[发明专利]“机轮”旋翼

说明书

“机轮”旋翼是具有可变桨距和可变扭转的桨叶的旋翼。“机轮”旋翼包括通过柔性桨叶连接到闭合轴对称翼的一个或多个桨毂。由于在宽环形翼中提供了罩式风扇或在旋转圆柱形翼中提供了叶轮，因此典型的为具有薄平面翼的起升旋翼，提供了翼相对宽度和锥形角组合的广泛范围，该薄平面翼附接到长桨叶的尖端。“机轮”旋翼组合并增强了旋翼和机翼的优点。“机轮”旋翼具有高空气动力学性能，并消除了对旋翼尺寸和飞行速度的限制。“机轮”旋翼可用于设计垂直起飞和着陆航空器。

技术领域

本发明涉及航空，尤其涉及旋翼航空器。旋翼也可用于风力发电。

背景技术

比空气重的航空器通常使用机翼或旋翼提供升力。旋翼对于低速飞行有效，而固定翼对于高速飞行有效。仅使用用于产生升力的这些选择之一导致了飞机的有限速度范围。另一方面，这两个选择的不当使用可能会使它们的缺点组合。

具有平面环形翼的旋翼旨在用于高速垂直起飞和着陆(VTOL)旋翼航空器，但是这里的旋翼仅用于产生升力。在水平飞行或平飞期间，旋翼以自转模式操作，且外翼以正迎角移动穿过空气，从而产生主升力。通过巡航螺旋桨或喷射驱动器提供航向保持。

2000年7月11日的名称为“陀螺稳定三模式航空器”的US 6,086,016公开了一种陀螺稳定三模式航空器，其包括通过增加平面环形翼(圆形轮廓)而改变的旋翼。此外，US 6,086,016公开了一种包括两个这种同轴旋翼的航空器。

US 6,086,016的附图和说明书示出了用于将刚性的直升机桨叶附接到桨毂和环形翼的旋转件。该航空器通过固定翼控制和尾部控制而转向。

US 6,086,016的缺点如下：

1、US 6,086,016的航空器声称是陀螺稳定航空器，但其实际上并不是陀螺稳定的。环形翼的旋转平面和航空器机身的位置不是刚性相关的。具有两个非平行翼的双翼飞机不能飞行。

2、在不控制旋翼桨叶总距(collective pitch)和周期变距的情况下，旋翼航空器的控制是不可能的。倾斜盘的使用在说明书和附图中均未提及。

3、通过转环将桨叶附接到外部环形翼导致旋翼强度降低、设计更复杂，并且不能防止桨叶尖端的不利的扭转振动。

4、旋翼作为螺旋桨的效率低。旋翼以直升机、飞机和旋翼机模式操作。由于刚性机翼在起飞和自转期间仅具有一个几何扭转角，所以桨叶尖端承受过载。

2005年1月25日的名称为“旋翼/固定翼航空器”的US 6,845,941 B2公开了一种旋翼/固定翼航空器。在US 6,845,941中，旋翼系统包含环形平面翼中的一个桨毂和径向桨叶，其中每个桨叶配备有顺桨铰链或可倾斜对称缝翼和襟翼。航空器配备有上述旋翼和用于在水平飞行的情况下停止和锁定旋翼的装置。航空器具有两个不同的桨叶控制系统：当作为直升机操作时旋翼旋转，当作为飞机操作时旋翼锁定。

US 6,845,941的主要缺点如下：

1、在作为飞机操作的情况下，固定旋翼的空气动力学柔度和刚度低。机身经受振动和发散不稳定性。环形翼通过长桨叶连接到桨毂。固定旋翼未被离心力拉紧而失去其刚性，因此通过桨毂的固定来实现机翼的刚性固定是不可能的。

2、旋翼作为螺旋桨的效率低，而其作为固定翼也具有不太高的机翼效率。刚性桨叶具有显著的厚度和低效的对称翼型截面。

3、具有可倾斜对称缝翼/襟翼的桨叶，以及双模式旋翼控制系统太复杂且不可靠。

因此，已知的解决方案采用包括平面环形翼和桨毂的旋翼，该平面环形翼和桨毂通过具有可变桨距的径向布置刚性桨叶、经由顺桨铰链而彼此连接。

闭合旋翼可不同于环形翼。1985年12月24日的名称为“滑动环”的US 4,560,358描述了该滑动环的平面形状和截面轮廓的各种设计。