[发明专利]具有组合桨叶的直升装置

说明书

技术领域

具有组合桨叶的直升装置是对现有直升机垂直起落原理和结构的补充和改进，属于直升机旋转翼和桨叶领域。

背景技术

目前的航空技术仍主要赖以经典的机翼理论，成熟的机型主要有固定翼和旋转翼两大类。前者的设计理论已相当成熟，整机的大小、重量、速度和飞行高度均达到令人惊叹的水平，但隶属后者的直升机虽已在尖端技术云集的军事领域大展身手，但一些不足也是明显的。

本发明关注的是直升机旋转翼桨叶的效率较低。有资料介绍，一般直升机的桨叶少则2支，多则8支，甚至采用双层，与空气作用的总有效面积与固定机翼比相差甚远，致使载重量差距也相当大(例如，安-225运输机可以载重250吨，而米-26只有20多吨)；但继续增加桨叶数量受桨毂结构和安装方法的限制；而增加转速至超音速，又会带来强度、振动等方面的诸多问题。此外，由于直升机桨叶作定轴转动，其轴心点速度为0；而升力与速度平方成正比，故近轴心部分产生的升力较小，物不尽其用。

事实上，依据流体力学理论，除常规机翼能产生升力外，早在1672年被初步认识到，1852年被上升到理论高度的马格努斯效应(Magnus effect)同样可以产生“侧向力”，并用于解释足球运动中的所谓“香蕉球”和乒乓球运动中的“弧圈球”；也有人利用马格努斯效应设计出了带旋转的飞艇，用以增加、调节飞艇的升力。

马格努斯效应是指：在流体中边旋转边前行的回转体(如球或圆柱体)，当其旋转角速度矢量与前行速度矢量不重合时，则在这两个矢量作用面的法线方向上产生一个侧向力，并使该回转体前行轨迹发生偏转的现象。其物理解释是：回转体旋转时借助流体的粘性可以带动其周边流体旋转，致使其一侧的流体增速，而相对侧的流体减速；于是，根据判定速度和压力关系的伯努利原理，两侧会出现压力差。

“马格努斯效应的力学模型”(浙江体育科学，1995年(第17卷)第三期，潘慧炬，浙江师范大学321004)一文摘要：“从伯努里方程出发，运用数学、力学推导，建立了马格努斯效应的力学模型。导出了马格努斯力的数学表达式，并进一步探讨了在此力作用下，旋转球体在空中飞行时的横向位移。”但此文压根不涉及其它，特别是航空领域的应用问题。

“马格纳斯效应运用于飞行器之研究”(任台军，台湾国立中兴大学机械工程学系，网传时间2012.09.11，贡献者莊书豪)一文摘要：“本研究之目的，主要探討瑪格納斯效應運用於垂直起降飛行器之可行性。從文獻資料所得瑪格納斯效應升力係數介於7～9之間，惟未說明實驗方法。本研究擬以從事實驗並驗證之。實驗之轉筒直徑160mm，長180mm，當其切線速度為12.56m／s，氣流速範圍為3～15m／s時，經實驗所量得之轉筒升力可逹71～731g或0.394～4.06(每公尺轉筒長之升力)，亦即升力係數逹3.5～5.1。使轉筒週邊環流增強，則升力係數可逹4～6，還大於機翼1.0～1.5。故應用瑪格納斯效應於垂直起降飛行器，來逹到所需升力，為一可行的方法。”但遗憾的是，该文仅用实验方法测得来流速度，转筒速度和升力大小之间的关系，说明“瑪格納斯效應於垂直起降飛行器，來逹到所需升力，為一可行的方法。”至于用何种结构或装置实施之，并未奉告。

有人提出“马格努斯棒状前襟翼”(百度发动机爱好者于2009.06.18编辑)的设想，即“用适当直径和长度的马格努斯棒取代前襟翼，在起飞、降落或机动飞行时使其转动前沿向上可以产生极大的增升效果，且升力中心靠前，常规布局的飞机可减小尾翼的面积，也可用在三角翼或鸭式布局上。马格努斯棒的刚性较前襟缝翼好，低速时增升效果明显，且易控制，虽会消耗一定能量，好在只在起飞、降落或机动飞行时使用，影响不会太大。”但他并未给出旋转“马格努斯棒”的驱动机构；此外，该方案也仅是对固定机翼的改进。

有人将“扇翼机”(2005年06月27日中国航空信息网巴黎航展消息)列为马格努斯效应的应用；也有人认为它仍是基于传统机翼理论，只不过是掠过机翼的气流来自于机翼前缘的“松鼠笼”风扇。“扇翼机”的结构和原理是：“当由发动机和带状传动装置驱动的风扇旋转时，可从机翼前缘抽入空气，经旋转加速后射入后部机翼表面，从而用很小的功率产生强大的升力。与现有飞机或直升机最大不同的是，其固定翼上装置有旋转的扇笼，并产生气流驱动飞机前进。……它是一种历史上首次由水平旋转而产生升力和推力来维持飞行的飞机。”但该设计中的机翼依然是固定的，且文中只概略提及“该机利用安装在每侧机翼前缘的襟翼进行操纵，俯仰和偏航分别由升降舵和方向舵控制，加速和爬升则由转子转速决定。”