[发明专利]一种用于垂直起降固定翼飞行器的组合旋翼

说明书

本发明公开了一种用于垂直起降固定翼飞行器的组合旋翼。该组合旋翼包括：小螺旋桨、大旋翼、大/小桨帽、桨毂、动力输出轴、电控离合器、大旋翼变速器、转轴支架、大旋翼转轴、大旋翼末端卡勾、承力卡槽和发动机变速器；其前部为小螺旋桨，不可折叠收放；后部为大旋翼，可通过转轴向后折叠收放。此组合旋翼具有垂直起降模式和巡航平飞模式。垂直起降模式中发动机高功率运行，带动大旋翼转动，产生升力完成起降；巡航平飞模式中，发动机小功率运行，带动小螺旋桨转动，产生前飞的牵引力，实现低能耗平飞。具有垂直起降需求功率大和巡航平飞需求功率小的特点，满足了垂直起降固定翼飞行器的动力需求，且节省了能源消耗。

技术领域

本发明涉及一种用于垂直起降固定翼飞行器的组合旋翼，属于航空技术领域。

背景技术

直升机可以垂直起降而不受起降场地限制，具备可悬停、灵活性好的优势，但飞行速度低，航时短；固定翼飞机具有巡航速度高、航时长的优势，但不具备垂直起降能力。垂直起降固定翼飞行器综合了直升机和固定翼飞机两者的优点，既可以垂直起降，同时拥有固定翼飞机的速度性能和续航性能优势，尤其适用于需要垂直起降的场合。目前，世界各个公司都在开展垂直起降飞行器的技术研究工作。

垂直起降模式下的升力和巡航平飞模式下的推力之比非常大，这是垂直起降固定翼飞行器设计的难点是之一。因为垂直起降模式下升力大于等于重力，而巡航平飞模式下推力大于等于阻力，重力与阻力之比约为升力与阻力之比，一般外形的垂直起降固定翼飞行器的升阻比从5到15不等，升阻比越大，气动性能越好，同时也为动力装置的设计提出了巨大的挑战。

目前出现了一些垂直起降固定翼飞行器动力装置的专利和产品，这些设计倾向于小型垂直起降固定翼飞行器，难以应用在100kg级及以上的飞行器中。如公告号为CN107187595 A的专利中公开了一种带有变矩螺旋桨的垂直起降固定翼无人机，其中动力装置为一组可变矩的螺旋桨。由于螺旋桨桨尖的速度受到音速的限制，所以随着重量的增加，即使螺旋桨可以改变桨距，其尺寸仍然越来越大，最终导致该螺旋桨在平飞状态下效率低。公告号CN 107097950 A的专利中公开了一种用于航空器垂直起降的收放式旋翼，其利用离心力展开旋翼，之后使用收合为一阻力较小的形状，在小重量范围内有一定的优势，但是其旋翼叶片的展弦比小，不适合高速运转。关于垂直起降固定翼飞行器动力装置的产品有NASA在2015年提出的GL-10倾转垂直起降无人机，该试验机使用了多组电机和可向后折叠的螺旋桨，在小重量时能够提供升力，在大重量级的垂直起降固定翼飞行器上应用则有两个缺点：1)、多组电机需要油动发动机发电，而发电机和各组电机的重量不容忽视，对垂直起降固定翼飞行器的性能是不利因素；2)、分布式的螺旋桨效率较单一或者双螺旋桨的效率低。

总之，现有的技术方案都不能很好的解决垂直起降固定翼飞行器动力装置设计过程的一些矛盾，有必要设计一种新型动力装置克服上述现有技术中存在的缺陷。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是：结合垂直起降和巡航平飞这两个模式，综合考虑用于垂直起降固定翼飞行器设计的要求，提出一种更好的组合旋翼系统。

本发明采用的技术方案如下：