[发明专利]一种用于航空器垂直起降的折扇式旋翼

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于航空器垂直起降的折扇式旋翼，特别是一种垂直起降时打开、水平飞行时收合的折扇式旋翼，属于航空器技术领域。

背景技术

载人航空器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降航空器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降航空器（如直升机）。就目前已经达到的技术水平来说，固定翼航空器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼航空器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。

目前，旋转翼航空器还存在一些无法克服的固有缺陷，主要表现为：（1）飞行速度有极限。受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，旋转翼航空器的理论速度不能超过420公里/小时。（2）可靠性低。旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损使可靠性总是不如固定翼航空器。（3）横滚稳定性差。两侧旋翼升力不均匀会导致旋转翼航空器发生横滚，在几秒钟内就会倾覆失控。（4）操控复杂。直升机的旋翼既提供了飞行的机动性，同时也造成了飞行操控的复杂性。使得操控负荷远远大于固定翼飞机，加大了人为失误的概率。（5）无法做大。旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，航空器尺寸受限，无法做得更大。（6）飞行机理失调。直升机虽然发展了近70年，但是飞行机理内在的协调性差，充满了先天性的矛盾。如：采用尾桨平衡旋翼扭矩，采用挥舞铰和摆振铰平衡前飞翻转力矩，垂直起降时要求旋翼面积大而水平飞行时希望旋翼面积小，垂直起降状态与水平飞行状态的飞行机理互相矛盾、无法统一，如此等等，直接导致飞行状态的控制复杂、稳定性差。

总之，旋转翼航空器的上述缺陷来源于旋翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾。而折扇式旋翼能够很好兼容垂直起降和水平飞行两种飞行模式，将成为旋转翼航空器新的发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为克服现有垂直起降航空器的旋翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种不同飞行模式而产生的矛盾，提供一种用于航空器垂直起降的折扇式旋翼，按照飞行工况需求改变气动外形而减少飞行阻力，回避旋翼振动，提高自持特性和鲁棒性，实现本安防坠、加速跳飞和柔性迫降，协调机理、简化结构、降低成本、提高可靠性和适应性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于航空器垂直起降的折扇式旋翼，所述折扇式旋翼具有起降时像折扇一样打开而飞行时像折扇一样收存的多片桨叶3，包括一根、两根或多根转向相反的旋转轴1、每根旋转轴驱动多个上、下配合的轴套2和多片桨叶3，每个轴套与一片桨叶相连，每根旋转轴与最下边的轴套2相连，旋转轴驱动最下边的轴套，下边的轴套依次驱动上边的轴套，由此每根旋转轴可以驱动一组桨叶；每个轴套2的上、下端设有配合结构2-1并由其形成上、下两个配合面，相互配合的上、下轴套的配合面之间的可旋转活动空间形成配合角α，下配合面在下轴套转动到配合角α时即驱动本轴套，上配合面在本轴套转动到配合角α时即驱动上轴套；每根旋转轴上最下方的一叶桨叶为主动桨叶，每根旋转轴直接驱动主动桨叶的轴套带动主动桨叶旋转，主动桨叶的轴套带动其上方相邻的从动桨叶的轴套，从动桨叶的轴套又带动其上方相邻的从动桨叶的轴套，使得同一组桨叶按照配合结构2-1确定的配合角α依次展开；轴套2上的配合结构2-1具有单向性，正方向转动时可以按照配合角锁止驱动，反向转动时配合面解锁而使得上、下轴套可以自由转动复位。

所述轴套2上、下端面的配合结构2-1可为扇形限位凸台，扇形限位凸台的扇形角度等于配合角。所述配合角α按照同一根旋转轴上的桨叶数目均分360度确定，保证一根旋转轴带动各轴套正向旋转至被相互锁止后其上各桨叶相互间均分360º圆周角。如，一根旋转轴上有2片桨叶时，配合角等于180°，上面的桨叶轴套的下端面限位凸台与下面的桨叶轴套的上端面限位凸台之间的配合面可保证两个轴套上的两片桨叶打开成一直线或折叠收合成一直线；当一根旋转轴上有4片桨叶时，配合角等于90°。

所述多根转向相反的旋转轴之间既可通过内外同心轴的方式实现，也可以通过旋转轴分开布置的方式实现。多根转向相反的旋转轴分开布置的方式可以是前后错位布置、可以是左右错位布置、也可以是上下错位布置等等。采用内外同心轴的方式实现时，内外旋转轴之间可以通过轴承支承，保证轴套与旋转轴之间旋转自如。所述旋转轴1采用偶数旋转轴配置时，反方向旋转的两组桨叶可以相互抵消反扭矩。