專利名稱：高安全性旋翼航空飛行器的制作方法
該項(xiàng)技術(shù)方案屬旋翼航空飛行器領(lǐng)域。
旋翼飛行器領(lǐng)域，現(xiàn)存三大急需解決的技術(shù)問(wèn)題如下1、對(duì)于典型旋翼飛行器(直升機(jī))來(lái)說(shuō)，存在著旋翼操縱系統(tǒng)復(fù)雜程度高，可靠性差。與救生措施不完善等問(wèn)題，是影響其使用性能的最大障礙。
由于直升機(jī)的特殊的構(gòu)造，使其不能像普通飛機(jī)那樣，在空中發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，飛行人員可以彈射跳傘救生。而直升機(jī)由于機(jī)身上部有一副巨大而又旋轉(zhuǎn)著的旋翼，彈射的人員有與旋翼相撞的危險(xiǎn)。所以，現(xiàn)在直升機(jī)不具備這種救生措施。
而現(xiàn)在直升機(jī)所利用的兩種現(xiàn)有典型的救生措施卻不是很有效的。因?yàn)樵谟米孕懢壬c用耐墜毀裝置救生時(shí)，飛行人員是處在被動(dòng)挨摔的情況下救生的。而這兩種被動(dòng)的救生措施受外界條件的影響大，使其只具有很小的有效救生范圍。
如自旋著陸的條件限制是，只有在直升機(jī)發(fā)生故障，而還可以操縱的條件下才有效。在旋翼及操縱系統(tǒng)出了故障時(shí)，這種措施便不起作用了。而耐墜毀裝置，則只有在極低的高度與極低的速度下發(fā)生故障時(shí)才有效。如果直升機(jī)翻滾著或以側(cè)面或正面撞擊地面與障礙物時(shí)，耐墜毀裝置便不起作用了。因?yàn)楝F(xiàn)在直升機(jī)的耐墜毀裝置，都在機(jī)身的底部。
就是因?yàn)樯鲜鰞煞N現(xiàn)有救生措施的被動(dòng)性，才致使美國(guó)著名的羅賓森直升機(jī)公司的R系列直升機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)至少已發(fā)生了二十二起致命事故，結(jié)果，機(jī)毀人亡。其原因就是由于其旋翼操縱系統(tǒng)出了故障，使飛行員無(wú)法采取救生措施。
針對(duì)上述兩種措施的缺點(diǎn)，有人想到在直升機(jī)上也采用彈射救生系統(tǒng)。而常規(guī)的彈射救生系統(tǒng)，是無(wú)法在直升機(jī)上應(yīng)用的。因?yàn)闄C(jī)身上面那副巨大而又旋轉(zhuǎn)著的旋翼。彈射出去的飛行人員，有與旋翼相撞的危險(xiǎn)。
最近，俄國(guó)卡莫夫設(shè)計(jì)局在設(shè)計(jì)卡-50戰(zhàn)斗直升機(jī)時(shí)，就率先裝上了飛行員彈射救生系統(tǒng)。該系統(tǒng)的原理是，先將旋翼槳葉炸掉，再把飛行員彈射出去。經(jīng)試驗(yàn)證明該方案是可行的。但是該方案也存在有局限性，原因是系統(tǒng)復(fù)雜，在有兩人以上的輕型民用直升機(jī)上無(wú)法應(yīng)用。因?yàn)橐惶讖椛渚壬到y(tǒng)只能適用于一名飛行人員。而民用直升機(jī)是運(yùn)載兩人以上的客運(yùn)型，要每個(gè)飛行人員都配有一套這樣的救生系統(tǒng)。如果采用這種安裝多套彈射救生系統(tǒng)方案的直升機(jī)就根本無(wú)法運(yùn)載其它商務(wù)載荷了。因?yàn)樵摼壬b置的重量，與復(fù)雜程度非常高。就因?yàn)檫@樣，該種主動(dòng)救生方案無(wú)法用于兩名成員以上的民用直升機(jī)。在民用旋翼飛行器領(lǐng)域，采用主動(dòng)救生措施，仍然是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。
2、由于直升機(jī)最重要的旋翼操縱系統(tǒng)，工作狀態(tài)的復(fù)雜性使其可靠性低。原因是該系統(tǒng)部件在與其它部件一樣，在大循環(huán)周期疲勞狀態(tài)下工作的同時(shí)，還在本身獨(dú)有的高頻小循環(huán)周期疲勞載荷下工作。而就現(xiàn)在的技術(shù)是很難將該系統(tǒng)部件做的非常堅(jiān)固。該系統(tǒng)部件幾乎是在極限疲勞載荷下工作。而該系統(tǒng)部件的可靠性，直接影響到整機(jī)的安全性。
羅賓森公司的直升機(jī)，就是由于該系統(tǒng)部件的可靠性差，而現(xiàn)在的直升機(jī)又不具有主動(dòng)救生措施，至使R系列直升機(jī)發(fā)生了那么多的致命事故。
3、后來(lái)就出現(xiàn)了現(xiàn)在典型的旋翼機(jī)。旋翼機(jī)是利用旋翼的無(wú)動(dòng)力自旋來(lái)產(chǎn)生升力。利用獨(dú)立的裝置，來(lái)產(chǎn)生水平動(dòng)力。從而取消了直升機(jī)復(fù)雜，又不可靠的周期變距系統(tǒng)。
而旋翼機(jī)方案，在解決了老問(wèn)題的同時(shí)卻付出了很大的代價(jià)。就是旋翼機(jī)失去了真正的垂直飛行能力。也就是說(shuō)，典型旋翼機(jī)方案以失去垂直飛行能力的代價(jià)，來(lái)?yè)Q取簡(jiǎn)單可靠的操縱系統(tǒng)。但是由實(shí)踐表明，旋翼飛行器具備垂直飛行性能是必要的，也是需要的。因?yàn)榇怪憋w行能力是其它任何飛行器無(wú)法比擬的獨(dú)特的飛行性能。也是旋翼飛行器與其它飛行器最有競(jìng)爭(zhēng)力的獨(dú)特飛行性能之一。
以下文件能證明上述現(xiàn)有技術(shù)。
九三年第七期航空知識(shí)雜志第三十二頁(yè)標(biāo)題為《直升機(jī)飛行員救生術(shù)》的文章。
九四年的第七期十六頁(yè)標(biāo)題為《R-44輕型直升機(jī)-事故及其原因》的文章。
九三年的第三期第十四頁(yè)標(biāo)題為《卡50世界第一種單座攻擊直升機(jī)》的文章。
航空工業(yè)出版社出版的《直升機(jī)性能及穩(wěn)定性和操縱性》一書的第116頁(yè)的文章。與《直升機(jī)理論》一書第4頁(yè)第1.1.3節(jié)文章。
本技術(shù)方案的目的是為解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題。是為旋翼航空飛行器以更安全更廣泛的應(yīng)用。是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。
本技術(shù)方案是針對(duì)上述現(xiàn)存技術(shù)問(wèn)題而提出的。
為了解決最先進(jìn)的彈射救生系統(tǒng)，不能在民用直機(jī)上應(yīng)用的問(wèn)題。本方案首先采用了超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生系統(tǒng)。該系統(tǒng)的原理是在全新設(shè)計(jì)的空腔式旋翼軸內(nèi)，同軸安裝一根傳動(dòng)承力筒。筒上部與救生傘和傘繩相連。內(nèi)部安裝一枚開傘動(dòng)力火箭，降落傘疊放有旋翼軸頂部的傘包內(nèi)，上有整流蓋。
當(dāng)進(jìn)行救生時(shí)，飛行員便可打開座椅下面的彈射開傘開關(guān)。隨即開傘動(dòng)力火箭開始點(diǎn)火起飛，在火箭的推動(dòng)下，整流傘包蓋首先被打開。接著火箭把穩(wěn)定傘推出傘包打開，在火箭與穩(wěn)定傘的拉力作用下，主傘被拉出傘包打開。到此整個(gè)開傘過(guò)程結(jié)束。系有該降落傘的旋翼飛行器，便在極慢的下滑速度下進(jìn)行自由軟著陸。至此整個(gè)主動(dòng)救生過(guò)程結(jié)束。
為了解決現(xiàn)在直升機(jī)，操縱系統(tǒng)復(fù)雜程度高而可靠性差。而旋翼機(jī)雖然操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)單，卻不具備真正的垂直飛行能力的缺點(diǎn)。
本方案首先采用了兩副共軸反轉(zhuǎn)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的升力旋翼帶水平動(dòng)力尾槳的總體布局，該布局用兩副共軸反轉(zhuǎn)的旋翼來(lái)平衡反作用力扭矩，產(chǎn)生升力。并用來(lái)產(chǎn)生一定的飛行狀態(tài)操縱力矩。一副有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)水平動(dòng)力尾槳，用來(lái)產(chǎn)生各種縱向操縱力矩。這種布局即取消了直升機(jī)那種復(fù)雜的周期變距系統(tǒng)，只保留了普通而簡(jiǎn)單可靠的總距操縱系統(tǒng)。而又獲得了優(yōu)良的垂直飛行能力。
以下是ZZy-111高安全性多用途輕型旋翼航空飛行器方案的驗(yàn)證機(jī)ZZy-111的總體技術(shù)特證及主要技術(shù)數(shù)據(jù)。總體部局兩副共軸反轉(zhuǎn)兩片槳葉無(wú)鉸式旋翼，帶涵道式水平動(dòng)力尾槳。本機(jī)獨(dú)有的，超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生系統(tǒng)。可使本機(jī)在空中發(fā)生任何故障時(shí)使人機(jī)都得以安全著陸。裝有一臺(tái)40千瓦活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，采用撬式起落架及全封閉式有機(jī)玻璃座艙。旋翼及尾槳槳葉為全復(fù)合材料，有無(wú)限壽命。構(gòu)架式超高強(qiáng)度鑄鋁合金機(jī)身，能承受最大載荷。旋翼系統(tǒng)兩副共軸反轉(zhuǎn)兩片半鋼性無(wú)鉸式全復(fù)合材料槳葉旋翼，有無(wú)限壽命。全新設(shè)計(jì)的即簡(jiǎn)單而又可靠的旋翼操縱變距器，可進(jìn)行總距及差距操縱。槳尖有配重以增加旋翼的自旋性能。為了按裝超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生系統(tǒng)，采用了全新設(shè)計(jì)的空腔式旋翼軸，把主動(dòng)救生系統(tǒng)與旋翼系統(tǒng)合為一個(gè)整體。傳動(dòng)系統(tǒng)旋翼經(jīng)離心式離合器和一級(jí)雙變速圓錐齒輪進(jìn)行減速后傳給動(dòng)力。尾槳由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)離合器與加速齒輪直接供給動(dòng)力。機(jī)身由高強(qiáng)度鑄鋁合金構(gòu)架式機(jī)身底座與整體精密鑄鋁合金機(jī)身框架組成了能承受最大載荷的整體機(jī)身。有機(jī)玻璃全封閉式高可視性座艙，使駕駛員乘坐舒適。機(jī)身用全復(fù)合材料半封閉式整體蒙皮整流板，可以很容易取下，以便直觀方便的檢查機(jī)身內(nèi)各個(gè)部件。尾部裝置有一全復(fù)合材料帶槳尖配重高慣性的涵道式尾槳。普通的變距器可進(jìn)行正負(fù)總距操縱。高的慣性使飛行員在空中發(fā)生故障救生傘打開時(shí)有足夠的能量，來(lái)選擇最佳的著陸場(chǎng)地。著路裝置采用高強(qiáng)度鋁管焊接橇式起落架，可保證在地面有穩(wěn)定的停放。在超低空發(fā)生故障時(shí)起落架便成為有效的耐墜毀裝置。動(dòng)力裝置主旋翼軸后面裝有一臺(tái)40千瓦活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并可選裝合適的廢氣渦輪增壓器。一支裝在主旋翼軸下面的自封式大容積油箱，采用機(jī)器供油方式。機(jī)身兩側(cè)可掛裝副油箱，以便遠(yuǎn)程飛行。
總體技術(shù)數(shù)據(jù)幾何數(shù)據(jù)旋翼直徑(米) 5尾槳直徑(米) 0.80機(jī)長(zhǎng)(帶旋翼)(米) 5機(jī)高(至救生傘包頂部)(米) 2.30
機(jī)身長(zhǎng)(米)3.50機(jī)身寬(帶起落架)(米) 1.60座艙寬(米)0.80重量數(shù)據(jù)最大起飛重量(公斤)300空機(jī)重量(公斤)150燃油重量(公斤)22最大有效載重(公斤)150槳盤載荷(公斤/米2) 15單位功率載荷(公斤/千瓦) 5性能數(shù)據(jù)最大平飛速度(公里/小時(shí)) 150巡航速度(速度/小時(shí)) 110實(shí)用升限(米) 3000最大航程(不帶油箱)(公里) 300最大續(xù)航時(shí)間(不帶副油箱)(時(shí)分) 200旋翼技術(shù)參數(shù)槳葉直徑(米) 5弦長(zhǎng)(米) 0.15實(shí)度 0.08槳葉片數(shù) 4槳尖速度(米/秒) 220槳盤載荷(牛/米2) 150總距范圍(度) +0°-+15°翼型 AHCA23015尾槳技術(shù)參數(shù)槳葉直徑(米) 0.80槳尖速度(米/秒) 210槳葉片數(shù) 8總距范圍(度) ±30°翼型 對(duì)稱型槳盤載荷(牛/米2) 1000本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比具有現(xiàn)在飛機(jī)、直升機(jī)、旋翼機(jī)三種飛行器的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了三者的缺點(diǎn)。
本方案針對(duì)普通飛機(jī)可以按裝安全性高的主動(dòng)救生系統(tǒng)的特點(diǎn)。創(chuàng)造性的在旋翼類飛行器上首先采用了超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生方案。使本方案驗(yàn)證機(jī)有了最高的安全性保障。由于普通飛機(jī)一般需要很長(zhǎng)的滑跑起落距里。對(duì)起落場(chǎng)地的要求高，而致約了它們的使用范圍。而本機(jī)卻具有很高的旋停與垂直起落性能，無(wú)須專門的起落場(chǎng)地，使本機(jī)的使用范圍得以擴(kuò)大。
由于本方案首先采用了兩副共軸反轉(zhuǎn)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋翼帶水平動(dòng)力尾槳總體布局。使本方案驗(yàn)證機(jī)即具有直升機(jī)那樣高的垂直飛行能力，又有旋翼機(jī)那樣簡(jiǎn)單而又可靠的操縱系統(tǒng)，且又彌補(bǔ)了直升機(jī)由于操縱系統(tǒng)復(fù)雜而可靠性差，而旋翼機(jī)雖有簡(jiǎn)單的操縱系統(tǒng)卻不具備垂直飛行能力的缺點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)該方案最好的方式就是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與制造。該方案驗(yàn)證機(jī)在制造方面無(wú)任何技術(shù)困難，用現(xiàn)有的航空制造技術(shù)、材料及設(shè)備便可生產(chǎn)。
實(shí)現(xiàn)本方案驗(yàn)證機(jī)的方式與步軸和現(xiàn)有航空器生產(chǎn)方式基本一樣。就是先對(duì)照附圖和說(shuō)明書中的詳細(xì)理論數(shù)據(jù)。進(jìn)行各結(jié)構(gòu)部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，制造幾架樣機(jī)進(jìn)行各種新技術(shù)方案的試驗(yàn)與驗(yàn)證。然后便可進(jìn)行批量生產(chǎn)。由于本方案驗(yàn)證機(jī)盡可能采用了現(xiàn)有的航空制造材料、工藝技術(shù)、設(shè)備所以無(wú)任何制造困難。唯一的問(wèn)題就是對(duì)本機(jī)所具有的幾種新技術(shù)方案的實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證。
一般具備中小型以上規(guī)模的航空飛行器制造廠，具有中等以上專業(yè)技術(shù)的工程技術(shù)人員及現(xiàn)有的航空制造材料、上藝和設(shè)備，便具有實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)方案的要求和能力。


附圖一為側(cè)視圖附圖二為俯視圖附圖三為正視圖附圖四為超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生裝置原理構(gòu)造圖1、主減速齒輪；2、主旋翼軸；3、旋翼槳轂；4、旋翼軸軸承；5、救生傘承力筒；6、開傘動(dòng)力火箭；7、傘包及整流蓋；8、主降落傘；9；穩(wěn)定傘；10、火箭固體燃料；11、降落傘系留環(huán)附圖五兩副共軸反轉(zhuǎn)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋翼帶水平動(dòng)力尾槳方案原理圖1、尾槳傳動(dòng)軸；2、尾槳加速齒輪；3、發(fā)動(dòng)機(jī)；4、離合器；5、主旋翼減速齒輪；6、旋翼塔；7、主旋翼軸
權(quán)利要求
本方案與現(xiàn)有技術(shù)共有的特征是同屬旋翼航空飛行器領(lǐng)域。與現(xiàn)有直升機(jī)一樣是利用有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的旋翼來(lái)產(chǎn)生升力及一定的操縱力矩。與現(xiàn)有旋翼機(jī)一樣有簡(jiǎn)單而可靠性的操縱系統(tǒng)，一樣采用了把升力系統(tǒng)與水平動(dòng)力系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的方案。其特征是打破了現(xiàn)在旋翼類飛行器無(wú)法安裝主動(dòng)救生裝置的格局。創(chuàng)造性的首先采用了超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生系統(tǒng)，提高了旋翼飛行器的安全可排性。解決了自旋翼類飛行器出現(xiàn)以來(lái)一直存在的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。取消了現(xiàn)在直升機(jī)復(fù)雜而又不可靠的旋翼周期變距系統(tǒng)，采用了把升力系統(tǒng)與水平動(dòng)力系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的方案，從而使該機(jī)的操縱系統(tǒng)具有了高的安全可靠性。彌補(bǔ)了現(xiàn)在旋翼機(jī)，雖然操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但卻不具備垂直飛行能力的缺點(diǎn)。采用兩副共軸反轉(zhuǎn)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的升力旋翼，帶水平動(dòng)力尾槳的總體布局。從而獲得了簡(jiǎn)單而可靠的旋翼操縱系統(tǒng)，又具有現(xiàn)在直升機(jī)那樣優(yōu)良的垂直飛行能力。權(quán)利要求對(duì)上述該方案與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的獨(dú)特的賦有創(chuàng)造性的總體技術(shù)特證予以保護(hù)。
全文摘要
本方案屬旋翼航空飛行器領(lǐng)域。該領(lǐng)域現(xiàn)存有直升機(jī)無(wú)法采用主動(dòng)救生措施。及旋翼操縱系統(tǒng)復(fù)雜而可靠性差。與旋翼機(jī)雖操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)單，卻不具有垂直飛行能力的問(wèn)題。該方案首先采用了超自旋人機(jī)一體化主動(dòng)救生方案與首先采用了有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋翼方案。完全解決了上述現(xiàn)有直升機(jī)與旋翼飛行器存在操縱系統(tǒng)復(fù)雜及無(wú)法使用主動(dòng)救生措施的問(wèn)題。該方案驗(yàn)證機(jī)可用于廣泛的國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。如工農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、空中、攝影及空中廣告宣傳等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B64C27/32GK1136522SQ95104870
公開日1996年11月27日 申請(qǐng)日期1995年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月22日
發(fā)明者趙增光 申請(qǐng)人:趙增光