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端叶导向推进器及其应用.pdf

  • 上传人:b***
  • 文档编号:488980
  • 上传时间:2018-02-19
  • 格式:PDF
  • 页数:24
  • 大小:957.92KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN92101362.0

    申请日:

    1992.02.29

    公开号:

    CN1077252A

    公开日:

    1993.10.13

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    专利申请的驳回公告日:1993.10.13|||公开

    IPC分类号:

    F03H5/00; F01D5/20; B64C27/04

    主分类号:

    F03H5/00; F01D5/20; B64C27/04

    申请人:

    王建军; 王建初; 王建农

    发明人:

    王建军; 王建初; 王建农

    地址:

    311600浙江省建德县对外经济贸易委员会

    优先权:

    专利代理机构:

    代理人:

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    内容摘要

    一种端叶导向推进器(1)由轴流推进器(1-1)与导向端叶及其调节组合件(1-2)所组成,实现了轴流推进器旋转分力可随意调节,并且具有结构简单、成本低、效率高、调节方便、制造及维修都很容易等特点。该推进器为设计制造各种垂直起降飞行器提供了一种新的设计方案,直升机应用这种推进器可除去尾梁(毋须尾桨平衡);应用这种推进器可以制造能垂直起降的飞行汽车、碟形飞行器(飞碟)等水、陆、空以及水上、水下、陆地、空中多栖运载工具,并且简易可行。

    权利要求书

    1: 端叶导向推进器及其应用是一种改进的轴流推进器及其应用,端叶导向推进器可以自由调节推进器旋转分力的矢量,并且方便可靠,它可以应用在各种需要垂直起降飞行的物体上作为推进器,也可以作为其它用途的推进器。其特征在于由轴流推进器(1-1)和导向端叶及其调节组合件(1-2)所组成。
    2: 应用权利要求1中所述的推进器组合制成的碟形多栖运载工具或飞行器及其变形组合机,其特征是由端叶导向推进器(1)和机仓及其设施(2)所组成。
    3: 应用权利要求1中所述的推进器组合制成的飞行汽车或飞行车舟,是一种多栖交通运载工具,其特征是由端叶导向推进(1)和机仓及其设施(3)所组成,也可以增加悬挂联接装置(4)。
    4: 应用权力要求1中所述的推进器组合制成的无尾梁直升机,其特征是由端叶导向推进(1)和机仓及其设施(5)所组成。
    5: 应用权力要求1中所述的端叶导向推进器制成的其它飞行器、水下运动器、气垫船和多栖交通运载工具。
    6: 应用权力要求1中所述的端叶导向推进器制成的运载工具,均可设顶置伞仓。

    说明书


    一种端叶导向推进器及其应用属于一种改进的轴流推进器及其应用。

        轴流推进器的应用范围非常广泛,但是由于轴流推进器工作时除了产生人们所需要的轴向推力以外,还产生一个旋转分力,这就是现在大多数直升机除主螺旋浆(主推进器)以外,还必须安装一个长长的尾梁,并在尾梁上安置一个尾浆用来抵消并调节主推进器的旋转分力的原因。这样,要达到垂直起降,同时能够正常飞行,就必须安装两个以上推进器才能达到;长尾梁也很占场地。为了解决以上不足,一些先进国家研制成功共轴反转双旋翼式推进器,并且成功地应用在直升机上,达到了只用一个推进器垂直起降并能正常飞行的目的。还除却了长长的尾梁。但是共轴反转双旋翼式推进器的制造要求特别高,维修困难,因此,制造与维修的成本都很高,同时对旋转分力及旋向的调节是通过调整高速运动的双旋翼速差和旋翼角度差达到的,其调节难度大,要求高,所以,这种推进器的应用受到一定的限制(特别是在民用方面)。

        本发明的目的,就是设计一种结构简单、成本低、制造、维修都很简便,可随意调节旋转分力的矢量(即旋向和旋转力矩),甚至还可以分区域调节推力的新型推进器。同时拓展这种新型推进器的应用范围。

        本发明要点是:在轴流推进器导向叶或轴流推进器的端部安装若干个可调节(摆动)的端叶,称之为导向端叶。

        如图1、图2、图3所示,端叶导向推进器(1)由轴流推进器(1-1)和导向端叶及其调节组合件(1-2)所组成。

        图1所示的是涵管(道)型端叶导向推进器,图中:(1-1)是涵管型轴流推进器,其中:(1-1-1)是涵管也是机座;(1-1-2)是前、后导向叶兼支撑(许多推进器中无导向叶,所以,可省略);(1-1-3)是螺浆(风扇);(1-1-4)是整流罩;(1-1-5)是发动机。(1-2)是导向端叶及其调节组合件,其中:(1-2-1)是导向前端叶;(1-2-2)是导向后端叶,亦称导向尾叶。

        工作原理是:当发动机(1-1-5)驱动螺浆(1-1-3)工作时,由于导向叶(1-1-2)的作用,推进器产生一个没有旋转分力的轴向推力,这时,推进器若需要一个顺时针旋向(以右图为准,以下同)的分力,只要调节导向前端叶前沿顺时针摆动,导向尾叶后沿逆时针摆动或其中一端的端叶如上述方向摆动即可;反之亦然。即端叶导向推进器的旋转分力的旋向与导向端叶前沿的摆向相同与导向端叶后沿摆向相反。旋转矢量地大小与端叶摆角有关,在一定范围内,摆角越大矢量越大。

        图2所示的是无涵管型尾叶导向轴流推进器。(1-1)是有导向叶的无涵管型轴流推进器,其中:(1-1-1)是基(机)座;(1-1-2)是导向叶兼支撑;(1-1-3)是螺浆;(1-1-4)是整流罩;(1-1-5)是发动机。(1-2)是可调导向端叶及其调节组合件,由于图示的推进器无前导向叶,所以,该推进器只有导向尾叶(1-2-2)。该推进器的工作原理同图1,只是不须调节导向前端叶。

        图3所示的是一个外动力的涵管型尾叶导向推进器。其工作原理是:外动力通过传动轴(1-1-6)和传动齿轮(对)(1-1-7)驱动螺浆(1-1-3)旋转,通过导向叶(1-1-2)轴向推出不旋动的流体;这时通过转动导向尾叶调节轴(1-2-3)、导向端叶联动齿轮(1-2-4)、联动齿盘(1-2-5)使所有的可调导向尾叶按要求摆动,推进器就可产生所需要的旋转矢量。

        由于本发明的应用场合不同,对可调端叶的调节要求也不同,若对推进器的某区域需减少推力,而其它区域则需维持一定的推力和推出方向,则处于减少推力区域内的可调导向端叶的状态就如图4(b)所示,适当调小一部分流体通道;甚至如图4(d)所示,完全“关闭”部分流体通道;而处于其它区域导向端叶的状态则如图4(a)、(e)所示(也可以是其它推向的状态)。导向端叶可制成如图2中所示的一截或分段制造,以增加调节范围。

        图5所示的是一种分两个区域,并且各区域内导向尾叶间隔可调的推进器端叶调节运动简图。如图5所示,通过转动调节齿轮(1-2-8),联动齿轮(1-2-4)和扇形联动齿盘(1-2-5),使相关的导向端叶(1-2-2)按需要摆动,达到分区域调节的目的。同理,可以制成分任意个区域,各区域内的导向端叶间隔可调的推进器。即可制成任意个区域推力可调的推进器。

        图6所示的是分A、B、C、D四个区域的分区域示意图。

        本发明与共轴反转双翼式推进器相比,在同样做到单推进器垂直起降并正常飞行的情况下,还具有结构简单,不需要调节高速运动部件,制作及维修都很容易,费用低,因而制造成本和运行费用都比较省,更重要的是调节非常方便,响应快,效果明显,还可分区域调节推力。为了提高推力和效率,本发明可以采用多级螺浆,也可以采用共轴反转双翼或多旋翼推进器,但这里不需用调节旋翼速差的方法来调节旋转分力的矢量。

        应用本发明可制成碟形飞行器(飞碟)、飞行车(舟)、无尾梁直升机及其变形组合的各种陆、空和水、陆、空及水下、水面、陆地、空中等多栖交通运载工具。下面分别叙述:

        应用之一:碟形飞行器和碟形多栖交通运载工具。

        图7所示的是一种碟形飞行器。碟形飞行器实际上就是一个扩大空心轴的端叶导向轴流推进器,并以中空的轴以及整流罩作为机仓的多栖交通运载工具。它由端叶导向推进器(1)和机仓及其设施(2)所组成。

        如图7所示,(1-1-1)是端叶导向推进器的机座亦即机仓仓座(2-1),(1-1-2)是导向叶、(1-1-3)是螺浆,(1-1-5)是发动机,(1-1-7)是传动齿轮,(1-1-8)是轴承,(1-2-1)是导向前端叶,(1-2-2)是导向后端叶,(1-2-4)是导向端叶联动齿轮(以上编号与图1、图2、图3相同,下文中亦同)。(2-2)是弦窗,(2-3)是机仓,(2-4)是驾驶仓,(2-5)是机轮,(2-6)是伞仓,(2-7)是缘翼。

        碟形飞形器(以下称飞碟)的飞行原理是将可调导向端叶分成如图6所示的A、B、C、D四个(也可三个或更多)控制区域(分区域控制的方法前文已经叙述),设A区为前方区。当发动机(1-1-5)驱动螺浆(1-1-3)旋转,飞碟垂直升空,这时若某一区域偏重或者说飞碟的重心偏向某一区域,则该相对区域的导向端叶间隔对摆,使该相对区域的吸入和推出气流减小,则该相对区域的升力亦相应减小,这样即可达到动安定的目的,使飞碟平稳飞行。如图6所示,若飞碟重心偏向B区,则D区的导向端叶间隔对摆(如图4b所示),使D区的推力减小,飞碟保持平衡。

        飞碟行进方法是:假设图6中A是前方区,B是右方区,C是后方区,D是左方区,当飞碟升空需要前进,只须将B、D两区导向端叶的前沿向前摆动(亦即后沿向后摆动),而A、C两区的导向端叶重直不动即可,若将B、D两区导向端叶的前沿向后摆动,则飞碟后退,若将A区可调导向端叶的前沿向左摆,B、D区(或其中的一区)前沿向前摆,而其它区域的端叶垂直,则飞碟向左前方行进。随着各区导向端叶摆动角度的调节,飞碟行进的方向角也不同;另外,若分区域调节导向端叶,使飞碟前倾,则飞碟前进,后倾则后退,同理,左(或右)倾则左(右)进,调节非常简便。

        若飞碟需向右转向,只要调节导向端叶前沿;A区右摆,B区后摆,C区左摆,D区前摆或者其中的若干区域按上述要求摆动,而剩下的垂直即可,反之,则左转。飞碟的升降只要调节螺浆的转速或角度即可。同理,只要导向端叶按要求分区域调节,配合螺浆转速、角度的调节,则飞碟就可以上、下、左、右旋转、进退自如了。

        与直升机相比,飞碟没有置于顶部的推进器,因此,升力推进器与机仓之间没有相互作用的力,即升力推进器的推力无损耗,所以,这种设计能使推进器发挥高效率。同时,由于无顶置旋翼,乘员遇险跳伞的环境将大大优于直升机,所以飞碟将有可能取代现有的直升机。

        当飞碟需要在水下行进时,只要螺浆倒转,飞碟就下潜,顺转则上升,螺浆倒转时,原来的导向端叶后沿即成为前沿,调节方法与空中飞行时原理相同。这样的飞碟实际上成为一种水下、水面、陆地(有轮)和空中均可行进的多栖交通运载工具。由于这种运载工具具有垂直起降功能,不需要巨大的起降场地,附近的高层建筑对它的起降也无影响,而且控制、操作方便,可以多栖行进等众多优点,将具有广阔的前景。

        另外,当所有导向端叶处于图4d状态时,飞碟底部具有巨大的空气支撑面,只要对缘翼(2-7)控制得当,飞碟还具有良好的无动力滑翔功能,飞行非常安全。尤其是在失去动力时,与直升机相比,大大提高了安全性。

        飞碟可以根据需要,制造的很大或很小,关键在于有适合的发动机(要求功率、重量比大)。超级巨型飞碟可以使用核动力,以便增加起飞重量和滞空时间。

        飞碟还可以根据实际需要变形组合:图8、图9所示的就是两种飞碟与现代飞机组合的变形延伸。由于在组合机上增设了机翼和副翼(2-12)和水平推进器(2-8),可以使飞碟组合机的航速、程增加,其中图9所示的飞碟组合机垂直与水平推进器的发动机可共用(通过齿轮、轴和离合器)。

        图11所示的是一种可以作为火箭发射场或空中机场(航空母机)的飞碟组合机。图中(2-1)是仓体,(2-9)是发射平台或跑道,(2-10)是发射架,(2-11)是平台支撑,(H)为火箭,(F)是飞机,该机若采用核动力将可以增加起飞重量和滞空时间,作为空中基地。

        由于飞碟及其变形组合机有一个巨大的螺浆,这个螺浆有很大的转动惯量,可以使飞碟在飞行时非常平稳,这会增加旅途的舒适感。

        鉴于飞碟及其变形组合机所具有的众多优点,它将成为一种广泛使用的交通运载工具。设想:各种大小的飞碟作为中、短距离运输的主力,而大型或超级巨型飞碟变形组合机则作为中长距离的运输主力。由于它们的垂直起降功能,在建造机场时不需要巨大的起降跑道,并可设在高层建筑附近,这样可以大大节省土地和建设机场的投资。另外,由于飞碟的发动机可以内置或顶置,所以噪音很小,而且飞碟变形组合机则可在起飞后运行到离机场足够远,离地面足够高的地方再启动水平推进器。这样对环境的影响很小,则机场可以建在城市附近,这将大大方便旅客的集散。同时飞碟的垂直起降对地面无高温熔蚀现象,也可降低建垂直起降机场的投资;高层建筑建在机场附近,可减少候机楼的占地,增加机场的吞吐能力。这样,在一个大城市就可同时建设多个机场,以提高城市的交通能力。用飞碟作为中小城镇之间的交通工具,更会给人们带来许多便利。

        由于飞碟可以垂直起降,大雾、冰冻等恶劣气候将不再是影响起降而延误航班的主要因素了。同时机场周围的飞行物再也不是高速运动的了,而是缓慢而有秩序地运动,这将使各航空公司在同样大小的机场内可获得更多的起降空档权,从而大大提高了班机的利用率。飞碟还可将水面作为机场,可潜水的飞碟更能够给旅游者带来极大的兴趣。

        总之,碟形多栖运载工具和飞碟及其变形组合机的众多优点是目前任何一种交通工具所无法比拟的。

        应用之二:飞行车舟和飞行汽车

        目前一些国家研制了各种飞行汽车,其中一些具有垂直起降功能。但这些能够垂直起飞的飞行汽车都必须采用两个或两个以上推进器,效率不高,并且操作控制复杂,制造成本高。

        应用端叶导向推进器组合制成的飞行车舟或者飞行汽车,不仅具有垂直起降功能,并且只需要一个推进器,效率高,操作方便,成本低。

        图11所示的飞行车舟是一种水、陆、空三栖交通运载工具,它由端叶导向推进器(1)和机仓及其设施(3)所组成。其中:端叶导向推进器的工作原理与飞碟同。若需增加行进速度,还可在机仓内增设一个推进器(3-3),该推进器若采用端叶导向推进器则效果更好。

        图11所示的(1-1-1)是端叶导向推进器的机座,也是飞行车舟的仓体,图中端叶导向轴流推进器的编号与图1-5相同,其中,(1-2-9)是调节摆杆轴,(1-2-10)是调节拉杆,它与车轮的转向直拉杆(3-7)联接,图中(3-2)是车舟发动机,也是推进器的发动机(1-1-5),这样可以大大减轻飞行车舟的重量,增加有效载荷,并可降低成本,(3-3)是水平推进器,(3-5)是水下推进器和车轮传动机构,(3-4)是可伸缩的万向轴节,(3-6)是飞行车舟的方向盘,可控制水、陆、空多栖行进中的转向,(3-7)是转向直拉杆,(3-8)是直拉杆臂,(3-9)是前轴横梁,(3-10)是轮胎,(3-12)是伞仓或行李仓。

        图12所示的是一种悬挂式飞行汽车,它由端叶导向推进器(1)、车厢(机仓)及其设施(3)和悬挂联接组合件(装置)(4)所组成。

        图中(4-1)是悬挂联接环,该环类似一个巨大的十字万向节,使得推进器轴线在a角度内,水平面360°可转,a摆角和360°的转动由联接环(4-1)的横向摆动和联接环上的推进器(1)的纵向摆动组合完成的。横向摆动由摆臂(4-5)控制;纵向摆动由推进器上的扇形蜗轮和联接环上的蜗杆(4-2)通过齿轮(4-3)由齿轮(4-4)控制的。为了提高飞行汽车的安定性,设计推进器的推力中心W高于飞行汽车的质量中心G,这样,相当于车厢悬挂在推进器上,安定性非常好,这与现代直升机的工作状况非常相似,不同的只是由端叶导向的功能替代了尾浆的作用,由涵管型推进器替代了外裸的旋翼。这种飞行汽车与机动舟结合即为飞行车舟(水、陆、空三栖运载工具),使用非常方便。

        应用之三:无尾梁直升机

        图13所示的是一种固定式无尾梁直升机,其工作原理与飞碟以及图11所示的飞行车舟相同。

        图14所示的是一种悬挂式无尾梁直升机,其工作原理与图12所示的飞行汽车相同。

        应用之四:自动力水下运动器

        图15所示的是一种应用于水下运动物体行进用的端叶导向推进器,采用这种推进可以省去水平舵翼和方向舵翼。

        另外,端叶导向轴流推进器还可应用于自动力潜水装置的推进器,其原理同碟形多栖运载工具,只是考虑到以水下为主,而水中杂物要多于空中,所以,宜采用无涵管型导向端叶轴流推进器。这种潜水装置不需通过改变自身重力来控制沉浮的方法,操纵非常灵健,可称为水下飞碟或水中直升机。

        此外,以上所有飞行器均配有伞仓,利用前整流罩置于螺浆之上,当飞行器失去动力时打开降落伞或翼伞可以辅助飞行器控制滑翔状态(飞碟等有较大支承面)或直接减缓飞行器下降速度,以增加安全性能。

        当可调端叶导向轴流推进器采用涡轮喷射类发动机(如涡轮风扇发动机)时,本发明中的导向端叶置于风扇涵道的前端和尾端。

        图16所示的是一种以涡轮风扇发动机作为原推进器的端叶导向推进器。其中:(1-1-1)是风扇涵道兼机座,(1-1-2)是导向叶兼支撑,(1-1-3)是风扇,(1-1-4)是整流罩,(1-1-8)是中、高压气机,(1-1-9)是燃烧室,(1-1-10)是涡轮涵道,(1-1-11)是尾喷管,(1-2-2)是导向尾叶。导向尾叶置于风扇涵道的尾端。

        同理,当机座和仓座联接在一起时,导向端叶亦可置于仓座的前端和尾端。

        以上仅仅是本发明的例证,不局限于此。

        附图说明:

        图1:涵管型端叶导向推进器;

        图2:无涵管端叶导向推进器;

        图3:外动涵管型尾叶导向推进器;

        图4:端叶工作状态;

        图5:两区域推力分别可调的推进器端叶调节运动简图;

        图6:四分区域示意;

        图7:碟形飞行器(飞碟);

        图8:飞碟变形组合机A(高速远程大容量);

        图9:飞碟变形组合机B(高速远程大容量);

        图10:飞碟变形组合机C(空中基地);

        图11:飞行车舟A;

        图12:飞行车舟B(悬挂式);

        图13:无尾梁直升机A(固定端叶导向推进器)

        图14:无尾梁直升机A(悬挂式);

        图15:水平端导推进器;

        图16:端叶导向涡扇推进器;

        以上图中:(1)是端叶导向推进器;(2)是飞碟(或飞碟变形组合机)机仓及其设施;(3)是飞行车舟机仓及其设施;(4)是悬挂式飞行车舟的悬挂联合组合件;(5)是直升机机仓及其设施;(6)是水下运动体机仓。

        其中:(1-1)是轴流推进器,(1-1-1)是推进器机座;(1-1-2)是前、后导向叶;(1-1-3)是螺浆(风扇或旋翼);(1-1-4)是整流罩;(1-1-5)是发动机;(1-1-6)是传动轴;(1-1-7)是传动齿轮(对);(1-1-8)是中、高压气机;(1-1-9)是燃烧室;(1-1-10)是涡轮涵道;(1-1-11)是尾喷管。

        (1-2)是导向端叶及其调节组合件;(1-2-1)是导向前端叶;(1-2-2)是导向后端叶即导向尾叶;(1-2-3)是导向端叶调节轴;(1-2-4)是导向端叶联动齿轮;(1-2-5)是联动齿盘;(1-2-6)是定位轴和轴承;(1-2-7)是轴承;(1-2-8)是调节齿轮;(1-2-9)是调节摆杆;(1-2-10)是调节拉杆;(1-2-11)是万向调节轴节。

        (2)是飞碟或飞碟变形组合机机仓及其设施;(2-1)是仓体;(2-2)是弦窗;(2-3)是机仓;(2-4)是驾驶仓;(2-5)是机轮;(2-6)是伞仓;(2-7)是缘翼;(2-8)是水平推进器;(2-9)是发射平台或跑道;(2-10)是发射架;(2-11)是平台支架;(2-12)是机翼和副翼。

        (3)是飞行车舟机仓及其设施;(3-1)是机仓;(3-2)是发动机;(3-3)是水平推进器;(3-4)是可伸缩万向轴节;(3-5)是水下推进器和车轮传动机构;(3-6)是飞行车舟的方向盘;(3-7)是转向直拉杆;(3-8)是直拉杆臂;(3-9)是前轴横梁;(3-10)是轮胎;(3-11)    (3-12)是伞仓。

        (4)是悬挂联接组合件;(4-1)是悬挂联接环;(4-2)是扇形涡轮和涡杆;(4-3)和(4-4)是齿轮;(4-5)是摆臂。

        (5)是直升机机仓及其设施;(5-1)是仓体;(5-2)是发动机;(5-3)是水平推进器;(5-4)是调节拉杆;(5-5)是旋翼轴;(5-6)是伞仓。

        图6中:A是前方区;B是右方区;C是后方区;D是左方区;

        图10中:F是飞机;H是火箭;

        图12中:G是飞行车舟的质量中心;W是推进器的推力。

    关 键  词:
    导向 推进器 及其 应用
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