[發明專利]一種用于航空器垂直起降的收放式旋翼

在審

• 申請號: 201710354295.6
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107140203A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 楊衛華
• 申請（專利權）人: 昆明鞘翼科技有限公司
• 主分類號: B64C27/37
• 分類號: B64C27/37
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 張力,韓衛東

技術領域

本發明涉及一種用于航空器垂直起降的收放式旋翼，特別是一種垂直起降時打開、水平飛行時收合的收放式旋翼，屬于航空器技術領域。

背景技術

載人航空器可分為固定翼和旋轉翼兩大類，固定翼常見于水平起降航空器（如噴氣式客機），而旋轉翼常見于垂直起降航空器（如直升機）。就目前已經達到的技術水平來說，固定翼航空器可以高速飛行，操作簡便，但需依托跑道起降。旋轉翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，適應性強，但是機理失調，操控復雜，飛行速度慢，燃油效率低。

目前，旋轉翼航空器還存在一些無法克服的固有缺陷，主要表現為：（1）飛行速度有極限。受翼尖絕對速度必須小于音速的限制，旋轉翼航空器的理論速度不能超過420公里/小時。（2）可靠性低。旋翼槳葉的揮舞產生機械振動，增加了鉸鏈的磨損使可靠性總是不如固定翼航空器。（3）橫滾穩定性差。兩側旋翼升力不均勻會導致旋轉翼航空器發生橫滾，在幾秒鐘內就會傾覆失控。（4）操控復雜。直升機的旋翼既提供了飛行的機動性，同時也造成了飛行操控的復雜性。使得操控負荷遠遠大于固定翼飛機，加大了人為失誤的概率。（5）無法做大。旋翼直徑和轉速受到翼尖速度不能超過音速的限制，旋翼直徑一般最大就是十幾米，航空器尺寸受限，無法做得更大。（6）飛行機理失調。直升機雖然發展了近70年，但是飛行機理內在的協調性差，充滿了先天性的矛盾。如：采用尾槳平衡旋翼扭矩，采用揮舞鉸和擺振鉸平衡前飛翻轉力矩，垂直起降時要求旋翼面積大而水平飛行時希望旋翼面積小，垂直起降狀態與水平飛行狀態的飛行機理互相矛盾、無法統一，如此等等，直接導致飛行狀態的控制復雜、穩定性差。

總之，旋轉翼航空器的上述缺陷來源于旋翼既要兼顧垂直起降又要滿足水平飛行兩種飛行模式而產生的矛盾。而收放式旋翼能夠很好兼容垂直起降和水平飛行兩種飛行模式，將成為旋轉翼航空器新的發展方向。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為克服現有垂直起降航空器的旋翼既要兼顧垂直起降又要滿足水平飛行兩種不同飛行模式而產生的矛盾，提供一種用于航空器垂直起降的收放式旋翼，按照飛行工況需求改變氣動外形而減少飛行阻力，回避旋翼振動，提高自持特性和魯棒性，實現本安防墜、加速跳飛和柔性迫降，協調機理、強化功能、簡化結構、降低成本。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于載人飛行器垂直起降的收放式旋翼，它包括主軸1、槳葉支撐架2、若干槳葉3及槳葉鉸4；所述主軸1與槳葉支撐架2幾何中心垂直相交、固定相連、同步轉動，槳葉鉸4與主軸1基本平行、與槳葉3的翼面基本垂直，槳葉3通過槳葉根部的槳葉鉸4與槳葉支撐架2連接，槳葉鉸4沒有驅動力，槳葉3在離心力和空氣動力的綜合作用下圍繞槳葉鉸4自由轉動并自動呈現出不同的工作狀態；當各片槳葉3需要打開時，即當航空器垂直起降時，主軸1驅動槳葉支撐架2旋轉，槳葉支撐架2、槳葉鉸4均圍繞主軸1同步轉動，各槳葉3在離心力作用下完全打開并平分360°圓周角，相鄰槳葉間的夾角均相同，實現升力最大化；當各片槳葉3需要收合時，即當航空器水平飛行時，主軸1鎖止，槳葉支撐架2與槳葉鉸4亦鎖止，具有負攻角的槳葉3在迎面氣流的偏心力矩作用下圍繞槳葉鉸4自動收合。

所述槳葉3通過槳葉根部的槳葉鉸4收放,直接實現旋翼回轉直徑的擴大和氣動外形的收縮，各槳葉3自動收合后重疊拼合為矩形、圓形或者其它合適形狀，并兼做固定翼具有部分升力，實現升力最大化而阻力最小化的有益效果。

所述槳葉鉸4為無動力自由鉸鏈，槳葉3可在離心力和空氣動力的綜合作用下圍繞槳葉鉸4自由轉動并自動呈現出不同的工作狀態，使槳葉3在不同飛行工況下具有自持性。當航空器垂直起降時，主軸1驅動旋轉，各槳葉3在離心力作用下圍繞主軸1自由轉動，完全打開。當航空器水平飛行時，主軸1鎖止，槳葉支撐架2與槳葉鉸4亦鎖止，具有負攻角的槳葉3在迎面氣流的偏心力矩作用下圍繞槳葉鉸4自動收合，槳葉3自動收合到重疊拼合位置時即自動鎖止，實現阻力最小化，同時還兼做固定翼具有部分升力。當航空器出現故障突然墜落時，主軸1自動解鎖、自由轉動，具有負攻角的槳葉3在上行氣流的偏心力矩作用帶動主軸1開始自旋，各槳葉3在離心力作用下圍繞槳葉鉸4完全打開，旋翼轉速迅速提高，旋翼蓄能增加，實現無動力自旋迫降。