾撐7前端分別與機身I兩側的機翼2固定，如圖2所示，兩根尾翼3間由加強板6連接起來，增加兩根尾撐5剛度。
[0031]所述三旋翼系統4由三臺螺旋槳發動機402及其各自對應的螺旋槳401構成的動力系統，如圖3所示。每個螺旋槳發動機402對應一個螺旋槳401，螺旋槳401固定安裝在螺旋槳發動機402的輸出軸上，通過螺旋槳發動機402驅動螺旋槳401轉動，為飛行器提供飛行動力。三個螺旋槳發動機402均安裝在可傾轉支撐臺架5上。
[0032]所述可傾轉支撐臺架5包括傾轉軸501與旋翼系統安裝架502，如圖3、圖4、所示。其中，傾轉軸501水平設置于機身I后端，兩端分別與機身I左右側壁通過軸承相連。旋翼系統安裝架502為由3個發動機支撐機構502a構成的一體結構，實施例中采用發動機支撐機構采用支撐桿結構502a;其中3個發動機支撐機構502a周向分布且相接，相接位置安裝在傾轉軸501上。三個發動機支撐機構502a上分別安裝三旋翼系統4中三臺螺旋槳發動機402。由此，傾轉軸501轉動，可帶動旋翼系統安裝架502在豎直平面內0°?90°內的傾轉，進而可實現三旋翼系統4中三臺螺旋槳發動機402的動力輸出方向的改變。令三臺螺旋槳發動機402分別為螺旋槳發動機A、螺旋槳發動機B與螺旋槳發動機C;則當控制旋翼系統安裝架502傾轉至90°時，此時三臺螺旋槳發動機402的動力輸出方向均朝向正上方，如圖4、圖5所示;且螺旋槳發動機A、螺旋槳發動機B分別位于機身I左右兩側，相互對稱，同時均位于機翼2前方;而螺旋槳發動機C位于機翼2后方，同時還位于螺旋槳發動機A、螺旋槳發動機B連線的水平中垂線上，此時飛行器飛行模式為垂直起降模式；而當旋翼系統安裝架502傾轉至0°時，飛行器飛行模式為平飛模式，如圖6所示。
[0033]通過上述可傾轉支撐臺架5，實現飛行器飛行過程中動力和力矩的傳遞，且在飛行器飛行模式(垂直起降和平飛)轉換時，提供主要的傾轉力矩，將三旋翼系統4進行傾轉，且本發明中，在飛行器飛行過程中，無需進行俯仰、滾轉以及偏航操縱時，三旋翼系統處于正常飛行狀態，此時螺旋槳發動機A、螺旋槳發動機B始終保持轉速相同，且螺旋槳發動機A、螺旋槳發動機B轉向相反。螺旋槳發動機C采用矢量動力，通過控制螺旋槳發動機C的轉速以及推力方向，可在飛行器需要進行俯仰、滾轉以及偏航操縱時，以及三旋翼系統4傾轉過程中，消除反扭力矩。上述可傾轉支撐臺架5在傾轉過程中，三旋翼系統4的重心始終位于傾轉軸501 上。
[0034]本發明傾轉三旋翼長航時復合式飛行器的飛行過程具體為:
[0035]在飛行器飛行模式為垂直起飛時，由飛控系統對三個螺旋槳發動機402進行控制。在需要進行俯仰、滾轉以及偏航操縱時，可由飛控系統控制三臺螺旋槳發動機402動力的差動來實現，且通過飛控系統控制螺旋槳發動機C轉速以及推力方向消除反扭力矩。在飛行器飛到合適高度后，由飛控系統對三臺螺旋槳發動機402差動控制，產生使三旋翼動力系統4產生繞傾轉軸501轉動的力矩，可傾轉支撐臺架5進行隨動轉動，并提供一定的輔助傾轉力矩;傾轉過程中，由兩個尾翼3維持飛行器的穩定；由此通過飛控系統對三旋翼系統4中三個螺旋槳401進行速度調節，以及對三旋翼系統4的傾轉控制，改變推力方向和推力大小，使飛行器平穩過渡至高速平飛模式。隨后，由飛控系統控制可傾轉臺架5將三旋翼系統4進行鎖定。飛行器平飛時，通過飛控系統對機翼2的副翼、兩尾翼3的舵面9進行調節，并對三旋翼動力系統的三臺螺旋槳發動機402進行差動控制，實現飛行器的俯仰、滾轉以及偏航操縱，以完成各種飛行任務。在準備降落時，同樣由飛控系統控制可傾轉臺架5將三旋翼系統4的鎖定解除，由飛控系統對三臺螺旋槳發動機402差動控制，使三旋翼動力系統4緩慢調節自身角度，傾轉軸501隨動，飛行器進入水平減速狀態。通過飛控系統控制三旋翼系統4中三臺螺旋槳發動機402進行速度調節，以及三旋翼系統4的傾轉角度控制，使飛行器平穩過渡至垂直起降模式。通過飛控系統對三個螺旋槳發動機402進行控制，實現飛行器的俯仰、滾轉以及偏航操縱，從而穩定的垂直降落。
[0036]本發明中在各個螺旋槳發動機402底部均安裝有起落架8，進而在飛機垂直起降時，三個起落架8剛好朝向地面且位于機身下方，如圖1所示，通過三個起落架8實現飛機在地面上的平穩起飛和降落。
【主權項】
1.一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，固定翼部分包括機身、機翼、尾翼;機身上裝載機載設備;機身兩側安裝有機翼;尾翼為兩個，分別安裝在兩根尾撐末端，采用V型尾翼布局;兩根尾撐前端分別與機身兩側的機翼固定;兩根尾翼間由加強板連接;其特征在于:還具有三旋翼系統與可傾轉支撐臺架； 所述三旋翼系統為三臺螺旋槳發動機;可傾轉臺架通過傾轉軸安裝于機身末端;可傾轉臺架具有沿周向分布的三個發動機支撐機構，每個發動機支撐機構上安裝有一個上述螺旋槳發動機;在三臺螺旋槳發動機軸線與水平面垂直時，三臺螺旋槳發動機的動力輸出方向均朝向正上方，且其中兩臺螺旋槳發動機分別位于機身左右兩側，相互對稱，同時均位于機翼前方;另一臺螺旋槳發動機位于機翼后方。2.如權利要求1所述一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，其特征在于:三旋翼系統的重心始終位于傾轉軸上。3.如權利要求1所述一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，其特征在于:在飛行器飛行過程中，無需進行俯仰、滾轉以及偏航操縱時，位于機翼前方的兩個螺旋槳發動機轉速相同、轉向相反。4.如權利要求1所述一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，其特征在于:位于機翼后方的螺旋槳發動機采用矢量動力的方式消除反扭力矩。5.如權利要求1所述一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，其特征在于:三臺螺旋槳發動機底部均安裝有起落架。6.如權利要求1所述一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，其特征在于:機翼采用大展弦比機翼。
【專利摘要】本發明公開一種傾轉三旋翼長航時復合式飛行器，分為三旋翼系統、機身、大展弦比機翼以及連接傾轉臺架四部分。三旋翼系統由三臺發動機組成，其中兩臺發動機位于機翼前方，發動機轉速相同、轉向相反；另一臺發動機位于機翼后方，采用矢量動力的方式消除反扭力矩。飛行器以三旋翼系統為動力，可以垂直起降，起飛后，通過連接傾轉臺架實現三旋翼的整體傾轉并進行鎖定，進入平飛模式。通過可傾轉臺架，可將三旋翼動力系統與大展弦比機翼解耦設計，使飛行器具有垂直起降和高速長航時平飛的能力，具有穩定、可靠、安全等優勢。飛行器可部署于具備垂直起降平臺的小型艦船上，也可部署于面積較小的島礁上，不需專門建設的機場。
【IPC分類】B64D47/08, B64C27/28
【公開號】CN105711832
【申請號】CN201610245410
【發明人】林宏淵, 李志豪, 蔣崇文
【申請人】北京航空航天大學