[發明專利]適用于垂直起降飛行器的動力系統結構及其控制方法

無效

• 申請號: 201310722455.X
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103738496A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 張旭超;于德弘;秦科科;汪翔宇;楊壯滔;任超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B64C27/22
• 分類號: B64C27/22;B64C29/00;B64D27/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于航空飛行器設計領域，具體涉及一種適用于垂直起降飛行器的動力系統結構及其控制方法。

背景技術

垂直起降技術的誕生主要是因為飛機滑跑起飛方式的不足，特別是在歷次戰爭中的表現，讓飛機的垂直起降進入人們的視線。二戰及中東戰爭等戰爭直接對敵方機場的襲擊讓人們感受到了需要跑道的滑跑式飛機的不足之處，而冷戰則是垂直起降技術的催化劑。二戰后的五六十年代，在極有可能爆發核戰爭的陰影下，人們擔心出現核大戰對機場造成破壞、常規飛機無法出動的局面，所以催生了固定翼飛機的垂直起降技術。垂直起降飛機減少或基本擺脫了對跑道的依賴，只需要很小的平地就可以拔地而起和垂直著陸，所以在戰爭中飛機可以分散配置，便于靈活出擊、轉移和偽裝隱蔽，不易被敵方發現，出勤率也大幅提高，并且對敵方的打擊具有很高的突然性，大大提高了飛機的戰場生存率。

有垂直起降能力的固定翼飛機不需要專門的機場和跑道，這樣就省去了昂貴的機場建設費用，不用驅鳥，也能在惡劣氣象條件下起降，降低了使用成本，而且還具有航程遠，有效載荷高等傳統直升機所不具有的優勢。所以，垂直起降固定翼飛行器成為了航空飛行器發展的一個熱門方向。

現有的垂直起降飛行器大都采用單軸，雙軸，或者三軸等控制難度很高的垂直起降結構布局形式，不僅垂直起降模式時穩定性和可靠性都難以保證，而且由于其采用的方式會導致飛機的結構不同于一般常規固定翼飛機，過于復雜，嚴重影響到固定翼模式下的氣動布局，從而嚴重影響平飛時的飛行品質。另外一個方面，現有的垂直起降飛機大部分由于其結構設計所限，沒有辦法采用很大的翼展，從而無法增加有效的機翼面積，使得其飛行效率無法提高，航程和傳統固定翼飛機相比還是相差很大。所以，只有在盡量采用最成熟旋翼機模型布局形式且不影響常規固定翼飛機布局結構的情況下，做到垂直起降功能，才能最大程度上提高垂直起降飛行器的各個方面的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于垂直起降飛行器的動力系統結構及其控制方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案。

一種適用于垂直起降飛行器的動力系統結構，包括提供動力的螺旋槳，所述螺旋槳布置于飛機兩側主機翼的前后側，位于主機翼前側的螺旋槳可向上傾轉，位于主機翼后側的螺旋槳可向下傾轉。

所述主機翼前側的螺旋槳采用正裝，為飛機提供拉力以及升力，主機翼后側的螺旋槳采用反裝，為飛機提供推力以及升力。

所述主機翼前后側螺旋槳各自的傾轉同步進行。

兩側主機翼上分別設置有相同數量的若干對螺旋槳，每對螺旋槳由一個布置于對應主機翼前側的螺旋槳和一個布置于對應主機翼后側的螺旋槳構成，一對螺旋槳采用對應一臺發動機同時驅動或者采用兩臺發動機分別驅動。

所述主機翼上設置有發動機掛艙，發動機掛艙的前后端分別向主機翼前后側對應伸出，發動機掛艙的前后端分別裝有一套動力系統，動力系統包括螺旋槳以及驅動螺旋槳的發動機，發動機與發動機掛艙相連。

上述適用于垂直起降飛行器的動力系統結構的控制方法，包括以下步驟：

當飛機平飛時，螺旋槳平面都處于與地面接近于垂直的狀態，為飛機提供向前的動力；當飛機垂直起降和懸停時，同步驅動主機翼前側以及后側的螺旋槳傾轉，其中主機翼前側的螺旋槳向上傾轉，主機翼后側的螺旋槳向下傾轉。

本發明的有益效果體現在：

本發明采用成熟的旋翼機模型布局形式且不影響常規固定翼飛機布局結構，使其比現有垂直起降飛行器結構簡單，控制難度低，具有更好垂直起降性能和空中懸停性能，且具有更快飛行速度和更遠航程。

采用本發明的垂直起降飛行器與傳統的固定翼飛機相比可以不使用跑道，而是進行垂直起飛和降落，大大降低了對跑道的要求。與傳統直升機相比具有更快的飛行速度，更遠的航程和更高的飛行高度。本發明通過設計，不但實現了垂直起降模式下與現有的最為成熟穩定的X型四軸飛行器類似的布局和控制方式，而且在平飛模式下最大程度上保留傳統可靠的固定翼飛機的布局形式、有效機翼面積和整體結構。所以與其他垂直起降飛行器相比具有布局形式合理，結構簡單，控制方式成熟可靠，飛行更加穩定，航程更遠，載重更大等優點。其布局形式，結構和控制方式不僅可用于小型無人機也可以用于小型載人飛機和大中型運輸機，其發動機不僅可以采用電動機，活塞式內燃機，也可以采用噴氣式發動機等。采用本發明的小型無人機和小型載人飛機，不僅適用于民用航空運輸，救災勘察，航空測繪，也適合于部隊單兵偵察使用。而且本發明用于大中型運輸機也有明顯的優點。