前旋翼顷转式垂直起落飞机

　　韩培洲

　　直升机不但能向前飞行，而且还可以侧飞和垂直起落，它对起降场地的要求比一般固定翼飞机低得多，可使用的地域或范围十分广泛。但是，由于直升机很大直径的旋翼在飞行时空气阻力很大，所以飞行速度较慢；同时为驱动旋翼还需要较大的动力，让发动机消耗的燃料也很多。飞行速度较慢加之燃料消耗很多，这使普通直升机的航程还不是很远。

　　为克服这些不足，如何在保留直升机独特飞行性能和特点基础上，提高其飞行速度和象定翼飞机那样具有较远的航程，国外已提出了如鸭式机翼旋翼机、倾转机翼机和倾转旋翼机等多种不同的设计方案。其中，倾转旋翼机获得了较大的发展，被制成了军用型V-22和民用型BA609。但V-22在具有直升机和定翼机的优点同时，并未达到自身结构的最优化，为承受大直径倾转旋翼所产生的震动和气动作用力，使整个旋翼和机翼结构增加了较多额外的重量。同时，太大直径的倾转旋翼在前飞时效率大大降低，使其前飞航程增加的不是最多。

　　为能在V-22倾转旋翼机基础上进一步增加飞行航程，本发明的前旋翼倾转式垂直起落飞机(远程直升飞机)充分利用了倾转旋翼机、固定翼飞机和直升机中的共轴反转旋翼等一切现有的技术及构件，通过合理的结构布置及设计，使这种远程直升飞机不仅能利用前倾转旋翼和共轴反转后旋翼进行垂直起落，还可在前飞时让后旋翼停转，从而可关闭后发动机以避免燃料的消耗。

　　本发明的远程直升飞机在进行垂直升降时，转到上面位置的两前倾转旋翼与后旋翼共同产生向上的升力，带动飞机垂直起飞或降落。主翼上的倾转外翼也转到垂直位置，以在升降过程中协调控制，让机身作出转向、侧移等动作。当完成垂直起飞过程需转入向前飞行时，两前倾转旋翼逐渐转到向前的位置，带动飞机开始前行，在前飞中前翼和主翼逐渐产生向上的升力，相配合的后旋翼通过调小迎角也使产生的升力相应减少。当前倾转旋翼完全转到向前的位置后，飞机进入水平前飞状态，飞机的重量由前翼和主翼分别承担，后旋翼的迎角也被调整到零升力位置，两叶片的上、下旋翼桨叶从旋转状态被固定在与机身中心线对齐的最小阻力处。后旋翼停转后，带动后旋翼的涡轴发动机因停转不再消耗燃油，被节省的这部分燃油便可让带动前倾转旋翼的发动机更长时间运转，直接增加了飞机的飞行距离。

　　上述后旋翼的上、下两副旋翼采用的是两片桨叶，这种后旋翼的结构形式只适合制成小型的直升飞机。在大中型远程直升飞机中，为避免停转的后旋翼桨叶在前飞时因直径太大被气流干扰而产生振动，在前飞状态中，后旋翼被前发动机带动仍保持旋转，以便让后旋翼的桨叶能被离心力拉直。这时因后旋翼的转速较低，只产生部分较小的升力，所形成的空气阻力也不大。由于在垂直起落及前飞状态下后旋翼都保持转动，后旋翼的上、下旋翼便可采用3-4片桨叶，这样也适合制成更大型的远程直升飞机。

　　在本发明的远程直升飞机中，因两前倾转旋翼和后旋翼在直升时具有三个升力支点，只要采用具有变距功能的简单旋翼桨毂结构来改变直升时三个升力点的升力大小，再让后主翼上的舵面进行一定角度的偏转配合，便可有效地操纵这种远程直升飞机完成悬停、转向，向前、向后及侧飞等动作。让最关键的三组旋翼桨毂都采用只具变距功能的简单结构，可进一步降低这种飞机的制造成本。另外，因前倾转旋翼只承担1/4左右的升力，这使前旋翼及起支撑作用的前翼部分的结构尺寸大大缩小，从而可避免增加较多的结构重量。

　　由于前旋翼所产生的升力占总升力的比例较小，带动前旋翼的发动机功率也相应较小，使停转后的大功率后旋翼发动机节省的燃油也更多，因此，让本发明的远程直升飞机比一般直升机远三倍航程是很容易的(比倾转旋翼机V-22远二倍)。

　　实际中，还可把本发明的远程直升飞机制成更灵活的机型。普通直升机就是直升机，倾转旋翼机V-22就是V-22，而在把本发明远程直升飞机的后旋翼连同主减速器等制成能方便拆装的组合式结构后，当有机场起降条件，不需要执行垂直起落任务时，便可把飞机的后旋翼拆下，这样，这种远程直升飞机就变成一架普通的定翼飞机了，并可达到与定翼飞机相同的飞行性能。当需要执行垂直起落飞行任务时，只要装上后旋翼，就可使这种飞机恢复成远程直升飞机。远程直升飞机——定翼飞机之间能相互转换，对改善航运结构、提高航运效率及方便用户完成不同的航运任务等具有重要的积极意义。

　　根据结构及用途的不同，本发明的这种远程直升飞机不仅可制成四至五座的小型飞机，也可制成起飞重量在5～30吨的大中型直升飞机。能垂直起落、具有比直升机更快的速度和更远的航程，同时还能完全以固定翼飞机方式飞行(拆掉后旋翼后)，会使本发明的这种远程直升飞机具有更大的使用灵活性，必将在民用和军用领域获得广泛应用。