1.本技术涉及共轴式直升机技术领域，尤其涉及一种共轴直升机及柔性变距旋翼。


背景技术：

2.在常规直升机设计领域，共轴双旋翼式直升机采用共轴反桨设计，直升机机体外形气动布局的设计和上，下旋翼安全的桨盘间距是影响共轴式直升机的气动特性及避免出现桨叶碰撞事故的重要参数。现有技术方案虽然可以满足直升机飞行基本功能，但有以下不足：
3.(1)旋翼上，下桨盘间距越大，诱导损失越小，可以避免上、下旋翼桨叶会出现碰撞事故。但旋翼操纵系统高度增加，结构复杂，且增加旋翼气动阻力和重量，增加直升机整体高度，对旋翼驱动轴刚度要求高，且容易发生机械疲劳等问题。
4.(2)旋翼上，下桨盘间距过小，上、下旋翼桨叶会出现碰撞事故，并且桨叶末端区域气动诱导损失加大且振动剧烈，噪音巨大。
5.(3)直升机机体外形气动布局及机体结构复杂，重量相对较大，机动性能和巡航速度无法进一步得到提升，不适合在舰船甲板等较小空间起降。
6.(4)旋翼下洗气流对机身废阻影响较大，主要气动阻力一部分来自于机身前部分及平尾区域，抵消了共轴式直升机在气动方面的优势。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种共轴直升机及柔性变距旋翼系统，该型共轴式直升机机体外形呈水滴形，结构简单紧凑，气动阻力小，适合在舰船甲板等较小空间起降。
8.且同时提供一种柔性变距旋翼系统，保证直升机高速机动飞行时上、下旋翼不会发生桨叶碰撞事故，上、下旋翼的桨叶末端间距最大，桨毂间距最小，该柔性变距旋翼运行稳定性高，安全性高，结构简单。
9.为达到上述目的，本技术提供一种共轴直升机及柔性变距旋翼系统，包括：直升机机体和柔性变距旋翼系统。所述直升机机体外形整体呈水滴形，所述机体的任一横截面的外部轮廓为圆形、长圆形或椭圆形中的一种；所述柔性变距旋翼系统：包括上旋翼组件和下旋翼组件，所述上旋翼组件包括第一桨毂和与所述第一桨毂连接的第一桨叶，所述下旋翼组件包括第二桨毂和与所述第二桨毂连接的第二桨叶，所述第一桨叶向上翘起和/或所述第二桨叶向下翘起。
10.当所述机体的某一横截面的外部轮廓为长圆形时，所述长圆形的长度与宽度的比值a的取值范围为1＜a≤2；
11.当所述机体的某一横截面的外部轮廓为椭圆形时，所述椭圆形的长轴长度与短轴长度的比值b的取值范围为1＜b≤2。
12.进一步地，所述机体的两侧设置有水平安定面，所述水平安定面上设置有垂直安定面或v字形安定面。
13.进一步地，所述机身的上部的横截面的外部轮廓为长圆形，下部的两侧设置有凹陷部，所述凹陷部具有沿纵向分布的安装面，所述安装面为平面。
14.同时，所述第一桨叶、第一桨夹组件与第一变距轴颈及第一桨毂连接，所述第二桨叶、第二桨夹组件与第二变距轴颈及第二桨毂连接。
15.进一步地，所述第一桨叶向上翘起，所述第二桨叶向下翘起。
16.进一步地，所述第一变距轴颈，其包括与所述第一桨毂固定连接的轴段a和与所述轴段a连接且向上翘起的轴段b；
17.进一步地，所述第二变距轴颈，其包括与所述第二桨毂固定连接的轴段c和与所述轴段c连接且向下翘起的轴段d；
18.进一步地，所述第一变距轴颈向上翘起后与水平面的夹角大于等于1.5
°
、且小于20.5
°
，所述第二变距轴颈向下翘起后与水平面的夹角大于等于1.5
°
、且小于20.5
°
。
19.进一步地，所述上旋翼组件的桨盘直径和所述下旋翼组件的桨盘直径相等，所述第一桨叶和所述第二桨叶在竖直方向上的最大间距为所述桨盘直径的0.05～0.28倍；
20.进一步地，所述第一桨毂和所述第二桨毂在竖直方向上的间距为所述第一桨叶和所述第二桨叶在竖直方向上的最大间距的0.05～0.65倍。
21.第二方面，本技术提供一种共轴直升机，其包括上述任一方案中所述的直升机机体外形特征及柔性变距旋翼技术。
22.本技术的有益效果：本技术提供的一种共轴直升机及柔性变距旋翼，通过对机身外形的改进设计，整体呈水滴形，没有了机身前部分及平尾区域的阻力，使得旋翼下洗气流对机身废阻影响小，结构简单紧凑，重量相对较小，适合在舰船甲板等较小空间起降。
23.同时，本技术提供的一种柔性变距旋翼系统，通过使第一桨叶向上偏离、使第二桨叶向下偏离，从而第一桨叶和第二桨叶之间在竖直方向上的间距越是靠近末端则越大，避免了直升机高速机动飞行时第一桨叶和第二桨叶发生桨叶互相碰撞事故，气动诱导损失降低，同时实现了第一桨叶旋转时所构成的第一桨盘和第二桨叶旋转时所构成的第二桨盘之间的间距的最小化，降低了第一桨叶和第二桨叶的振动及噪音，使旋翼操纵系统高度降低，减轻旋翼操纵系统的阻力和重量，降低直升机整体高度，减小对旋翼轴刚度的影响，提高了直升机高速机动飞行时的安全系数和稳定性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
25.图1为本技术一个实施例提供的共轴式直升机在一个视角下的立体图；
26.图2为本技术一个实施例提供的共轴式直升机在另一个视角下的主视图；
27.图3为本技术一个实施例提供的共轴式直升机在另一个视角下的后视图；
28.图4为本技术一个实施例提供的共轴式直升机在另一个视角下的右视图；
29.图5为本技术又一个实施例提供的共轴式直升机的立体图；
30.图6为本技术又一个实施例提供的共轴式直升机的主视图；
31.图7为本技术又一个实施例提供的共轴式直升机的后视图；
32.图8为本技术又一个实施例提供的共轴式直升机的右视图；
33.图9为本技术一实施例提供的一种柔性变距旋翼系统的立体图；
34.图10为本技术一实施例提供的一种柔性变距旋翼系统的主视图；
35.图11为本技术一实施例提供的一种柔性变距旋翼系统上旋翼组件的结构示意图；
36.图12为本技术一实施例提供的一种柔性变距旋翼系统下旋翼组件的结构示意图；
37.图13为本技术一实施例提供的一种柔性变距旋翼系统示意图；
38.图14为本技术另一实施例提供的定距旋翼系统的结构示意图。
39.图15为本技术另一实施例提供的定距旋翼系统的示意图。
40.附图标记：
41.10、柔性变距旋翼系统；11、第一桨毂；12、第一桨叶；13、第一变距轴颈；131、轴段a；132、轴段b；14、第一桨夹组件；
42.21、第二桨毂；22、第二桨叶；23、第二变距轴颈；231、轴段c；232、轴段d；24、第二桨夹组件；
43.30、机身；31、平滑表面；32、凹陷部安装面；33、进气导流罩；34、排气导流罩；40、光电吊舱；50、水平安定面；60、垂直安定面；70、v字形安定面；80、起落架。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
45.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
46.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
49.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.如图1
‑
8所示，本实施例提供一种共轴式直升机，包括直升机机身30和柔性变距旋翼系统10。
51.机身30整体呈水滴形(水滴形也是流线型的一种表现形式)，即从整体上看，机身30的横截面的外部轮廓的面积沿从上至下的方向逐渐增大。机身30的任一横截面的外部轮廓为圆形、长圆形(即两端为圆弧形线条、两侧为两条平行的直线线条)或椭圆形中的一种。具体如下：
52.当机身30的某一横截面的外部轮廓为长圆形时，长圆形的长度与宽度的比值a的取值范围为1＜a≤2；
53.当机身30的某一横截面的外部轮廓为椭圆形时，椭圆形的长轴长度与短轴长度的比值b的取值范围为1＜b≤2。
54.通常上述参数化的限制，保证机身30整体呈水滴形。
55.机身30的前端的下部或者机身30的底部安装有光电吊舱40，机身30的底部还安装有起落架80。
56.机身30的的前端开有进气口、后端开有排气口，优选在进气口和排气口处可以安装进气导流罩33和排气导流罩34，以便进行更好地进气和排气。
57.本实施例中，通过对机身30外形的改进设计，没有了常规直升机机身前部分及平尾区域的阻力，使得旋翼下洗气流对机身30废阻影响小。且整体呈水滴形的设计，结构简单，重量相对较小，有效载荷得以提高，适合在舰船甲板等较小空间起降。
58.在一个实施例中，如图1
‑
4所示，机身30的两侧安装有水平安定面50，水平安定面50上安装有垂直安定面60，通过设置水平安定面50和垂直安定面60，更容易保证航向操纵的稳定性。
59.在一个实施例中，如图5
‑
8所示，机身30的两侧安装有水平安定面50，水平安定面50上安装有v字形安定面70，通过设置水平安定面50和v字形安定面70，更容易保证航向操纵的稳定性。
60.在一个实施例中，如图5
‑
8所示，机身30的下部的两侧设置有凹陷部安装面32，凹陷部安装面32用来实现机身30外挂物品的功能，比如外挂武器装备等。凹陷部安装面32设置在机身30的下部的两侧，是因为下部的可安装的区域相对上部较大。
61.另外，前述实施例中的进气导流罩33、排气导流罩34、光电吊舱40，以及本实施例中的外挂武器装备等，都是附加在机身30上的结构，不是为机身30的一部分，不构成对机身30外形的限制。
62.如图9
‑
13所示，本实施例提供一种柔性变距旋翼系统，包括上旋翼组件和下旋翼组件。
63.上旋翼组件包括第一桨毂11和与一端与第一桨毂11连接的第一桨叶12，第一桨叶12的另一端(即末端)向上翘起。下旋翼组件包括第二桨毂21和一端与第二桨毂21连接的第二桨叶22，第二桨叶22的另一端(即末端)向下翘起。第一桨叶12和第二桨叶22的数量相同，且通常为2
‑
4片(不限于2
‑
4片)。
64.在本实施例中，通过使第一桨叶12向上翘起、使第二桨叶22向下翘起，具体地说是使第一桨叶12的末端向上偏离水平面，使第二桨叶22的末端向下偏离水平面，从而第一桨叶12和第二桨叶22之间在竖直方向上的间距越是靠近末端则越大，避免了直升机高速机动
飞行时第一桨叶12和第二桨叶22发生互相碰撞事故，实现了第一桨叶12旋转时所构成的第一桨盘和第二桨叶22旋转时所构成的第二桨盘之间的间距的最小化，降低了第一桨叶12和第二桨叶22的振动及噪音，使旋翼操纵系统高度降低，减轻旋翼操纵系统的阻力和重量，降低了对旋翼轴刚度的影响，提高了直升机高速机动飞行时的安全系数和稳定性。
65.在一个实施例中，如图9
‑
13所示，第一变距轴颈13向上翘起后与水平面的夹角为α，且1.5
°
≤α＜20.5
°
。第二变距轴颈23向下翘起后与水平面的夹角为β，且1.5
°
≤β＜20.5
°
。
66.且同时，在同一实施例中，∠α＝∠β，即第一变距轴颈13和第二变距轴颈23上翘和下翘与水平面的夹角一致。
67.第一变距轴颈13包括与第一桨毂11固定连接的轴段a131和与轴段a131一体连接并且向上翘起的轴段b132，同理，第二变距轴颈23包括与第二桨毂21固定连接的轴段c231和与轴段c231一体连接并且向下翘起的轴段d232。
68.第一桨夹组件14的一端可转动地套设在轴段b132上，另一端与第一桨叶12固定连接。同理，第二桨夹组件24的一端可转动地套设在轴段d232上，另一端与第二桨叶22固定连接。
69.另外，本实施例的旋翼系统，只需改变第一变距轴颈13和第二变距轴颈23的机械结构，通过角度的控制，而不用改变桨叶的结构，就实现了第一桨叶12向上翘起，第二桨叶22向下翘起，方便加工制造。
70.本实施例适用于可变桨距的共轴直升机。
71.在一个实施例中，如图13所示，上旋翼组件的桨盘直径和下旋翼组件的桨盘直径相等，且记为d，第一桨叶12和第二桨叶22在竖直方向上的最大间距(记为h)为桨盘直径d的0.05～0.28倍，第一桨毂11和第二桨毂21在竖直方向上的间距(记为h)为第一桨叶12和第二桨叶22在竖直方向上的最大间距h的0.05～0.65倍。
72.在一个实施例中，如图14，15所示，第一桨叶12与第一桨毂11固定连接，第二桨叶22与第二桨毂21固定连接。优选第一桨毂11上用于安装第一桨叶12的部位向上翘起6
°
，但不限于6
°
。同理，第二桨毂21上用于安装第二桨叶22的部位向下翘起6
°
，但不限于6
°
。本实施例中的旋翼系统，适用于小型无人机上，由于桨叶与桨毂固定连接，因此为定距桨叶的结构，这种定距桨叶的共轴旋翼通过第一旋翼组件和第二旋翼组件的转速高低和差速实现升力大小和反扭矩的改变，通过倾斜旋翼轴实现第一桨盘和第二桨盘拉力的方向改变。
73.本技术说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。