[发明专利]高机动直升飞机

说明书

一种高机动直升飞机。它采用单翼面发动机前置布局，尾坐式起降方式，具备两片可以独立偏转的襟副翼和一个或多个舵面相互联动的垂直尾翼。起降、平飞和悬停状态下的机动动作全部通过控制舵面的偏转和发动机输出功率实现。它可以在任何平坦表面上实现垂直起降，在平飞状态下具备相当于传统固定翼飞机的机动性能，在悬停状态下则具备旋翼机的全部6个可操控自由度。

技术领域

本发明涉及一种既可以悬停又可以平飞的飞行器，尤其是能够在平飞和悬停模式下分别实现固定翼飞机和旋翼机的全部机动性能的高机动直升飞机。

背景技术

直升飞机，即可以垂直起降的固定翼飞机，因为极大地放宽了固定翼飞机对起降条件的要求，从概念提出之初就成为了航空技术的发展目标之一。

20世纪初飞机被发明之后，在很长一段时间都受困于动力不足，让对动力要求严格的垂直起降停留在了概念阶段。即便如此，早在1930年前，欧洲的专利机构也已经受理并批准了若干直升飞机相关的专利技术。

实现垂直起飞的先决条件是发动机必须在垂直方向上产生超过飞机自重的推力或拉力，而对固定翼飞行器垂直起降能力，特别是垂直起飞能力的迫切需求，则是在第二次世界大战中产生的：德国为了在机场遭受压制的情况下截击盟军轰炸机，于1944年开始研制Ba349型火箭动力截击机，并于1945年初实现首飞。尽管Ba349最终未能量产，但是其首创的尾坐式起飞模式，被此后许多固定翼飞机垂直起降项目所沿用。

冷战开始后，旋翼直升机技术开始普及，研发推重比超过1的飞行器不再是难以逾越的技术壁垒。而冷战双方对全面核战争的预期也再次让固定翼战斗机和截击机的垂直起飞能力变得迫在眉睫。从上世纪50年代初开始，几乎所有具备航空工业的国家都对此进行过研究。这其中，航空工业最为发达的美国研制的型号也最多。

这一阶段的代表性产品有，1954年首飞，由美国洛克希德公司的XFV Salmon垂直起降战斗机；1954年首飞，由康维尔公司研制的XFY Pogo垂直起降战斗机；1955年首飞，由瑞安航空工业公司研制的X-13喷气动力垂直起降飞机。其中，XFV使用X型尾翼作为起落架，XFY Pogo采用了主翼尖端和垂直尾翼尖端构成起落架的构型，这些新颖的设计在当时影响有限，却在数十年后成为了无人机尾坐式垂直起飞的经典方案。

冷战期间的军用直升飞机最终以英国的鹞式和苏联的雅克38这两种布局高度相似的机型收尾，尾坐式这种起飞方式被证明不适合军用作战飞机。这一起飞形式销声匿迹半个世纪后，终于伴随着无人机的崛起重新得到重视。

相比载人战斗机和截击机，当代轻型无人机可以轻易地具备远超前者的推重比和结构强度，而这两点恰恰是50年代直升飞机曾经面对的最大障碍。特别是在多旋翼直升机成熟之后，在近10年间，以多旋翼直升机的差速控制技术为基础的直升飞机专利申请数量颇为众多，同时也涌现了一些采用传统固定翼飞机控制原理的直升飞机专利申请，甚至若干引入了单旋翼直升机的可倾斜桨叶的设计。其中的很多方案都采用了50年代就被证明可行的尾坐式起飞模式。

然而，仔细审视现有的尾坐式直升飞机，方案所解决的问题要么是让固定翼飞机实现垂直起降，要么是让旋翼机实现平飞。这固然相对于需要跑道滑跑的固定翼飞机和平飞速度缓慢的旋翼机而言是巨大的进步，却并非直升飞机概念的全部——经典的固定翼飞机可以在4个可操控自由度上实现灵活机动，即前进速率变化、滚转、仰俯和偏航，而经典的旋翼直升机则可以实现全部6个可操控自由度，即沿X、Y、Z轴运动和绕X、Y、Z轴旋转。

遗憾的是，现有尾坐式直升飞机设计中，基于固定翼飞机飞控原理的由于操作通道天然不足，都无法在悬停中实现6个可操控自由度；基于多旋翼原理的则需要用差速方式模拟固定翼飞机的操控自由度，不仅平飞时的速度和机动性无法比拟传统固定翼飞机，还不得不依赖气动布局的高安定性维持平飞的稳定性，进一步牺牲了机动性能。