两套共轴反转双旋翼纵列直升机的制作方法

1.本发明涉及一种直升机，具体是沿机身纵向依次设置两套共轴反转双旋翼的，每套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转的直升机。


背景技术：

2.传统共轴反转双旋翼直升机是设置一套共轴反转双旋翼的直升机。例如卡52直升机，其一套双旋翼是固定不倾转的，飞行中旋翼各桨叶受自动倾斜器控制周期性变距产生周期挥舞运动，旋翼桨盘锥体轴向各方倾斜，倾斜角度范围小于8度。特点是最大偏航转向力矩小、最大滚转力矩小，机动性差。本人2020年6月11日申报了侧倾纵列双桨复合直升机，设置纵列两套单旋翼，传动装置采用动轴传动器从传动轴传递动力到单旋翼，两套单旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制。特点是倾转时，倾转角度范围远大于8度，旋翼拉力的最大水平分力大；该直升机的最大滚转力矩大、最大偏航转向力矩大，机动性好，但动轴传动器结构复杂、自重大。为使直升机动性好，且简化传动装置结构、减小自重，本发明提出如下直升机结构：纵列设置两套共轴反转双旋翼，采用共轴反转周向推进器从传动轴传递动力到双旋翼，两套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制，倾转角度远大于8度；该直升机的最大滚转力矩大、最大偏航转向力矩大，机动性好；共轴反转周向推进器比动轴传动器结构简单、自重小。


技术实现要素：

3.本发明两套共轴反转双旋翼纵列直升机，包括机身、动力装置、传动轴、两套共轴反转周向推进器、两套双旋翼、两个倾转机构和操控系统等。
4.机身是承载直升机所有装置、机构和设备的机械结构，采用成熟技术。机身一般是纵向的流线形长柱体。
5.动力装置是为双旋翼和其他机构设备提供动力的装置，采用一台、二台或三台发动机，例如活塞发动机或涡轴发动机，均为成熟技术。
6.传动轴是把动力从动力装置传递到共轴反转周向推进器的机械，传动轴包括输入轴、各齿轮副、减速器和两个输出轴等，采用成熟技术。其输入轴与动力装置连接，每个输出轴与一套共轴反转周向推进器连接。
7.共轴反转周向推进器是把动力从传动轴传递到双旋翼的传动机械。共轴反转周向推进器是2019年4月7日申报的发明，属于成熟技术。每套共轴反转周向推进器包括输入端、单路换向器、双路折向器、转向支座和两个输出端。输入端与传动轴连接；两个输出端为内输出端和外输出端，分别与双旋翼连接；受倾转机构控制两个输出端及双旋翼等可以围绕输入端轴线公转，公转角度范围可以是360度。
8.两套双旋翼分为前双旋翼和后双旋翼，沿机身纵向轴线一前一后设置于机身上部，双旋翼桨盘向上。参见图1和图2，两图中，(2)为前双旋翼，(5)为后双旋翼。每套双旋翼包括双旋翼轴、双桨毂、桨叶和调总距机构等，采用成熟技术。双旋翼轴是套筒轴，采用成熟
技术，该套筒轴内轴、外轴与共轴反转周向推进器的内输出端和外输出端分别连接，每套双旋翼的上层旋翼与下层旋翼的转动方向相反。双桨毂采用成熟技术，分别与双旋翼轴的内轴、外轴连接。桨叶采用硬桨叶，是成熟技术。调总距机构采用成熟技术，通过调节桨叶总距来调节双旋翼拉力。两套双旋翼轴之间的距离大于它们的旋翼半径之和，这样两套双旋翼不会碰撞。相对于机身，两套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制。倾转是指两个输出端及双旋翼等围绕着共轴反转周向推进器输入端轴线公转。倾转角度范围向左侧及向右侧各大于8度，一般各不小于20度，倾转最大角度以双旋翼与机身不碰撞为限。
9.两个倾转机构是分别控制两套双旋翼倾转的机构，采用成熟技术，例如液压控制机构或者电动控制机构。每个倾转机构包括基座和运动部分。基座与机身连接，运动部分与被控制倾转对象的部件连接。
10.操控系统操控直升机的动作，采用成熟技术。包括但不限于控制两个倾转机构和控制两套双旋翼的调总距机构。
11.本发明两套共轴反转双旋翼纵列直升机，与《侧倾纵列双桨复合直升机》的相同之处：两者的纵列两套旋翼都被倾转机构控制、两套旋翼轴线可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转角度范围限于旋翼不与机身碰撞这个条件；倾转角度范围大，旋翼拉力的最大水平分力大，直升机最大滚转力矩大、最大偏航转向力矩大。相对比的，传统直升机，无论单旋翼、双旋翼，旋翼桨盘锥体轴倾斜的角度范围小，旋翼拉力的最大水平分力小，直升机最大滚转力矩小、最大偏航转向力矩小。参见图5，图中本发明双旋翼倾转时旋翼拉力为(1)，传统旋翼桨盘倾斜时旋翼拉力为(4)，图中双旋翼倾转角度大于传统旋翼桨盘倾斜角度。当双旋翼倾转时旋翼拉力的垂直分力(2)与传统旋翼桨盘倾斜时旋翼拉力的垂直分力(5)相等时，倾转旋翼拉力的水平分力(3)远大于桨盘倾斜旋翼拉力的水平分力(6)。
12.两者的不同之处：1，本发明采用两套双旋翼，而不是两套单旋翼。2，本发明通过共轴反转周向推进器从传动轴传递动力到双旋翼，而不是通过动轴传动器从传动轴传递动力到单旋翼，本发明采用的共轴反转周向推进器比动轴传动器结构更简单、自重更轻。
13.本发明所述直接连接即通过连接机械使被连接的对象转速相同，例如通过胶结、螺栓连接、铆接、机械咬合、联轴器连接等方式使被连接的对象转速相同，是成熟技术。间接连接是通过机械使被连接对象转速确定相关，是成熟技术。本发明所述连接一般指直接连接。所述传动轴、齿轮副和减速器是成熟技术。所述公转是轴、旋翼等部件围绕其他轴线转动，所述自转是轴、旋翼等部件围绕本身轴线转动。所述硬桨叶，是不设置挥舞运动装置的桨叶，是空气螺旋桨桨叶，不与自动倾斜器匹配，是成熟技术。所述桨盘指旋翼转动时旋翼拉力使桨叶微变形所形成的扁锥体盘，传统柔性桨叶旋翼或传统刚性桨叶旋翼的桨盘锥体轴可以受自动倾斜器控制而倾斜。
14.本发明是直升机设置纵列两套双旋翼及共轴反转周向推进器的技术，与直升机推进技术为并列关系。即本发明可以与直升机各种推进技术组合，可以与尾桨推进技术组合、与前桨推进技术组合、与侧桨推进技术组合，可以与喷气推进技术组合，也可以与无推进桨组合。
15.本发明直升机的动作是：两套双旋翼不倾转且同步调节旋翼拉力时，直升机升、降或悬停。两套双旋翼不倾转且异步调节旋翼拉力时，直升机俯或仰，在俯动作基础上直升机
可向前水平飞行，在仰动作基础上直升机可向后水平飞行。两套双旋翼同步调增旋翼拉力且向不同侧各自倾转时，直升机偏航转向。两套双旋翼同步调增旋翼拉力且向相同侧倾转时，直升机滚转，在滚转动作基础上直升机可向侧方水平飞行。从公开知识可以推导这些动作。
16.本发明两套共轴反转双旋翼纵列直升机，有益之处在于：提出直升机设置两套共轴反转双旋翼的纵列布局，提出通过共轴反转周向推进器从传动轴传递动力到双旋翼，两套双旋翼可以受倾转机构控制向左侧及向右侧各自倾转，倾转最大角度以旋翼与机身不碰撞为限。这些结构使得本发明直升机的最大滚转力矩和最大转向力矩远大于传统直升机，机动性好；共轴反转周向推进器结构简单、自重小。而且共轴反转周向推进器的传动特性使得倾转机构受力很小，可以简化倾转机构。
附图说明
17.图1为本发明实施例1侧面示意图。图中1为前双旋翼轴，2为前双旋翼，3为动力装置，4为后双旋翼轴，5为后双旋翼，6为机身。
18.图2为本发明实施例1俯视示意图。图中1为前双旋翼轴，2为前双旋翼，3为动力装置，4为后双旋翼轴，5为后双旋翼，6为机身。
19.图3为本发明实施例1正面示意图。图中1为前双旋翼轴，2为前双旋翼，3为动力装置，4为前双旋翼向左侧及向右侧倾转的角度范围，5为机身。
20.图4为共轴反转周向推进器示意图。图中1为输入端，2为同向轴轴承，3为同向轴，4为共轴反转套筒轴，5为第一主动锥齿轮，6为第二主动锥齿轮，7为第一被动锥齿轮，8为第二被动锥齿轮，9为定轴轴承，10为动轴轴承，11为转向支架，12为输出套筒轴，13为内输出端，14为外输出端，15为前锥齿轮，16为换向锥齿轮，17为后锥齿轮，18为蜗轮，19为蜗杆。
21.以上各图中各部件只示意相互关系，未反映实际形状尺寸。
22.图5为本发明双旋翼倾转时旋翼拉力与传统旋翼桨盘倾斜是旋翼拉力对比示意图，图中1为本发明双旋翼倾转时旋翼拉力，2为倾转旋翼拉力的垂直分力，3为倾转旋翼拉力的水平分力，4为传统旋翼桨盘倾斜时旋翼拉力，5为桨盘倾斜时旋翼拉力的垂直分力，6为桨盘倾斜时旋翼拉力的水平分力。
具体实施方式
23.实施例1：本发明实施例1两套共轴反转双旋翼纵列直升机，包括机身、动力装置、传动轴、两套共轴反转周向推进器、两套双旋翼、两个倾转机构和操控系统等。参见图1、图2、图3。
24.机身是纵向的流线形长柱体。
25.动力装置采用成熟技术。本实施例采用两台涡轴发动机。
26.传动轴包括输入轴、各齿轮副、减速器和两个输出轴等，采用成熟技术。其输入轴与动力装置连接，每个输出轴与一套共轴反转周向推进器的输入端连接。
27.共轴反转周向推进器把动力从传动轴传递到双旋翼，属于成熟技术。每套共轴反转周向推进器包括输入端、单路换向器、双路折向器、转向支座和两个输出端，参见图4。输入端(1)从传动轴输入动力，后方连接同向轴(3)。单路换向器包括同向轴(3)、前锥齿轮
(15)、换向锥齿轮(16)、换向锥齿轮支座、后锥齿轮(17)、共轴反转套筒轴(4)。使同向轴轴承固定，在同向轴(3)上设置前锥齿轮(15)；设置其支座固定的换向锥齿轮(16)与前锥齿轮(15)啮合，换向锥齿轮轴线与同向轴轴线垂直。使共轴反转轴轴承固定，共轴反转套筒轴(4)与同向轴(3)位于同一轴线，在共轴反转套筒轴外轴设置后锥齿轮(17)与换向锥齿轮(16)啮合。同向轴(3)与共轴反转套筒轴内轴直接连接，前锥齿轮(15)与后锥齿轮(17)通过换向锥齿轮(16)形成间接连接。使这个间接连接的传动比等于-1.0，实取：前锥齿轮齿数＝换向锥齿轮齿数＝后锥齿轮齿数＝17。共轴反转套筒轴的内轴、外轴这两个部件的转速相等、方向相反。双路折向器包括第一主动锥齿轮(5)、第二主动锥齿轮(6)、第一被动锥齿轮(7)、第二被动锥齿轮(8)、输出套筒轴(12)。第一主动锥齿轮(5)与共轴反转套筒轴内轴直接连接，第二主动锥齿轮(6)与共轴反转套筒轴外轴直接连接；在输出套筒轴内轴上设置第一被动锥齿轮(7)，在输出套筒轴外轴上设置第二被动锥齿轮(8)；第一被动锥齿轮(7)、输出套筒轴内轴与内输出端(13)直接连接，第二被动锥齿轮(8)、输出套筒轴外轴与外输出端(14)直接连接。使输出套筒轴轴线与共轴反转套筒轴轴线在同一平面内形成夹角，该夹角就是折向角，本实施例折向角为90度；保持第一主动锥齿轮(5)与第一被动锥齿轮(7)啮合，保持第二主动锥齿轮(6)与第二被动锥齿轮(8)啮合。使共轴反转套筒轴内轴到输出套筒轴内轴的传动比等于共轴反转套筒轴外轴到输出套筒轴外轴的传动比，实取：第一主动锥齿轮齿数＝第一被动锥齿轮齿数＝17，第二主动锥齿轮齿数＝第二被动锥齿轮齿数＝19。转向支座包括定轴轴承(9)、转向支架(11)、动轴轴承(10)、蜗轮(18)、蜗杆(19)。共轴反转套筒轴又称定轴，在共轴反转套筒轴(4)外设置定轴轴承(9)承托共轴反转套筒轴，在输出套筒轴(12)外设置动轴轴承(10)承托输出套筒轴，用转向支架(11)直接连接定轴轴承(9)与动轴轴承(10)，使整个转向支座可以围绕定轴轴线周转。在定轴轴承(9)上设置蜗轮(18)，蜗轮(18)与定轴轴承(9)保持同步，设置配套的蜗杆(19)与蜗轮(18)啮合形成蜗轮蜗杆机构；蜗杆头数为2，蜗轮齿数为30，蜗轮蜗杆机构传动比15。蜗杆(19)与倾转机构连接。两个输出端是内输出端(13)和外输出端(14)，两个输出端分别与双旋翼连接。受倾转机构控制两个输出端、双旋翼等可以围绕输入端轴线公转，公转角度范围可以是360度。
28.两套双旋翼包括前双旋翼和后双旋翼，沿机身纵向轴线一前一后设置于机身上部，双旋翼桨盘向上。每套双旋翼包括双旋翼轴、双桨毂、桨叶和调总距机构等。双旋翼轴是套筒轴，采用成熟技术，该套筒轴的内轴、外轴与共轴反转周向推进器的内输出端、外输出端分别连接。每套双旋翼的上层旋翼与下层旋翼的转动方向相反。双桨毂采用成熟技术，分别与双旋翼轴的内轴、外轴连接。桨叶采用硬桨叶，是成熟技术。调总距机构采用成熟技术，通过调节桨叶总距来调节双旋翼拉力。两套双旋翼轴之间的距离大于它们的旋翼半径之和，这样两套双旋翼不会碰撞。相对于机身，两套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制。本实施例倾转角度范围向左侧及向右侧各为23度。为避免双旋翼倾转时与机身碰撞，可设置倾转角度范围限位器，这是成熟技术。
29.两个倾转机构分别控制两套双旋翼倾转，采用电动控制机构，是成熟技术。每个倾转机构包括基座和运动部分。基座与机身连接，运动部分与被控制倾转对象的部件连接。参见图4，本实施例倾转机构运动部分与共轴反转周向推进器的蜗杆(19)连接。本发明倾转机构与被控制倾转对象部件之间的连接还有其他成熟连接形式。
30.操控系统操控直升机的动作，采用成熟技术。包括但不限于控制两个倾转机构和
控制两套双旋翼的调总距机构。
31.本实施例直升机的动作是：两套双旋翼不倾转且同步调节旋翼拉力时，直升机升、降或悬停。两套双旋翼不倾转且异步调节旋翼拉力时，直升机俯或仰，在俯动作基础上直升机可向前水平飞行，在仰动作基础上直升机可向后水平飞行。两套双旋翼同步调增旋翼拉力且向不同侧各自倾转时，直升机偏航转向。两套双旋翼同步调增旋翼拉力且向相同侧倾转时，直升机滚转，在滚转动作基础上直升机可向侧方水平飞行。
32.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化与改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求及同等物界定。

技术特征：
1.本发明两套共轴反转双旋翼纵列直升机，包括机身、动力装置、传动轴、两套共轴反转周向推进器、两套双旋翼、两个倾转机构和操控系统等：机身是承载直升机所有装置、机构和设备的机械结构；动力装置是为双旋翼和其他机构设备提供动力的装置；传动轴是把动力从动力装置传递到共轴反转周向推进器的机械，传动轴包括输入轴、各齿轮副、减速器和两个输出轴等，其输入轴与动力装置连接，每个输出轴与一套共轴反转周向推进器连接；共轴反转周向推进器是把动力从传动轴传递到双旋翼的传动机械，每套共轴反转周向推进器包括输入端、单路换向器、双路折向器、转向支座和两个输出端，输入端与传动轴连接，两个输出端为内输出端和外输出端，分别与双旋翼连接，受倾转机构控制两个输出端及双旋翼等可以围绕输入端轴线公转；两套双旋翼包括前双旋翼和后双旋翼，沿机身纵向轴线一前一后设置于机身上部，双旋翼桨盘向上，每套双旋翼包括双旋翼轴、双桨毂、桨叶和调总距机构等，双旋翼轴是套筒轴，该套筒轴的内轴、外轴与共轴反转周向推进器的内输出端和外输出端分别连接，每套双旋翼的上层旋翼与下层旋翼的转动方向相反。双桨毂分别与双旋翼轴的内轴、外轴连接，桨叶采用硬桨叶，调总距机构通过调节桨叶总距来调节双旋翼拉力，两套双旋翼轴之间的距离大于它们的旋翼半径之和，两套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制，倾转角度范围向左侧及向右侧各大于8度，倾转最大角度以双旋翼与机身不碰撞为限；两个倾转机构是分别控制两套双旋翼倾转的机构，每个倾转机构包括基座和运动部分，基座与机身连接，运动部分与被控制倾转对象的部件连接；操控系统操控直升机的动作，包括但不限于控制两个倾转机构和控制两套双旋翼的调总距机构。

技术总结
本发明两套共轴反转双旋翼纵列直升机，包括机身、动力装置、传动轴、两套共轴反转周向推进器、两套双旋翼、两个倾转机构和操控系统等。传动轴把动力从动力装置传递到共轴反转周向推进器，共轴反转周向推进器把动力传递到双旋翼。两套双旋翼沿机身纵向轴线一前一后设置于机身上部，双旋翼桨盘向上。桨叶采用硬桨叶，双旋翼的上层旋翼与下层旋翼的转动方向相反，通过调节桨叶总距来调节旋翼拉力。两套双旋翼可以向左侧及向右侧各自倾转，倾转受倾转机构控制，倾转最大角度以双旋翼与机身不碰撞为限。操控系统，包括但不限于控制两个倾转机构和控制两套双旋翼的调总距机构。制两套双旋翼的调总距机构。制两套双旋翼的调总距机构。


技术研发人员：罗灿
受保护的技术使用者：罗灿
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25