一種多功能直升機的設計方法
2023-05-19 19:37:01
專利名稱：一種多功能直升機的設計方法
技術領域：
本發明屬於多功能直升機的機身設計、製造領域裡的設計方法，所述涉及到怎樣才能夠將飛翼式飛機、傾轉涵道風扇式飛機、傾轉旋翼式飛機、水上起降飛機、固定翼飛機、美國F-35B垂直起降戰鬥機、旋翼直升機等，它們各自機身上的特殊飛行功能優點，集中到一起設計在一種多功能直升機的機身上。發揚其優點，克服其缺點。使其達到一機多用，提高工作效率，節能減排在50%以上的目的。
背景技術：
飛翼式布局的飛機美國的B-2轟炸機，採用的是翼身融合飛翼式布局的機身。且這種技術越來越受到各國飛機設計師的廣泛關注和利用。尤其是在無人機方面如英國新型無人戰鬥機「雷神」、美國X-47無人戰鬥機等，都是採用了飛翼式布局的機身。本發明將三角形飛翼設計成圓形飛翼，是為了能夠更好地將飛翼式布局，融合設計在多功能直升機的機身上。傾轉涵道風扇式飛機美國的X-22A飛機，是一種傾轉涵道風扇式布局的驗證機， 經驗證其優點是利用4套傾轉涵道風扇可以實現由直升機飛行模式，轉變成固定翼飛機的飛行模式。利用涵道大大的提高了風扇的槳盤載荷能力。其缺點是涵道壁太笨重，在傾轉和固定過程中，扭力矩和力矩太大且集中，給設計機身帶來了嚴重的超重問題。本發明將四套涵道風扇融合設計在圓形飛翼中，且涵道並沒有增加圓形飛翼的重量。傾轉旋翼飛機V_22是美國設計、製造的傾轉旋翼飛機。其優點是利用兩套傾轉旋翼實現了，旋翼直升機與固定翼飛機的相結合，提高了旋翼直升機的飛行速度。其缺點是它在垂直起降和空中懸停時，需要較大的槳盤實度，有利於提高槳盤載荷。它在平飛航行時則相反，因為槳盤實度大，其型阻也大，所以就影響到它的平飛速度和航程，用同一副旋翼，想起到兩種槳盤實度的作用，將是一對無法解決，但是必須得兼顧的矛盾問題；在相同功耗的情況下，在亞音速範圍內，固定翼飛機所具備的運載能力是旋翼直升機，在垂直起降和空中懸停時所具備的運載能力3倍以上。因此傾轉旋翼飛機，在以旋翼直升機飛行模式垂直起降時所具備的運載能力，是無法滿足其以固定翼飛機行模式時，所具備的運載能力所需要的載荷。本發明採用其傾轉機構功能原理，用來設計傾轉渦輪風扇發動機。利用其速度快來提高多功能直升機的平飛航行速度。利用其推力大為垂直起降時提供三分之一的助力提升力。另外三分之二的提升力，由設計在固定涵道內的4副升力旋翼提供。水上飛機水轟-5是中國自行設計與製造的一種水上飛機。多功能直升機本身因為設計有垂直起降和空中懸停功能，所以在設計底艙浮體外形時，取消了水轟-5船底形浮體邊緣的抑波槽、擋水板、斷階、水舵、水舵保護片、後起落架外置結構與凹陷殼等結構設計。將底艙浮體及計成前半橢圓形、中間梯形、後半圓形、底面弧形、表面圓滑流線型浮體。 兩邊的浮筒也簡化設計成流線型浮體。這樣既滿足了水上起降功能的需要，又沒有給其他飛行功能帶來負擔，其底艙還起到了降低機身的重力中心和抗墜毀能力的作用。固定翼飛機多功能直升機的機頭、機身中段艙門與窗口、垂直立尾翼、固定翼、前三點式可收放起落架艙室與艙門等。是參照前蘇聯yk-42中短程運輸機、美國波音717、 737,747客機，根據氣動效果和各種機構功能的需要，進行優化組合而設計的。
空中巴士A340飛機多功能直升機的渦輪風扇發動機，是參照歐洲空中巴士工業公司設計、製造的空中巴士Α34Θ飛機來選擇和設置的。
F-35B垂直起降戰鬥機美國設計、製造的F-35B垂直起降戰鬥機。其優點是採用在F135發動機前面加了一個羅爾斯·羅伊斯公司生產的升力風扇，後面安裝了一套可以全向轉動的三維矢量噴管。這個升力風扇所產生的氣動升力很大，可以達到88. 3千牛，空氣流量為230千克/秒。而且升力風扇還可以在-15-+30度間轉動，與發動機兩側伸出的兩個推力為8. 83千牛的操縱噴管及尾部的矢量噴管一起，控制和調節飛機垂直起飛和飛行姿態。使飛機具備了垂直起飛和滑跑起飛......等多項功能。其缺點是功能機構設計太多和複雜，增加了這部分的重量，提高了設計、製造的成本費用。且在垂直起飛時，發動機吸氣口所產生的向前拉力沒有發揮作用，浪費掉了大量能量功耗，得不償失。本發明中所設計的傾轉小固定翼，是設計多功能直升機不可缺少的重要功能機構，它起到了整架飛機在飛行時，左右平衡和戰略戰術左右翻滾的控制作用。利用它帶動渦輪風扇發動機傾轉，一舉兩得。且發動機的拉力與推力始終都在全部作功。
旋翼直升機單旋翼帶尾槳式飛機是目前世界上廣泛採用的形式。據初步統計，現今世界上生產的直升機90%以上均為這種形式其優點是結構簡單，主要組成部分一副旋翼、一副尾槳、發動機、主和尾減速器、傳動裝置、自動傾斜器、起落架、機身等。與其他形式的直升機相比，其氣動、平衡操縱穩定性，振動等問題較易解決，設計、製造和實驗較易實現，性能和成本均可接受。目前設計製造技術日趨成熟，是發展最完善的形式。其缺點是需要一副尾翼來平衡旋翼的反扭矩，增加了全機的總功耗和重量。一般尾槳在起飛、懸停狀態下的功耗佔總功耗的7% -12%。尾槳高速旋轉並處於旋翼的下洗流幹擾之下，受載複雜， 造成噪音和結構件的疲勞。而且直升機在地面工作或飛行中遇到障礙以及尾槳失效時，還會導致人員和直升機本身的安全問題。在設計噸位較大的直升機時，旋翼槳葉的設計、製造以及保證一定的壽命隨著直徑加大將變得越來越困難，且槳葉重量隨直升機尺寸呈3次方增大，成本也相應增大。作為武裝直升戰鬥機，由於機身在巨大旋翼遮蔽之下，無法設置防空武器。且一旦機身中彈或出現機械故障，在墜落時隨機人員將無法跳傘逃生。由於整個機身都處在旋翼的下洗氣流之下，將損失一定的旋翼功耗。旋翼直升機與固定翼飛機相比， 其運載能力，飛行速度差距太大，工作效率太低。為了解決這些問題，美國設計的V-22傾轉旋翼直升機、F-35B承直起降戰鬥機。雖然提高了直升機飛行速度與航程，可是在垂直起飛上升時，其載荷能力遠不如旋翼直升機。
一種多功能直升機的設計方法，就是為了解決上述所有問題而發明的。其特點是 集中上述各種飛機的優點於一身，克服其缺點。採用其已經成熟了的各種飛機設計、製造技術和材料，進行優化組合，集成發明。發明內容
一種多功能直升機的設計方法多功能直升機的形式、總體方案、總體結構布置、 氣動布局全機樣機設計與製造(提交按說明書附圖放大8倍的全機布局樣機模型的彩圖照片共6幅)；全機氣動特性計算(包括性能、平衡、操縱穩定性、機動性)、機身模型風洞試5驗、孤立旋翼模型風洞試驗；各系統設計要求、系統原理及組成、系統功能與特性、系統配套設備；各種功能機構所處位置的設計與安排。設計要求軍民兩用多功能直升客機。運兵或載人120人。空重31噸，總起飛重 60噸。底艙排水容積70米3，浮力70噸。安裝4臺渦輪風扇發動機，單臺推力10噸。安裝4臺渦輪渦軸發動機，單臺功率3500千瓦。安裝4副升力旋翼，槳尖速度200米/s，槳盤載荷800公斤/m2，每副升力旋翼提供10噸升力，提升速度12米/S。空中懸停高度8000 米。最大平飛航行速度750公裡/小時。最大平飛航行高度16000米。多功能直升機的形式1號和2號發動機分別安裝在左右兩邊傾轉小固定翼上面， 準備垂直起飛時，將小固定翼傾轉到垂直狀態。首先啟動4副升力旋翼，後啟動I號與2號發動機和4副升力旋翼一起工作起飛。在4副升力旋冀下洗氣流作用下,帶走地面灰塵和發動機噴出的廢氣，確保渦輪風扇發動機正常工作。在起飛高度達到100米左右時，啟動安裝在左右兩邊的固定翼上的3號和4號發動機，開始爬升飛行，爬升到可以適合平飛航行的高度時，將小固定翼傾轉到平飛狀態，4臺渦輪風扇發動機一起全力推進平飛航行。在平飛航行速度達到200公裡/小時左右時，開始逐漸的為4副升力旋翼卸載，一直到可以關停4臺渦輪渦軸發動機為止。這時，4副升力旋翼在固定涵道內自由轉動，升力由圓形飛翼和固定翼與傾轉小固定翼一起產生。完成了由旋翼直升機飛行模式轉換成固定翼飛機飛行模式， 在地麵條件允許的情況下，可以滑跑起飛，這樣可以比垂直起飛節省60 %以上的功耗。圓形飛翼與四個固定涵道和兩個固定翼融合設計在圓形飛翼平面中挖出四個固定涵道，涵道周圍的桁梁、桁條、涵道壁與圓形飛翼固定結合成一體。不僅等於在圓形飛翼中減去了四個固定涵道所佔面積內，圓形飛翼的重量與面積。而且還將四個固定涵道融合設計於圓形飛翼之中；兩個固定翼的底面在圓形飛翼中所佔面積內，只需在設計圓形飛翼桁梁、桁條時，依照固定翼的形狀要求設計就可以了。在沒有增加任何層面的情況下，便將兩個固定翼融合設計在圓形飛翼上面；僅用圓形飛翼四分之一的實際面積，便將四個固定涵道和一個圓形飛翼融合設計在固定翼飛機的機身上。再在此基礎上設計、安裝四套升力旋翼機構(每套主要包括渦軸發動機、傳動機構、減速器、控制系統、升力旋翼、支承架等。)，也就等於在固定翼飛機的機身上，增加了旋翼直升機的機構與功能，達到了一個機身兩種功能的目的。且四個固定涵道大大的提高了四副升力旋翼的槳盤載荷能力.不僅四副升力旋翼下洗氣流無障礙損失。而且圓形飛翼還有層面氣動效果，在垂直起降、空中懸停時，以圓形飛翼為分界面的上下大氣層，由於四副升力旋翼的作用而產生上面大氣壓小， 下面大氣壓大。這說明了，圓形飛翼同時也在起到產生升力的作用；固定涵道與升力旋翼的設計，為設計重型，超大型直升機打下了有利的基礎。例如每套升力旋翼機構可以提供 20噸的升力，又因為四套升力旋翼機構只需提供三分之二的升力，另外三分之一的升力由渦輪風扇發動機提供。根據20噸X 4+40噸=120噸。設計總起飛重120噸的重型直升機時，用每套可提供20噸升力，共4套小型升力旋翼機構，就解決了不用大發動機和大螺旋槳的問題。對四副升力旋翼的設計要求共四副升力旋翼分兩組反方向旋轉。每副旋翼槳葉最少應是8片。槳葉形狀後掠矩形彎葉，葉面雙凸流線型，預扭角10°的葉片。升力旋翼應適合於在固定涵道內高速旋轉，槳尖速度200米/s，槳盤載荷800公斤/米2。每副升力旋翼提供10噸升力，提升速度12米/S。
雙曲拱橋與雙線平橋的設計由縱向雙曲拱橋與橫向雙線平橋互相垂直穿插，固定結合成了一個完整的支承架。支承架的作用是承當減速器與升力旋翼的安裝平臺。由升力旋翼和減速器產生的力矩與振動力矩，通過支承架與固定涵道壁的8個聯接點，分散到固定涵道壁上，再由固定涵道壁均勻的擴散到圓形飛翼中。由雙曲拱橋與雙線平橋組成的支承架具有重量輕、結構剛性強、能夠非常有效的分散與擴散力矩等優點，為大直徑旋翼提供了非常有利的設置與安裝平臺。
底艙的設計要求結構形狀外觀設計必須得符合氣動和流體力學的要求。前三點式可收放起落架艙門關閉時，其外觀造型必須得跟底艙的外觀造型和諧一致，且不能透氣和透水。當艙門打開時，水和空氣不能通過起落架艙室進入到底艙內室裡面去。底艙底面所設計的系留機構和機載外掛機構的艙室與艙門和起落架艙室與艙門的設計要求相一致。 整個底艙的排水重量必須得滿足整架飛機在水面上起降條件的需要。
浮筒的設計要求浮筒與浮筒支柱固定連接，浮筒支柱與圓形飛翼底面，應該用螺栓與預設在圓形飛翼中相應位置的螺母固定連接。當本次飛行任務不需要水上起降功能時，將浮筒與浮筒支柱一起卸下來，這樣可以大大的減少飛行阻力。
防空武器與外掛或內載對地轟炸武器設置平臺當多功能直升機作為純軍事方面使用時，可以在防空武器設置平臺和外掛或內載對地轟炸武器設置平臺處，設置與安裝相關的武器和彈藥。否則此處可作它用或者不利用。
系留機構艙門當多功能直升機作為軍用艦載機使用時，可在此處設置系留機構以及艙室與艙門。如果作為消防機使用時，可將底艙內室油箱移往別處，在此處增設消防用水箱。將系留機構艙門，改成吸水與噴水艙門；機載外掛機構艙門可以根據設計需要來確定。
降落傘艙門此處是整個機身重力中心線的頂端位置，在此處設計降落傘艙室與艙門，有利於機身在墜落時機身的力平衡。降落傘打開後其直徑長，應該是圓形飛翼直徑長的4到5倍長。降落傘艙室與艙門應該有利於降落傘收起與打開。艙門設計不限於只是圓形，也可以是長方形或橢圓形。當多功能直升機在戰鬥中中彈或者是出現機械故障，正在墜落時，打開降落傘，降低機身墜落速度與控制機身以及圓形飛翼保持平衡狀態，使圓形飛翼同時也起到降低機身墜落速度的功能作用。在降落傘、圓形飛翼、升力旋翼、起落架、航空座椅等共同作用力下。可確保機身平穩著陸和隨機人員與機身的安全。這種特殊功能，其它旋翼類直升機是無法做到的。
安全門假如降落傘被炸或損壞，可以迅速打開安全門跳傘逃生。否則在空中不能打開安全門，因為在降落傘的攏罩下，這樣做很危險。再者是有大降落傘的保護、也沒有必要這樣做。只有等到飛機墜地之後方可打開安全門，和其他所有能打開的艙門與窗口，來進行逃生。只有這樣，才能做到萬無一失。
垂直立尾翼與水平尾翼垂直立尾翼，在飛行過程中起到左右方向舵的作用；水平尾翼，在爬升、俯衝、平飛航行時、起到控制與平衡作用。
機頭與客艙或貨艙在設計過程中、應該著重考慮到機頭與客艙或貨艙外觀造型的氣動效果。特別是機頭、機頭蓋、機頭窗口、機修人員出入艙門，客艙窗口等，氣動效果都應該考慮到，做到線條流暢和諧一致。機修人員出入艙門裡面應該設計有腳窩，打開艙門後，方便機修人員上到圓形飛翼上面去。
旅客和機組人員出入艙門此門的大小應根據飛機實際需要與使用情況來確定。 用電動卷揚機開關，打開放下可以當作蹬機橋或上貨橋板使用。收起關閉後其外觀造型應和機身外觀造型和諧一致。減速器維修艙門與渦輪渦軸發動機維修艙門，應根據維修與更換方便的原則進行設計。渦輪渦軸發動機艙整流罩在設計四臺渦輪渦軸發動機位置時，要充分的考慮到發動機艙整流罩的吸氣口與排氣口的效果，應滿足發動機吸與排氣的需要。整流罩外表造型要有很好的氣動效果。冷卻風通風口 由發動機尾噴管噴出的高溫氣體，會使前排渦輪渦軸發動機排氣孔口產生高溫，利用冷卻風通風口引來的冷卻風進行降溫。一種多功能直升機的設計方法其實用與演變本發明實用於設計總起飛重量2噸以上，各種多功能直升機的機身設計。尤其是在設計中型、大型、超大型(根據目前發動機與旋翼的設計、製造技術，設計、製造總起飛重2-200噸左右多功能直升機沒有問題)多功能直升機時，更加顯示出其特別優越的設計效果；在設計總起飛重量40噸以下多功能直升機時，可將設計在固定翼上面的3號和4號渦輪風扇發動機去掉，將費阻、提速功率和副餘功率轉給I號和2號發動機，簡化其機構設計；在設計大型和超大型多功能直升機時，利用其可以容納4套升力旋翼功能機構的特殊功能，用現有已經技術成熟了的小型發動機與升力旋翼來集成、組裝、設計與製造；本發明在設計過程中、非常重視各種力矩的分散與擴散， 為設計、製造機身能夠更多地利用複合材料，打下了基礎。尤其是機身外表蒙皮，可以100% 的利用複合材料來設計與製造。將大大的減輕了機身的重量與製造成本；在同樣載重與功耗的情況下，多功能直升機的平飛航行速度，是旋翼直升機平飛航行速度的2-2. 5倍左右。 不但大大的提高了其工作效率，而且還達到了節能減排在50%以上的目的；多功能直升機的機身，為各種功能機構提供了有利的設置與安裝平臺。我們完全可以根據實際需要來進行選擇與使用。
根據本發明設計的一種軍民兩用多功能直升機的設計要求，來提交說明書附圖。 繪圖比例尺，I 220.單位，毫米mm.用圖I、圖2、圖3、圖4共4幅視圖，表示多功能直升機的機身上，氣動布局與各種功能機構位置的設計與安排。圖1，右視圖。圖2，俯視圖。圖3， 仰視圖。圖4，前視圖。用A-A和B-B兩個剖切面的剖視圖，表示在圓形飛翼中4套雙曲拱橋、雙線平橋、減速器罩，生力旋翼等其結構形狀和位置的設計與安排。附圖標記，相同結構圖形用同一個附圖標記代表，如兩個安全門，用附圖標記12代表。需要分別說明的幾個相同結構圖形分別標記，如4臺渦輪風扇發動機的附圖標記分別為1、2、3、4。為了使視圖更加清楚，附圖標記引出線在每幅視圖中的引出位置不一定完全相同。附圖標記共51個，分別代表的是1、2、3、4_渦輪風扇發動機。5-雙曲拱橋。6-減速器器。7-涵道壁。8-升力旋翼槳葉。9-機頭蓋。10-機頭。11-機頭窗口。12-交全門。13-圓形飛翼。14-減速器維修艙門。15-渦輪渦軸發動機維修艙門。16-降落傘艙門。17-防空武器設置平臺。18-垂直立尾翼。19-水平尾翼副翼。20-水平尾翼。21-前排渦輪渦軸發動機排氣孔口。22-固定翼。23-傾轉小固定翼。24-渦輪渦軸發動機艙整流罩。25-渦輪渦軸發動機艙吸氣口。26-渦輪渦軸發動機艙排氣ロ。27-後起落架機輪。28-起落架緩衝支柱。29-後起落架艙門。30-後起落架艙室。31-前起落架機輪。32-前起落架收入作動筒機構。33-前起落架艙門。34-前起落架艙室。35-機修人員出入艙門。36-客艙窗ロ。37-客艙。38-底艙。 39-浮筒支柱。40-浮筒。41-旅客和機組人員出入艙門。42-卷揚鋼絲繩。43-升カ旋翼槳轂整流罩。44-後排渦輪渦軸發動機噴氣ロ。45-後系留機構艙門。46-機載外掛機構艙門。47-前系留機構艙門。48-雙線平橋。49-前排渦輪渦軸發動機。50-冷卻風通風ロ。 51-外掛或內載對地轟炸武器設置平臺。
具體實施例方式一.確定具備實施能力的企業1-採用複合材料設計與製造各種飛機機身的企業。2-採用複合材料設計與製造各種船身的企業。3-設計與製造各種大型複合材料配件的企業。4-設計與製造各種飛機機身的企業。5-具備各種研發能力的大中型企業。因為設計與製造飛機投資比較巨大，所以與之不相關的其他小型企業將不具備實施能力。ニ、確定設計方案與要求為了達到實施本發明零風險的目的，先由最小型多功能直升機的設計與製造開始，在此基礎上再向大型多功能直升機設計與製造方向發展。本發明是多功能直升機機身的設計方法。其它功能機構和機載設備，需要向專業的生產廠家選購與定製。因為渦輪渦軸發動機型號如果不能滿足需要，有航空用活塞式發動機可以代替。 所以升カ旋翼需要的發動機應有盡有。決定機身型號以及總起飛重量，由渦輪風扇發動機推力的大小來決定的。假如能夠買到ー噸推力的渦輪風扇發動機，每架飛機需要兩臺渦輪風扇發動機，四副升カ旋翼，每副升力旋翼設計產生ー噸升力。因此可確定其總起飛重為6 噸。假如買不到ー噸推力的渦輪風扇發動機，根據能夠買到的渦輪風扇發動機為標準，來確定每副升力旋翼的升力以及總起飛重和與之相關的設計要求。三、確定升カ旋翼每架多功能直升機共需要4副升カ旋翼，且分成兩組反方向旋轉。槳尖速度，200米/S。槳葉形狀後掠矩形彎葉，雙凸流線型葉面，預扭角10°。槳葉採用複合材料蒙皮。且升カ旋翼適合於在固定涵道內旋轉，直徑越小越好。根據上述要求到旋翼專業生產廠家定製升カ旋翼。然後進行升力旋翼各項功能驗證，首先應根據本發明的設計方法，設計與製造ー套固定涵道與升力旋翼支承架。1-驗證旋翼的實際升カ效率。 2-驗證旋翼在高速旋轉時對固定涵道與支承架的振動カ矩有多大。3-驗證旋翼所需要的發動機功率是多少。4-驗證旋翼抗疲勞極限有多大。經驗證各項機構功能效果都符合標準之後，方可進行下ー項。否則可與相關的工程技術人員繼續研究實驗與修正。直到合格驗收為止。四、確定其他與之相關的各種功能機構兩臺渦輪風扇發動機、四臺渦輪渦軸(或是航空活塞)發動機、四幅升カ旋翼、四個固定涵道與支承架、減速器等已經確定之後。確定傳動機構與傳動路線、控制機構與路線等。當上述各種功能機構都已經確定之後，多功能直升機的總起飛重量與空重也就確定了。根據它的載重能力來確定它的功能和使用要求。 再根據使用要求，來確定其它與之相關的各種功能機構。本著量體裁衣的方法，到各種功能機構專業生產廠家採購或定製。到目前為止，中國的飛機設計、製造企業與廠家已經非常系統和完善。各種功能機構都有專業的生產廠家，基本上可以滿足實施本發明的一切需求。五、風洞試驗按照一種多功能直升機的設計方法，依據各種功能機構的使用要求與安裝位置尺寸和空間尺寸，採取量體裁衣、理論與實際相結合的設計方法，設計、製造一架符合在風洞中進行試驗要求的，多功能直升機的機身模型。需要在風洞中進行試驗的項目有ι-驗證圓形飛翼、固定翼與傾轉小固定翼所產生的升力，是否滿足以固定翼飛機飛行模式飛行標準的需求。2-驗證垂直立尾翼在控制飛機平飛航行吋，左右轉向是否機動靈活。3-驗證高平尾翼在控制飛機爬升、平飛航行、俯衝時的實際效果。4-驗證傾轉小固定翼在控制飛行中左右平衡、戰略戰術左右翻滾時的實際效果。5-驗證整架機身的氣動效果，和在以750公裡/小時平飛航行時的氣動阻カ是多少。經驗證各項功能效果都符合要求吋， 方可進行下ー項。否則，進行修身設計與改造，直到符合要求為止。六、設計施工圖紙各項準備工作都已經完成以後，開始依照機身的實驗模型、按照各種功能機構的使用要求與安裝位置尺寸和空間尺寸，遵照薄壁式結構的設計要求，，根據整架機身各處位置所受カ與力矩的大小，設計桁梁、隔框、桁條、預設構件、以及各個カ 矩點的加強構件等，他們的規格尺寸、結構形狀、表面蒙皮、所需要的各種材料以及加工エ 藝……等一切設計與要求，都要繪製到施工圖紙上。七、製造與安裝嚴格依照施工圖紙進行選料與施工，當各個零部件都製造好了之後進行組裝，直到圓滿成功為止。到那時，一架具有國際領先水平的多功能直升機就會ー飛沖天，翱翔在浩瀚的藍天上，向世界展示它那別具一格的特殊風採。試看天下誰能故！
權利要求
1.一種多功能直升機的設計方法多功能直升機的形式、總體方案、總體結構布置、氣動布局、全機布局樣機設計與製造(提交按說明書附圖放大8倍的全機布局樣機模型的彩色照片共6幅)；全機氣動特性計算(包括性能、平衡、操縱穩定性、機動性)，機身模型風洞試驗、孤立旋翼模型風洞試驗；各系統設計要求、系統原理及組成，系統功能與特性、系統配套設備；各種功能機構所處位置的設計與安排。
2.多功能直升機的形式準備垂直起飛時，將小固定翼傾轉到垂直狀態，先啟動4副升力旋翼，後啟動I號與2號發動機和4副升力旋翼一起工作起飛，在4副升力旋翼下洗氣流作用下，帶走地面灰塵和發動機噴出的廢氣，確保渦輪風扇發動機正常工作，在起飛高度達到100米左右時，啟動3號和4號發動機推進、爬升飛行，爬升到可以適合平飛航行的高度時，將小固定翼傾轉到平飛狀態，4臺渦輪風扇發動機一起全力推進平飛航行，在平飛航行速度達到200公裡/小時左右時，開始逐漸地為4副升力旋翼卸載，一直到可以關停4臺渦輪渦軸發動機為止，這時，4副升力旋翼在固定涵道內自由轉動，升力由圓形飛翼、固定翼與傾轉小固定翼一起產生，完成了由旋翼直升機飛行模式轉換成固定翼飛機飛行模式；在地麵條件允許的情況下，可以滑跑起飛，這樣可以比垂直起飛節省60 %以上的功耗。
3.圓形飛翼與四個固定涵道和兩個固定翼的融合設計在圓形飛翼平面中挖出四個固定涵道，涵道周圍的桁梁、桁條、涵道壁與圓形飛翼固定結合成一體，不僅等於在圓形飛翼中減去了四個固定涵道所佔面積內，圓形飛翼的重量與面積，而且還將四個固定涵道融合設計於圓形飛翼之中；兩個固定翼的底面在圓形飛翼中所佔面積內，只需在設計圓形飛翼桁梁、桁條時，按照固定翼的形狀要求設計就可以了，在沒有增加任何層面的情況下，便將兩個固定翼融合設計在圓形飛翼上面；僅用圓形飛翼四分之一的實際面積，便將四個固定涵道和一個圓形飛翼融合設計在固定翼飛機的機身上，再在此基礎上設計，安裝四套升力旋翼機構，便達到了一個機身兩種功能的目的，且四個固定涵道大大的提高了四副升力旋翼的槳盤載荷能力，不僅四副升力旋翼下洗氣流無障礙損失，而且圓形飛翼還有層面氣動效果，在垂直起降、空中懸停時，以圓形飛翼為分界面的上下大氣層，由於四副升力旋翼的作用而產生上面大氣壓小，下面大氣壓大，這說明了圓形飛翼同時也在起到產生升力的作用；固定涵道與升力旋翼的設計，為設計重型、超大型直升機打下了有利的基礎，例如 每套升力旋翼機構可以產生20噸的升力，又因為四套升力旋翼機構只需提供三分之二的升力，另外三分之一的升力由渦輪風扇發動機提供，根據20噸X4+40噸=120噸、設計總起飛重120噸的重型直升機時，用4套小型升力旋翼功能機構，就解決了不用大發動機和大螺旋槳的問題。
4.雙曲拱橋與雙線平橋的設計由縱向雙曲拱橋與橫向雙線平橋互相垂直穿插，固定結合組成了一個完整的支承架，支承架的作用是承當減速器與升力旋翼的安裝平臺；由升力旋翼和減速器所產生的力矩，通過支承架與固定涵道壁上的8個聯接點，分散到固定涵道壁上，再由固定涵道壁均勻的擴散到圓形飛翼中；由雙曲拱橋與雙線平橋組成的支承架具有重量輕、結構剛性強、能夠非常有效的分散與擴散力矩等優點，為大直徑升力旋翼提供了非常有利的設置與安裝平臺。
5.底艙與浮筒的設計要求結構形狀外觀設計必須得符合氣動和流體力學的要求，前三點式可收放起落架艙門關閉時，其外觀造型必須得跟底艙的外觀造型和諧一致，且不能透氣或透水、當艙門打開時，水和空氣不能通過起落架艙室進入到底艙內室裡面去；底艙底面所設計的系留機構和機載外掛機構的艙室與艙門設計要求，和起落架艙室與艙門的設計要求相一致，整個底艙的排水重量必須得滿足整架飛機在水面上起降條件的需要；浮筒的設計要求浮筒與浮筒支柱固定連接，浮筒支柱與圓形飛翼底面，採用螺栓與預設在圓形飛翼中相應位置的螺母固定連接，當本次飛行任務不需要水上起降功能時，將浮筒與浮筒支柱一起卸下來，減少飛行阻力。
6.防空武器與外掛或內載對地轟炸武器設置平臺當多功能直升機作為純軍事方面使用時，可以在防空武器設置平臺和外掛或內載對地轟炸武器設置平臺處，設置與安裝相關的武器和彈藥，否則此處可作它用或者不利用。
7.系留機構艙門當多功能直升機作為軍用艦載機使用時，可在此處設置系留機構以及艙室與艙門；如果作為消防機使用時可將底艙內室油箱移往別處，在此處增設消防用水箱，將系留機構艙門，改成吸水與噴水艙門；機載外掛艙門可以根據設計需要來確定。
8.降落傘艙門與安全門此處是整個機身重力中心線的頂端位置，在此處設計降落傘艙室與艙門，有利於機身在墜落時機身的力平衡，當多功能直升機在戰鬥中中彈或者是出現機械故障，正在墜落時，打開降落傘，降低機身墜落速度與控制機身保持平衡狀態，使圓形飛翼同時也起到降低機身墜落速度的作用；在降落傘、圓形飛翼、升力旋翼、起落架等一起共同作用力下，可確保機身平穩著陸和隨機人員與機身的安全；假如降落傘被炸或損壞， 可以迅速打開安全門跳傘逃生，否則在空中不能打開安全門，因為在降落傘的攏罩下，這樣做很危險，只有等到飛機墜地之後，方可打開安全門進行逃生，只有這樣，才能夠做到萬無一失。
9.一種多功能直升機的設計方法其實用與演變本發明實用於設計總起飛重量2噸以上，各種多功能直升機的機身設計，尤其是在設計中型、大型、超大型(根據目前發動機與旋翼的設計，製造技術，設計、製造總起飛重2-200噸左右多功能直升機沒有問題)多功能直升機時，更加顯示出其特別優越的設計效果；在設計總起飛重量40噸以下多功能直升機時，可將設計在固定翼上面的3號和4號渦輪風扇發動機去掉，將費阻、提速功率和副餘功率轉給1號和2號發動機；在設計大型和超大型多功能直升機時，利用其可以容納4套升力旋翼功能機構的特殊功能，用現在已經技術成熟了的小型發動機與升力旋翼來集成、組裝、 設計與製造；本發明在設計過程中，非常重視各種力矩的分散與擴散，為設計，製造機身能夠更多地利用複合材料，打下了基礎，尤其是機身外表蒙皮，可以100%的利用複合材料來設計與製造，將大大的減輕了機身的重量與製造成本；在同樣載重與功耗的情況下，多功能直升機的平飛航行速度，是旋翼直升機平飛航行速度的2-2. 5倍，不但大大的提高了工作效率，而且還達到了節能減排在50%以上的目的；多功能直升機的機身，為各種功能機構提供了有利的設置與安裝平臺，我們完全可以根據實際需要來進行選擇與使用。
全文摘要
本發明公開了一種多功能直升機的設計方法。涉及怎樣才能夠將飛翼式飛機、傾轉涵道風扇式飛機、傾轉旋翼式飛機、水上起降飛機、固定翼飛機、美國F-35B垂直起降戰鬥機、旋翼直升機等，它們各個機身上的特殊功能優點，集中到一起設計在一種多功能直升機的機身上，且克服它們各個機身上所存在的缺點。本發明創造性地提出了圓形飛翼的設計理論，發明了融合設計方法僅用圓形飛翼四分之一的實際面積，便將四個固定涵道，一個圓形飛翼融合設計在固定翼飛機的機身上，且為各種功能機構提供了有利的設置與安裝平臺。使其達到一機多用、提高其工作效率，比旋翼直升機節能減排在50％以上、為設計與製造各種多功能直升機開闢了一條廣闊的新思路。
文檔編號B64C27/08GK102530248SQ20111046222
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者周景榮 申請人:周景榮