倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构

摘要

倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，属于直升机制造技术领域。由摆动发动机、中间摆动带轮、摆动传动带、旋转发动机、机翼旋转带轮、旋转传动带和双自由度转动机构等安装连接构成。本发明结构设计科学合理，可运用于倾转旋翼飞机。倾转旋翼飞机具有垂直/短距起降能力，倾转旋翼机耗油量少、速度快、航程远、载重大等优点，其运输成本仅为直升机的1/2。

权利要求

1.一种倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，设有摆动发动机（1）、中间摆动带轮（4）、摆动传动带（5）、旋转发动机（9）、机翼旋转带轮（6）、旋转传动带（7）和双自由度转动机构（13）；摆动发动机（1）、中间摆动带轮（4）和旋转发动机（9）、机翼旋转带轮（6）同轴线相对设置；

所述双自由度转动机构（13）设有机架（19）、系杆（18）、中心轮（16）、行星轮（17）、旋翼摆动带轮（15）、旋翼旋转带轮（12），机架（19）通过支撑杆（11）固定在机翼（10）上，中心轮（16）和系杆（18）安装在机架（19）上，系杆（18）与中心轮（16）同轴线，系杆（18）支撑行星轮（17），中心轮（16）和行星轮（17）啮合构成齿轮副，旋翼（14）安装在行星轮（17）上，系杆（18）和旋翼摆动带轮（15）固定联接，中心轮（16）和旋翼旋转带轮（12）固定联接；

摆动发动机（1）和中间摆动带轮（4）安装在飞机的机翼箱体（3）上，摆动发动机（1）驱动联接中间摆动带轮（4），中间摆动带轮（4）通过摆动传动带（5）与双自由度转动机构（13）的旋翼摆动带轮（15）驱动连接，旋转发动机（9）和机翼旋转带轮（6）安装在飞机的机翼箱体（3）上，旋转发动机（9）驱动联接机翼旋转带轮（6）；机翼旋转带轮（6）通过旋转传动带（7）与双自由度转动机构（13）的旋翼旋转带轮（12）驱动连接。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，所述摆动发动机（1）通过摆动减速器（2）和中间摆动带轮（4）相联接。

3.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，所述旋转发动机（9）通过旋转减速器（8）和机翼旋转带轮（6）相联接。

4.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，所述中间摆动带轮（4）与旋翼摆动带轮（15）为同步齿形带轮，摆动传动带（5）为与中间摆动带轮（4）和旋翼摆动带轮（15）相匹配的同步齿形带。

5.根据权利要求1所述的倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，所述机翼旋转带轮（6）与旋翼旋转带轮（12）为同步齿形带轮，旋转传动带（7）为与机翼旋转带轮（6）和旋翼旋转带轮（12）相匹配的同步齿形带。

说明书

倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，属于直升机制造技术领域。

背景技术

[0002] 倾转旋翼飞机比较成功的是美国V22“鱼鹰”，它在机翼翼尖处安装做倾转运动的发动机和旋翼，通过旋翼倾转来调节飞机的飞行状态，当螺旋桨的轴线处于水平时，就给飞机一个向前的拉力；当螺旋桨轴线处于竖直时，则给飞机提供一个向上的升力。

[0003] 美国V22“鱼鹰”存在如下缺点：1）机翼刚度弱，容易颤振 安装沉重发动机的短舱远离重心，像扁担两头挑的一对哑铃，这样的布局造成机翼刚度弱，在高速飞行时，容易造成颤振，限制了飞行速度的进一步提高；2）横向稳定性比较差 飞机两侧如因为某种原因而有所不平衡，两侧的升力差别被翼展放大，很难恢复安全的飞行状态，横向稳定性比较差；3）升力削弱大 为保证在平飞时有足够的升力，V22机翼的面积必须足够大，但为避免机翼受力悬臂过长而导致刚度薄弱， V22的机翼只能是粗短，在起飞阶段，旋翼下洗气流受机翼遮挡严重，很大程度上削弱了螺旋桨升力。

[0004] 为便于说明，坐标系建立如下：两旋翼的旋转发动机的连线和飞机机身轴线为坐标原点o,飞机机身轴线为x 轴，z轴垂直于地面，用右手法则确定y轴。

[0005] 气弹稳定性和升力是倾转旋翼机的重要设计指标，直接关系到飞行稳定性和效率。申请号为201010599982.2的倾斜翼直升机 ，用并联机构构造倾转旋翼驱动机构，可以通过提高机翼的刚度来改善飞机的气弹稳定性，但由于并联机构是安装在机翼上，并联机构直接驱动的旋翼相对机翼的X 方向（飞机前进的方向）不能根据空气动力学实现灵活布置，不利于进一步减小旋翼下洗气流对升力的影响。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是针对上述现有技术存在的不足，设计一种倾转旋翼飞机的混联倾转旋翼驱动机构。根据空气动力学设计要求，混联倾转旋翼驱动机构使飞机在X 轴、Y 轴方向上实现倾转旋翼灵活布局，这样旋翼下洗气流对升力的影响大大减小，以实现机翼刚度的提高和飞机升力的提升。为设计高速、高飞行效率、大升力的倾转旋翼飞机提供保证。

[0007] 本发明的目的是这样实现的，倾转旋翼飞机的混联倾转驱动机构，其特征在于，设有摆动发动机1、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋转发动机9、机翼旋转带轮6、旋转传动带7和双自由度转动机构13；

[0008] 所述双自由度转动机构13设有机架19、系杆18、中心轮16、行星轮17、旋翼摆动带轮15、旋翼旋转带轮12，机架19通过支撑杆11固定在机翼10上，中心轮16和系杆18安装在机架19上，系杆18支撑行星轮17，中心轮16和行星轮17啮合构成齿轮副，旋翼14安装在行星轮17上，系杆18和旋翼摆动带轮15固定联接，中心轮16和旋翼旋转带轮12固定联接；

[0009] 摆动发动机1和中间摆动带轮4安装在飞机的机翼箱体3上，摆动发动机1驱动联接中间摆动带轮4，中间摆动带轮4通过摆动传动带5与双自由度转动机构13的旋翼摆动带轮15驱动连接，旋转发动机9和机翼旋转带轮6安装在飞机的机翼箱体3上，旋转发动机9驱动联接机翼旋转带轮6；机翼旋转带轮6通过旋转传动带7与双自由度转动机构13的旋翼旋转带轮12驱动连接；

[0010] 所述摆动发动机1通过摆动减速器2和中间摆动带轮4相联接。

[0011] 所述旋转发动机9通过旋转减速器8和机翼旋转带轮6相联接。

[0012] 所述中间摆动带轮4与旋翼摆动带轮15为同步齿形带轮，摆动传动带5为与中间摆动带轮4和旋翼摆动带轮15相匹配的同步齿形带。

[0013] 所述旋转带轮6与旋翼旋转带轮12为同步齿形带轮，旋转传动带7为与旋转带轮6和旋翼旋转带轮12相匹配的同步齿形带。

[0014] 本发明结构设计科学合理，可运用于倾转旋翼飞机。倾转旋翼飞机具有垂直/短距起降能力，与常规直升机相比，有以下几个优点： 1）速度快，常规直升机最大速度不超过360km/h、巡航速度一般低于300km/h，而倾转旋翼机的巡航速度可达500-550km/h，最大速度可达650km/h；2）噪声小，倾转旋翼机因巡航时一般以固定翼飞机的方式飞行，因此噪声比直升机小得多，如在150米高度悬停时，其噪声只有80分贝，仅相当于30米外卡车发出的噪声；3）航程远，倾转旋翼机的航程大于1850千米，若再加满两个转场油箱，航程可达3890千米；4）载重量大，美国研制的倾转旋翼机V-22悬停重量已达21800千克；5）耗油率低，倾转旋翼机在巡航飞行时，因机翼可产生升力，旋翼转速较低，基本上相当于两副螺旋桨，所以耗油率比直升机低；6）运输成本低，综合考虑倾转旋翼机耗油量少、速度快、航程远、载重大等优点，其运输成本仅为直升机的1/2。本发明运用于倾转旋翼飞机可实现：根据空气动力学设计要求，倾转旋翼在飞机X轴、Y轴方向上灵活布局，大幅度减小旋翼下洗气流对升力的影响，以实现机翼刚度的提高和飞机升力的提升。为设计高速、高飞行效率、大升力的倾转旋翼飞机提供保证。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图。

[0016] 图2为本发明的双自由度转动机构结构示意图。

[0017] 图中：1摆动发动机、2摆动减速器、3机翼箱体、4中间摆动带轮、5摆动传动带、6机翼旋转带轮、7旋转传动带、8旋转减速器、9旋转发动机、10机翼、11支撑杆、12旋翼旋转带轮、13双自由度转动机构、14旋翼、15旋翼摆动带轮、16中心轮、17行星轮、18系杆、19机架。

具体实施方式

[0018] 如图1、图2所示，混联倾转驱动机构由摆动发动机1、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋转发动机9、机翼旋转带轮6、旋转传动带7和双自由度转动机构13等安装连接构成。
双自由度转动机构13设有机架19、系杆18、中心轮16、行星轮17、旋翼摆动带轮15、旋翼旋转带轮12，机架19通过支撑杆11固定在机翼10上，中心轮16和系杆18安装在机架19上，系杆18支撑行星轮17，中心轮16和行星轮17啮合构成齿轮副，旋翼14安装在行星轮
17上，系杆18和旋翼摆动带轮15固定联接，中心轮16和旋翼旋转带轮12固定联接。摆动发动机1和中间摆动带轮4安装在飞机的机翼箱体3上，摆动发动机1通过摆动减速器
2驱动联接中间摆动带轮4，中间摆动带轮4通过摆动传动带5与双自由度转动机构13的旋翼摆动带轮15驱动连接，中间摆动带轮4驱动摆动传动带5运动，摆动传动带5驱动旋翼摆动带轮15运动。旋转发动机9和机翼旋转带轮6安装在飞机的机翼箱体3上，旋转发动机9通过旋转减速器8驱动联接机翼旋转带轮6；机翼旋转带轮6通过旋转传动带7与双自由度转动机构13的旋翼旋转带轮12驱动连接。旋转带轮6驱动旋转传动带7运动，旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12运动。

[0019] 摆动发动机1和旋转发动机9分别运用摆动减速器2、旋转减速器8达到增加输出力矩的目的。

[0020] 所述中间摆动带轮4与旋翼摆动带轮15为同步齿形带轮，摆动传动带5为与中间摆动带轮4和旋翼摆动带轮15相匹配的同步齿形带。所述旋转带轮6与旋翼旋转带轮12为同步齿形带轮，旋转传动带7为与旋转带轮6和旋翼旋转带轮12相匹配的同步齿形带。运用同步齿形带传动增强驱动能力和提高传动的精确性。

[0021] 工作原理：

[0022] 如图1所示，在飞机前飞阶段，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋翼摆动带轮15、系杆18、行星轮17组成的运动链保持旋翼14的轴线和地面平行；旋转发动机9通过旋转减速器8驱动机翼旋转带轮6旋转，机翼旋转带轮6驱动旋转传动带7运动，旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12旋转，旋翼旋转带轮12通过中心轮16驱动行星轮17旋转，行星轮17驱动旋翼14旋转从而产生牵引力。

[0023] 如图2，在飞机起飞阶段，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4、摆动传动带5、旋翼摆动带轮15、系杆18、行星轮17组成的运动链保持旋翼14的轴线和地面垂直；旋转发动机9通过旋转减速器8驱动机翼旋转带轮6旋转，机翼旋转带轮6驱动旋转传动带7运动，旋转传动带7驱动旋翼旋转带轮12旋转，旋翼旋转带轮12通过中心轮16驱动行星轮17旋转，行星轮17驱动旋翼14旋转从而产生升力。

[0024] 在飞机起飞和前飞两者状态之间切换时，摆动发动机1通过摆动减速器2、中间摆动带轮4通过摆动传动带5驱动旋翼摆动带轮15旋转，摆动带轮15通过系杆18带动行星轮17（旋翼14安装在行星轮17上）产生所需要的摆动，从而实现旋翼产生所需要的倾转角度。

[0025] 飞机两侧各安装一副混联倾转旋翼驱动机构，为保证旋翼产生的扭力相互抵消（扭力在xoy平面内不利于飞机飞行），两侧的旋转发动机的转动速度相反，且两侧旋翼所安装的桨叶分别为正、反桨。

[0026] 参考文献

[0027] [1]解放军报.崛起中的无人机应用工程专业. http://jczs.sina.com.cn 2005年03月30日 07:38；

[0028] [2]岳海龙,夏品奇.倾转旋翼机前飞动力学稳定性分析[J].航空动力学报,2007,(11)；

[0029] [3]徐进,高正.适合机动飞行的旋翼气动模型研究[J].航空动力学报,2008,(01)；

[0030] [4]徐新,曹喜 金.世界军 用直升机 发展趋势[J]. 直升机技 术,2009,159(3):131-134；

[0031] [5]薛立鹏，张呈林.倾转旋翼气动优化设计[J].空气动力学学报,2011,29(4):453-458；

[0032] [6]曹芸芸,陈仁良.倾转旋翼飞行器旋翼对机翼向下载荷计算模型[J].航空动力学报,2011,26(2): 468-474；

[0033] [7]陈平剑,林永峰,黄水林.倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰的试验研究[J].直升机技术, 2008,155(3):108-114；

[0034] [8]Piatak D J, Kvaternik R G,Nixon M W, et al.Aparametric investigation of whirl-flutter stability on the WRATS tilt-rotor model [ J ] . Journal of the American Helicopter Society , 2002, 47( 2) : 134-144；

[0035] [9] 薛立鹏,张呈林. 动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响[J]. 南京航空航天大学学报, 2011, 43(1): 7-12；

[0036] [10]杨朝敏, 夏品奇. 倾转旋翼机前飞时机翼/短舱/旋翼耦合系统气弹稳定性分析[J].中国科学: 技术科学, 2011, 41(10 ): 1322 ~ 1328；

[0037] [11]彭名华, 蔡杰, 张呈林. 倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科优化设计研究[J]. 航空动力学报, 2007,22(6):974-979。