[发明专利]折叠翼直升飞机

说明书

一种折叠翼直升飞机，采用主翼在机身后部的鸭式或飞翼式布局，尾坐式起飞方式，主翼两侧中部适当位置可以折叠，并且具备由飞控系统控制或手动遥控操作，可以在折叠和展开状态相互切换的机械和控制装置；以折叠翼折叠的状态起降和悬停，以折叠翼展开的状态平飞。在折叠翼折叠的状态下，直升飞机具备很强的尾坐稳定性，可以在复杂的负载状态下保持垂直姿态，折叠翼还能抵消垂直姿态下主翼面的全部或部分气动升力，减轻飞行器在水平方向滑动的趋势。

技术领域

本发明涉及一种既可以悬停又可以平飞的飞行器，尤其是具备可折叠机翼，采用尾坐姿态起降的直升飞机。

背景技术

20世纪初飞机被发明之后，在很长一段时间都受困于动力不足，让对动力要求严格的垂直起降停留在了概念阶段。即便如此，早在1930年前，欧洲的专利机构也已经受理并批准了若干直升飞机相关的专利技术。

实现垂直起飞在技术上的先决条件是发动机必须在垂直方向上产生超过飞机自重的推力或拉力，这一条件伴随火箭技术在航空器上的应用成为可能；而对固定翼飞行器垂直起降能力，特别是垂直起飞能力的迫切需求，则是在第二次世界大战中产生的：德国为了在机场遭受压制的情况下截击盟军轰炸机，于1944年开始研制Ba349型火箭动力截击机，并于1945年初实现首飞。尽管Ba349最终未能量产，但是其首创的尾坐式起飞模式，被此后许多固定翼飞机垂直起降项目所沿用。

冷战开始后，旋翼直升机技术开始普及，研发推重比超过1的飞行器不再是难以逾越的技术壁垒。而冷战双方对全面核战争的预期也再次让固定翼战斗机和截击机的垂直起飞能力变得迫在眉睫。从上世纪50年代初开始，几乎所有具备航空工业的国家都对此进行过研究。这其中，航空工业最为发达的美国研制的型号也最多。

这一阶段的代表性产品有，1954年首飞，由美国洛克希德公司研制的XFV Salmon垂直起降战斗机；1954年首飞，由康维尔公司研制的XFY Pogo垂直起降战斗机；1955年首飞，由瑞安航空工业公司研制的X-13喷气动力垂直起降飞机。其中，XFV使用X型尾翼作为起落架，XFY Pogo采用了主翼尖端和垂直尾翼尖端构成起落架的构型，这些新颖的设计在当时影响有限，却在数十年后成为了无人机尾坐式垂直起飞的经典方案。

冷战期间的军用直升飞机最终以英国的鹞式和苏联的雅克38两种布局高度相似的机型收尾，尾坐式起飞方式被证明不适合军用作战飞机。这一起飞形式销声匿迹半个世纪后，终于伴随着无人机的崛起重新得到重视。

相比载人战斗机和截击机，当代轻型无人机可以轻易地具备远超前者的推重比和结构强度，而这两点恰恰是50年代直升飞机曾经面对的最大障碍。特别是在多旋翼直升机成熟之后，在近10年间，以多旋翼直升机的差速控制技术为基础的直升飞机专利申请数量颇为众多，同时也涌现了一些采用传统固定翼飞机控制原理的直升飞机专利申请，甚至若干引入了单旋翼直升机的可倾斜桨叶的设计。其中的很多方案都采用了50年代就被证明可行的尾坐式起飞模式。

然而，尾坐式这种起降方式应用在无人机上，特别是使用螺旋桨推进的轻型无人机上，也存在着一些先天的不足。

首先是尾坐时的稳定性。固定翼飞机的重心一般在机身的中轴线附近，如过采用最利于尾坐姿态的发动机前置布局，则尾坐时的重心必然处于很高的位置，而最轻最单薄的后部却要作为起落架接触地面。这种头重脚轻的重量分布对于在停放、起飞和降落中保持稳定的尾坐姿态十分不利。常见的解决方案是使用多功能起落架，如加装翼尖小翼或翼刀来增加支撑区域，但是当无人机搭载外部载荷时，其重心又会发生变化，让维持稳定性变得更加困难。这在轻型无人机上尤为明显，轻型无人机经常可以携带自重三分之一甚至更多的外挂物，外挂物的形状和重量分布也多种多样，要在如此复杂的情况下确保尾坐姿态的安定性无疑是一个难题。