一种柔性钢丝带动倾转机构转动的旋翼飞机

技术领域

本发明涉及旋翼飞机技术领域，特别是涉及一种柔性钢丝带动倾转机构转动的旋翼飞机。

背景技术

XV-3是贝尔直升机公司的倾转旋翼机原理验证机，其主要用途是验证倾转旋翼机的原理，设计比较简单，采用了当时现有的技术和部件，只生产了两架。使用一台安装在座舱后面的活塞式发动机作为动力，驱动装在机翼翼尖的两副旋翼。旋翼桨叶与直升机桨叶类似，扭转较小，旋翼直径相对较大，不适宜作为固定翼飞机平飞的螺旋桨。起落架为滑橇式。XV-3性能指标不高，最大速度与直升机接近。

从1955年8月第1架XV-3首飞到1966年5月第2架XV-3坠毁的11年里，用XV-3进行了大量的风洞试验、地面与飞行试验，证实了倾转旋翼原理能应用于垂直起落运输机，并验证了其技术优点，为后来的XV-15和V-22计划提供了数据基础。

XV-15的机身结构基本上为普通固定翼飞机的结构，但悬停时的升力和巡航时的推力由机翼翼梢处的低桨盘载荷旋翼提供。旋翼和涡轮轴发动机可以倾转，能使旋翼由直升机飞行方式的垂直位置转换到固定翼飞机方式飞行的水平位置。在以普通固定翼飞机方式飞行时，主要是通过普通固定翼飞机用的控制面进行操纵。连接两副旋翼的横轴系统保证两副旋翼的转速同步；转换系统互连轴用于保证旋翼轴的倾转同步。

V-22是在类似固定翼飞机机翼的两翼尖处，各装一套可在水平位置与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件，当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列直升机飞行状态，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞；在倾转旋翼机起飞达到一定速度后，旋翼轴可向前倾转90°角，呈水平状态，旋翼当作拉力螺旋桨使用，此时倾转旋翼机能像固定翼飞机那样以较高的速度作远程飞行。

V-22在机翼两端各有一可变向的旋翼推进装置，各包含劳斯莱斯-艾利森T406型涡轮轴发动机及由三片桨叶所组成的旋翼，整个推进装置可以绕机翼轴由朝上与朝前之间转动变向，并能固定在所需方向，因此能产生向上的升力或向前的推力。这转换过程一般在十几秒钟内完成。当V-22推进装置垂直向上，产生升力，便可像直升机垂直起飞、降落或悬停，其操纵系统可改变旋翼上升力的大小和旋翼升力倾斜的方向，以使飞机保持或改变飞行状态。在起飞之后，推进装置可转到水平位置产生向前的推力，像固定翼螺旋桨飞机一样依靠机翼产生升力飞行。这时以主翼后缘的两对副翼可保证飞机的横向操纵，铰接在端板式垂直尾翼上的方向舵和水平尾翼上的升降舵可以依靠舵机改变飞行方向和飞行高度。

在整体上与V-22相似。但是最为关键的部分，V-280对比V-22核心提升是对核心机械原理的改变，在V-22时代发动机是伴随着旋翼的旋转而同步旋转，这样确实简化了跟螺旋桨之间的传动转换问题(传统直升机在这个部分动力损耗严重，同时还是最为脆弱的部件之一)，但因为要旋转两台硕大的发动机使得V-22在执行平飞-垂直起降模式之间的转换，存在诸多难题，比如会导致发动机的废气在吹向地面的时候，影响旋翼的效能，而且高温的废气会摧毁甲板等等。更不要说V-22的发动机转换机构也曾出现多次问题。而V-280采用的发动机不动，只是旋翼转动的方法，尽管增加传动转换，但避免了发动机旋转的诸多难题。

XV-3和XV-15的研究使得V-22“鱼鹰”倾转旋翼机成为可能，但限于当时的技术，都存在着结构复杂、成本高、安全性低等一系列问题。V-22鱼鹰倾转旋翼机装备的两台发动机通过驱动轴连接到一个共用的中央变速箱，这样一台发动机可以在发生发动机故障时为两个螺旋桨提供动力。任何一台发动机都可以通过机翼驱动轴为两个推进器提供动力。在地面或者两栖攻击舰上存放时，V-22鱼鹰倾转旋翼机可以在90秒时间内将旋翼和短翼旋转后收起来，机翼旋转以与机身前后对齐。大大减小了飞机的占地面积。这些设计非常复杂。也正因为结构过于复杂。V-22鱼鹰倾转旋翼机的故障率一直居高不下。V-280对V-22进行了改进，采用多级滚珠丝杠来实现倾转，但还是存在噪声与振动较大等问题。综上来说:

1、V-22可靠性及安全性低。可靠性的高低直接影响着安全性的好坏。V一22的螺桨旋翼在短距起降、垂直起降、悬停、过渡飞行等状态时的确是“倾转”的，但它们并非单独偏转，而是随着发动机舱的转动而转动。因此，该机种的准确名称应该是“采用倾转发动机技术”的直升飞机。因此V-22事故率很高，安全性低。

2、V-280噪声与振动较大。V-280具有垂直起降+高速巡航特点，这个特点是通过倾转机构来实现的。倾转机构是通过多级滚珠丝杠来实现的，是线接触，间隙比较大，噪声和振动比较大。

3、XV-3和XV-15以及后来的V-22与V-280的倾转机构都较为复杂，机构制造要求比较高，成本高。

综上所述，目前存在的倾转机构方案大多结构复杂，振动与噪声大，设计成本造价高，且部分方案安全性和可靠性也存在问题。因此如何在结构简单的前提下解决振动与噪声问题，降低成本，保证安全的问题被提出。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性钢丝带动倾转机构转动的旋翼飞机，解决了传统倾转机构结构复杂、成本较高、安全性低、振动与噪声较大的问题，本发明的旋翼飞机具有结构简单成本低的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种柔性钢丝带动倾转机构转动的旋翼飞机，包括尾桨、机身、机翼、旋翼、倾转塔架和倾转旋翼机构，所述尾桨安装在所述机身的尾部，所述机身的两侧对称安装有两个机翼，所述机翼的外侧端部安装有所述倾转旋翼机构和倾转塔架，所述倾转旋翼机构包括电动推杆组件、柔性钢丝和滑轮，所述电动推杆组件的缸座固定在所述机身上，所述柔性钢丝的一端与所述电动推杆组件的伸缩端连接，另一端绕过所述滑轮后与所述倾转塔架的安装座相连，所述倾转旋翼机构用于带动所述倾转塔架相对于水平线进行角度调整；所述旋翼安装在所述倾转塔架上。

优选地，还包括有倾转壳体，所述倾转壳体固定在所述机翼的外侧端部，所述倾转旋翼机构和倾转塔架安装在所述倾转壳体上。

优选地，所述倾转塔架的安装座两端通过轴承装配在所述倾转壳体上，且所述倾转塔架的安装座可相对于倾转壳体转动；所述旋翼装配在所述倾转塔架上垂直于安装座设置的驱动轴上。

优选地，所述电动推杆组件包括电动推杆一和电动推杆二，所述电动推杆一和电动推杆二的缸座均固定在所述机身的同侧，所述电动推杆一的伸缩端连接有柔性钢丝一，柔性钢丝一的另一端绕过滑轮一后缠绕在所述倾转塔架的安装座的左侧轴承动圈上；所述电动推杆二的伸缩端连接有柔性钢丝二，柔性钢丝二的另一端绕过滑轮二后缠绕在所述倾转塔架的安装座的右侧轴承动圈上。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明的原理是电动推杆连接钢丝，电机控制电动推杆进行伸缩，从而带动钢丝运动，钢丝的另一边缠在倾转塔架的安装座上。当钢丝绳在伸缩杆的带动下运动时，安装座也随之发生转动，从而带动整个旋翼部分进行转动。整体机构十分简单，成本造价低。

2、本发明的倾转旋翼机构进行倾转时，两侧各设置有两个电动推杆来控制自己那一侧的旋翼倾转，两个旋翼的倾转是独立的，使得倾转更加灵活，飞机机动性更高。

3、本发明采用柔性钢丝实现倾转，绳索运动过程中不存在间隙，运行平稳，没有多余的齿轮等机构，振动与噪声小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为直升机模式下的飞机旋翼状态图；

图2为巡航模式下的飞机旋翼状态图；

图3为倾转旋翼机构的组成图；

其中，1.尾桨，2.机身，3.机翼，4.旋翼，5倾转壳体6.倾转塔架，7.倾转旋翼机构，8.滑轮，9.电动推杆，10柔性钢丝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种柔性钢丝带动倾转机构转动的旋翼飞机，解决了传统倾转机构结构复杂、成本较高、安全性低、振动与噪声较大的问题，本发明的旋翼飞机具有结构简单成本低的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本实施例提供一种新型的采用柔性钢丝带动旋翼转动的倾转旋翼飞机，该飞机由尾桨1，机身2，机翼3，旋翼4，倾转壳体5，倾转塔架6，倾转旋翼机构7组成。

当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列直升机飞行状态，见图1。

本倾转旋翼飞机的两个倾转旋翼机构7可以以-5°～105°的角度摆动，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞；在倾转旋翼机起飞达到一定速度后，旋翼轴可向前倾转90°角，呈水平状态，旋翼4当作拉力螺旋桨使用，此时倾转旋翼机能像固定翼飞机那样以较高的速度作远程飞行，见图2。

主要的倾转机构为图3。主要由倾转旋翼机构7、滑轮8、电动推杆9、柔性钢丝10组成。其中电动推杆9位于机身2部分，柔性钢丝10位于机翼3部分。

柔性钢丝10一端连接电杆，一端绕在倾转机构上。电动推杆9在电机的控制下伸缩，带动柔性钢丝10运动，柔性钢丝10经过滑轮8等几个滑轮的变向，最终带动绕在倾转旋翼机构7的柔性钢丝10运动，从而实现旋翼4的倾转。控制两个电杆的运动来实现不同方向的倾转。

具体地，机翼3的外侧端部安装有倾转旋翼机构7和倾转塔架6，倾转旋翼机构7包括电动推杆组件、柔性钢丝10和滑轮8，旋翼4安装在倾转塔架6上，倾转壳体5固定在机翼3的外侧端部，倾转旋翼机构7和倾转塔架6安装在倾转壳体5上。

倾转塔架6的安装座两端通过轴承装配在倾转壳体5上，且倾转塔架6的安装座可相对于倾转壳体5转动；旋翼4装配在倾转塔架6上垂直于安装座设置的驱动轴上。电动推杆组件包括电动推杆一和电动推杆二，电动推杆一和电动推杆二的缸座均固定在机身1的同侧，电动推杆一的伸缩端连接有柔性钢丝一，柔性钢丝一的另一端绕过滑轮一后缠绕在倾转塔架6的安装座的左侧轴承动圈上；电动推杆二的伸缩端连接有柔性钢丝二，柔性钢丝二的另一端绕过滑轮二后缠绕在倾转塔架6的安装座的右侧轴承动圈上。

本发明倾转机构由倾转旋翼机构7、滑轮8、电动推杆9、柔性钢丝10组成，相对于现有的倾转机构结构简单，成本低；不同于现有的倾转只能实现两个旋翼同步倾转，本发明进行倾转时，两侧各设置有两个电动推杆9来控制自己那一侧的旋翼4倾转，两个旋翼4的倾转是独立的，使得倾转更加灵活，飞机机动性更高；本发明主要采用柔性钢丝10来控制倾转，运行平稳，不存在齿轮传动等结构具有的间隙问题，振动和噪声大大减小。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。