風輪式單旋翼直升飛機的製作方法
2023-09-19 13:20:20 1
專利名稱：風輪式單旋翼直升飛機的製作方法
風輪式單旋翼直升飛機
所屬技術領域-
本發明屬於航空工業中的直升飛機技術領域，涉及一種由風輪取代尾梁加尾 槳的單旋翼直升飛機。
背景技術：
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目前公知的單旋翼直升飛機主要由機身、發動機、主旋翼、尾梁和尾槳組成。 當發動機帶動主旋翼旋轉產生的升力大於直升機總重時，直升機就會飛離地面， 而當主旋翼盤向前傾斜時，直升機就向前飛行。但主旋翼旋轉時產生的水平分力 在推空氣時，空氣對主旋翼的反作用力會使機身不停地朝主旋翼運動的反方向旋 轉，導致飛行員無法控制機身和飛行方向，為此，通常在機身尾部加設長尾梁， 並在尾梁末端裝設尾槳產生水平扭矩來平衡機身自轉的扭矩。
近年來也有一種公告的"圓形直升飛機"(專利申請號200510O18333.8) 是通過將機身做成半球形，然後在機身下圓環上安裝若干個向同一圓周方向噴射 壓縮空氣產生力矩來平衡機身自轉，這的確是一種新型直升飛機。象汽車一樣， 同屬汽車，但可以有各種各樣的汽車來滿足社會和經濟各方面的需求。同樣，直 升飛機也可以多種多樣，本發明就是為直升飛機系列再增加一種新型式的直升飛 機
發明內容
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本發明提供了一種無尾槳、結構緊湊的單旋翼直升飛機，該直升飛機同樣能 在空中自由地上下左右飛行和旋停，駕駛方便，乘坐舒適，飛行較安全。
本發明採取的技術方案是機身做成半球形或長麵包形，機身底板中心位置 安裝由液壓泵和液壓馬達組成的液壓傳達系統來驅動風輪轉動，當直升飛機主旋 翼旋轉產生機身自轉時，此風輪逆主旋翼旋轉，則風輪就會產生水平扭距來平衡 主旋翼的扭矩，從而控制機身平衡不轉，保持飛行方向，或使之有少量的正負扭 矩差來控制機身的向左轉或向右轉。
風輪直徑比主旋翼小很多，為什麼能平衡主旋翼的水平扭矩呢？原因如下
1、 主旋翼工作狀態下，其總功率的90%是用於產生升力來提升機身，而產生使 機身自旋的水平扭矩所消耗的功率只佔發動機總功率的6 12% 。
2、 風輪葉曲面與其運動方向的夾角一般是60 90度，而傳統直升機的主旋翼面 與其運動方向的夾角是6 12度，同等直徑下空氣對其產生的反作用力較大。
3、 風輪葉數可以是主旋翼槳葉的3 4倍。
4、 風輪葉面高度可以根據需要加大。
5、 風輪的轉速可以是主旋翼的幾倍。
在直升飛機飛行的各種工況中其水平扭矩是不斷變化的，本發明直升飛機通 過液壓馬達來帶動風輪轉，因此控制液壓馬達的壓力流量，就可以控制液壓馬達 的轉速，從而控制風輪產生的水平扭矩大小，當風輪扭矩與主旋翼的水平扭矩相 等時，直升機機身就在空中不旋轉。當控制二者扭矩有一些偏差，駕駛員就可以 根據需要控制直升機機身向左轉或向右轉。
本發明直升機的風輪旋轉除平衡機身自轉外，在圓環形油箱和機身底板的共 同阻擋下還會產生一股向下的氣流，這股氣流在飛行中對機身有向上託舉的作用，即對直升機產生一些升力，尤其在直升機的起飛和降落時，依靠地面的地效 作用，產生的這種託舉力更大，這顯然有利直升機的起飛和降落，也提高了效率。
直升機的飛行工況不是一成不變的,巡航飛行時需快速向前飛行，長尾梁對 穩定飛行的確有好處，但直升機也有很多工況下是需要慢飛(例如航空測量和攝 影)、上升、下降和懸停。在這些工況下，長尾梁和尾槳並不一定好，尤其每當 工況突然轉變時，長尾梁會使機身搖晃不穩。而本發明直升機在這些工況時的優 點便顯示出來，因機身圓形，與主旋翼盤同心，無論主槳葉運動在什麼位置，主 槳葉對機身的作用都是對稱的，因此機身的振動和搖擺相對現有直升機要小。
另外，對現有直升機，因駕駛員始終看不見尾梁和尾槳，不易控制尾槳與周 圍物體的距離，容易與其他物體發生碰撞而不太安全。而本發明直升機的風輪雖 然也屬高速運動部件，但因它就在圓形機身地板的正中下方，駕駛員看得見機身 下方的情況，所以容易控制風輪與周圍物體的距離，再說風輪被圓環形油箱所包 圍，側向的危險只有主旋翼，風輪無側向危險，它只有豎向危險，但有起落架保 護，且在駕駛員的可見範圍內，因此相對較安全。
本發明直升機因無長尾梁和尾槳，各種工況變化時相對更易控制和平穩，所 以易學易操縱，乘坐會相對舒適。現在國內外的大城市，小汽車太多，交通擁擠， 經常堵車，本發明直升機若效仿小轎車功能，做成坐4 5人，以短途飛行為主， 尤其適合作為大都市人的代步工具，即"空中小轎車"。相對小汽車，本發明直 升機可以避免走曲折的城市道路和橋梁、避開紅綠燈、免去塞車堵車之苦、直接 從空中由一個城區飛到另一個城區，空中還可俯視城市全貌，心曠情怡，方便快 捷，因此適合做"商務直升機"和"私家直升機"。
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下面結合附圖和實施例對本發明予以進一步說明
圖1是四座風輪式直升飛機結構縱剖面圖
圖2是四座風輪式直升飛機結構平面圖
圖3是四座風輪式直升飛機外形側視圖
圖4是四座風輪式直升飛機機身仰視圖
圖5是四座風輪式直升飛機外形前視圖
圖6是四座風輪式直升飛機外形俯視圖
圖7是風輪結構剖面圖
圖8是風輪仰視圖
圖9是油箱結構剖面圖
圖10是油箱俯視圖
圖11是五座風輪式直升飛機外形前視圖
圖12是五座風輪式直升飛機外形側視圖
圖13是五座風輪式直升飛機結構平面圖
圖14是風輪式直升飛機事故降落安全措施圖
圖15是風輪式直升飛機事故降落時機身仰視圖
圖16是雙風輪式直升飛機結構縱剖面圖
圖17是雙風輪式直升飛機局部傳動結構剖面放大圖
圖18是雙風輪式直升飛機外風輪結構剖面圖
圖19是雙風輪式直升飛機外風輪俯視圖
圖20是四座反裝風輪的直升飛機結構縱剖面中
1、主旋翼2、自動傾斜器3、機身4、儀器儀錶盤5、救生氣囊 6、 操縱杆系 7、機身底板 8、油箱 9、風輪 10、柱式起落架 11、潤滑油箱 12、螺帽、13、風輪軸 14、風輪殼蓋板15、液壓馬達 16、液壓油管 17、液壓泵 18、發動機 19、救生環氣墊 20、設備艙 21、皮帶和輪22、離合器 23、行李艙24、座椅25、減速器 26、齒輪 27、主軸28、中心腔架29、降落傘盒30、旋翼盤根31、艙門32、雙槓 式起落架 33、傳動軸 34、踏板 35、環形槽 36、座艙 37、圓環板 38、風輪殼39、風輪葉40、活動託蓋41、加勁肋42、中心孔43、油箱 頂板44、油箱底版45、油箱外側板46、油箱內側板47、隔油板48、半 圓鍵49、降落傘50、外風輪殼51、外風輪葉52、止推軸承53、滾動軸 承 54、卡環55、銅導瓦56、內風輪殼57、內風輪葉58、外風輪筒軸 59、盤齒輪60、螺孔61、加強環62、凸櫞 63、觀地窗 64、進氣口 65、擋雨罩66、進氣道
具體實施方案-
在圖1、圖2中，機身(3)內設有中心腔架(28)，而座艙(36)內的座椅(24)、 設備艙(20)、行李艙(23)環繞中心腔架(28)布置。圓環形油箱(8)安放在 機身底板(7)正下方，而風輪(9)又安放在油箱(8)的裡面。機身底板(7) 中心的正上方安裝液壓馬達(15)其輸出軸即是風輪軸(13)，此軸穿過機身底 板(7)後與風輪(9)相連。
當發動機(18)啟動後，其動力向二條路徑傳遞,其一通過傳動皮帶和輪(21)、 離合器(22)、減速器(25)、齒輪(26)、主軸(27)、自動傾斜器(2)和旋翼 盤根(30)帶動主旋翼(1)旋轉，產生升力提起機身(3)離開地面。其二發動 機(18)通過離合器(22)帶動液壓泵(17)產生液壓油，這些液壓油經液壓油 管(16)進入液壓馬達(15)，液壓馬達(15)的輸出軸即風輪軸(13)帶動風 輪(9)向主旋翼(1)的反方向旋轉。當風輪(9)旋轉產生的扭矩與主旋翼 (1)旋轉產生的扭矩相等時，機身(3)就在空中不轉。
駕駛員通過操縱杆系(6)控制自動傾斜器(2)的傾斜方向來控制直升機 前後左右的飛行。儀器儀錶盤(4)安放在機身(3 )的正前方，每個座椅(24) 的前下方裝有救生氣囊(5)，機身(3 )二側類似小汽車各安裝二扇艙門(31)， 設備艙(20)處也安裝一扇艙門(31)。
降落傘盒(29)安放在旋翼盤根(30)正上方。
在圖3、圖4、圖5和圖6中，表示了本發明直升機的側視、仰視、前視和 俯視的外形。從仰視圖中可看出，3個柱式起落架(10)安裝在機身底版(7) 下方並緊靠油箱內側板(46)。
在圖7、圖8中，表示了本發明的關鍵部件——風輪的構造。沿風輪殼(38) 外圍下方垂直安裝一些風輪葉(39)，其下端都與圓環板(37)相連成一體。風 輪殼(38)中心向下凹形成一凹坑，此凹坑外側面對風輪葉(39)起引風的作用。 凹坑上方有一風輪殼蓋板(14)與風輪殼(38)用螺釘連接成中心剛體。風輪軸 (13)從風輪殼蓋板(14)和風輪殼(38)的中心孔穿過，並用螺帽(12)將風 輪(9)緊固在風輪軸(13)上。在圖9、圖IO中表示了油箱(8)的基本構造。在圓環形油箱底版(44)和 油箱頂板(43)之間加設垂直的油箱外側板(45)和油箱內側板(46)組成，油 箱後面有二塊隔油板(47)將油箱分成二個油箱，大的是燃油箱，小的是潤滑 油箱外側板(45)下外邊再設有環形槽(35)，其內安放救生環氣墊(19)，並用 活動託蓋(40)封槽口，環形槽(35)上面即作踏板(34)用。
在圖ll、圖12中表示了五座風輪式直升飛機的前視和側視的外形，圖中起 落架採用雙槓式起落架。
在圖13中表示了五座風輪式直升飛機中平面座位安排和設備艙內的設備布 置及艙門的位置。因機艙內五座連通，所以比四座風輪式直升飛機的艙門(31) 可少開二扇。
在圖14、圖15中，表示了風輪式直升飛機在事故降落時的情景。當發動機 (18)故障停機時，直升機進入自旋迫降狀態，為了使機身(3)不歪斜，減緩 直升機下降速度，可無線電控制降落傘盒(29)打開，使氣動降落傘上彈，機身 (3)仍然快速下降，因此降落傘(49)不會被主旋翼(1)纏繞而張開。駕駛員 再控制一臺隨自旋主軸(27)而運轉的充氣機向救生環氣墊(19)充氣，使其充 成象救生圈狀，且充大到救生環氣墊(19)的下邊比起落架還低300豪米以上即 可停止充氣。當直升機降落至離地喲IOO米左右時，駕駛員再開啟救生氣囊(5)， 將全體乘員柔軟地壓靠在座椅(24)上。座椅(24)下的支柱內裝有彈簧緩衝， 在直升機觸地的一剎那間，首先是，救生環氣墊(19)先觸地，可避免柱式起落 架(10)、油箱(8)和風輪(9)先觸地，也避免油箱(8)起火。加之有降落傘 (49)上拉，機身(3 )不會太歪斜，因此高速自旋的主旋翼(1)不會觸地。通 過以上幾項安全設施的共同作用，本發明直升機是可將事故對人體和直升機的傷 害減至最小。
在圖16、圖17中描述了另一種雙風輪式直升飛機的結構。 前一種是採用液壓傳達技術來驅動風輪的，而這一種技術方案是將一個風輪 改為內風輪和外風輪二個風輪共同承擔平衡主旋翼(1)的水平扭矩的。設定內 風輪承擔約90%且基本不變的水平扭矩，因內風輪直徑較小，又要求產生很大 的水平扭矩，因此內風輪必須高速旋轉，故發動機U8)不必減速或少減速就通 過皮帶傳動(21)、離合器(22)、齒輪(26)和風輪軸(13)直接帶動內風輪旋 轉。
而承擔變量6—12%平衡主旋翼水平扭矩的外風輪則是通過另一條傳動路 徑，發動機(18)經離合器(22)、液壓泵(17)、液壓馬達(15)、盤齒輪(59) 和外風輪筒軸(58)帶動外風輪轉動，通過改變液壓馬達(15)的轉速就可改變 外風輪的扭距大小。這樣，內外二個風輪共同作用，就可有效地平衡變化的主旋 翼(1)的水平扭矩，從而達到控制機身(3)不會亂轉的目的。
由於內外風輪同軸線，但轉速不一樣，因此將外風輪筒軸(58)套裝內風輪 軸(13),其間用銅導瓦(55)和滾珠軸承(53)定位與減少相互摩擦。內外風 輪的重量分別用二個止推軸承(52)來承擔，並相應配置了二個卡環(54)幫助 傳力。
其他部位和部件則與第一方案完全相同，為了減輕重量，內外風輪均用複合材料製造。
在圖18、圖19中描述了外風輪的結構。在外風輪凸櫞(62)的中心開有中 心孔(42)和同心的滾珠軸承(53)安裝位，凸櫞(62)的上端面還鑽開幾個與 外風輪筒軸(58)相連的螺孔(60)。外風輪殼(50)上凸櫞(62)與加強環(61) 之間設幾條加勁肋(41)增加外風輪殼(50)的強度和剛度。再在靠外風輪殼(50) 外櫞均布若干片外風輪葉(51)，並在它們的下方用圓環板(37)相連成整體的 外風輪。
在圖20中描述了第二種單風輪式單旋翼直升飛機的結構。其特點是將風輪 (9)上下翻過來，使風輪的進風改從中心框架(28)和設備艙(20)中來，這 樣當直升機在野外起飛和降落時就可避免地上的雜物吸入風輪(9)中心而損壞 風輪。為此，在機身(3)的頂部加設進氣道(66)和擋雨罩(65)，同時在機身 底板(7)中心的液壓馬達(15)四周開口作為風輪(9)的進氣口 (64)。
本說明僅用小型直升機(4 5座)來說明其工作原理，但本發明也可做大、 中型直升飛機，不僅可做客機，也可做成貨機。
需要說明的是對於所屬領域的普通技術人員來說，在不違背發明原理的前 提下，對本發明直升機還可以作出若干改進和變形，但這仍然屬於本發明的保護 範圍。
權利要求
1、 一種風輪式單旋翼直升飛機，它主要是由機身(3)、發動機(18)、主旋翼(1)、風輪(9)油箱(8)、和柱式起落架(10)組成。其特徵是機身呈半球型或麵包型，在機身地板(7)中心安裝有液壓泵(17)驅動的液壓馬達(15)，它又帶動安裝在主軸(27)正下方並與其同垂直軸線的風輪(9)。
2、 根據權利要求1所述的風輪式單旋翼直升飛機，其特徵是安裝在設備艙中 的發動機(18)通過離合器(22)連接液壓泵(17)，液壓泵(17)再由液壓油 管(16)連接液壓馬達(15)，其輸出軸即風輪軸(13)穿過機身底版(7)連接 風輪(9)。
3、 根據權利要求l、 2所述的風輪式單旋翼直升飛機，其特徵是風輪結構是圓 形的風輪殼(38)中心下凹成倒錐臺狀，靠外圓徑向均布若干片風輪葉(39)， 這些風輪葉(39)的下邊都與圓形板(37)連接，風輪殼(38)中心與風輪殼蓋 板(14)通過螺釘聯接成風輪(9)的中心剛體。
4、 根據權利要求1所述的風輪式單旋翼直升飛機，其特徵是安裝在機身地板 (7)下方的油箱結構是在圓環形油箱底版(44)和油箱頂板(43)之間加設垂直圓柱面的油箱外側板(45)和油箱內側板(46)組成，油箱後面有二塊隔油板 (47)將油箱(8)分成二個油箱，大的是燃油箱，小的是潤滑油箱，油箱外側 板(45)下圓外邊再設有環形槽(35)，其內安放救生環氣墊(19)，其下有活動 託蓋(40)封口，環形槽(35)上面即作踏板(34)用。
5、 根據權利要求1、 3所述的風輪式單旋翼直升飛機，其特徵是將風輪(9)分 成內風輪和外風輪，內風輪的結構與風輪(9) 一樣，外風輪是在圓形的外風輪 殼(50)上面中心設凸櫞(62)，其中心開有中心孔(42)和滾動軸承(53)的 安裝位，凸櫞(62)和加強環之間設幾根加勁肋(41),靠外風輪殼(50)外圍 均布若干片外風輪葉(51)，其下方用圓形板(37)連成整體。
6、 根據權利要求I所述的風輪式單旋翼直升飛機，其特徵是風輪(9)反裝在 液壓馬達(15)下方的風輪軸(13)上，相應機身(3)上部開設擋雨罩(65) 和進氣道(66)，同時在機身地板(7)中心處圍繞液壓馬達(15)四周開進氣口(64)供氣流進入風輪(9)。
全文摘要
本發明公開了一種由機身、發動機、主旋翼、風輪、液壓傳動系統、油箱和起落架組成的風輪式單旋翼直升飛機。其特點是通過發動機帶液壓馬達或無極變速器再帶動風輪逆主旋翼方向旋轉來產生水平扭矩去平衡機身的自轉，因此無傳統直升機的長尾梁和尾槳。而當發動機故障時，除採用傳統的主旋翼自旋降落外，還配有降落傘、救生氣囊和救生環氣墊等安全設施，這些措施共同作用就能將事故對人體和直升機的傷害減至最小。本發明為人們提供了一種結構緊湊、飛行自如、乘坐舒適、易學易駕駛、外形美觀和相對更安全的直升飛機。可做大、中、小型直升機，當做成小型機坐4～5人時，作為一種代步工具，其功能可定位於「空中小轎車」。
文檔編號B64C27/06GK101284569SQ200710051850
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月12日 優先權日2007年4月12日
發明者勁 劉, 劉世英, 劉宇亮 申請人:劉世英;劉 勁;劉宇亮