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CN103052564B - 一种为直升飞机补偿转矩的装置和方法以及直升飞机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对由直升飞机（100）的主旋翼（110）所产生的转矩的补偿。根据本发明的用于转矩补偿的装置是为直升飞机设计的，该直升飞机的主旋翼在运行过程中围绕旋转轴线（RH）旋转并因此产生转矩，该转矩作用在直升飞机的机身（120）上并且可能使其进入旋转状态。这种装置包括具有壳体（210）和安装在壳体中的旋翼（220）的横流式风扇（200），其中横流式风扇这样布置在直升飞机的尾梁（130）上，即横流式风扇在运行过程中具有补偿主旋翼的转矩的推动效果（F）。

Description

一种为直升飞机补偿转矩的装置和方法以及直升飞机
技术领域
本发明涉及对由直升飞机的主旋翼所产生的转矩的补偿。
背景技术
在直升飞机中，为了补偿转矩，通常使用尾桨形式的轴流式风扇来补偿由主旋翼产生的转矩。同时，由安装在直升飞机的尾梁上的尾桨产生水平的、也就是说在最大程度上垂直于竖轴的推力，以便对机身围绕竖轴的旋转起到反作用。
这种尾桨大多情况下裸露地布置在梁上，并且因此成为危及例如地面上的人员的安全的因素。为了解决这一问题和裸露的尾桨的其它缺点，在DE102008015073A1中提出了一种装入式的尾桨、一种所谓的涵道式尾桨，利用这种尾桨既能降低安全风险又能减少例如发出噪音和振动，因为翼尖旋转时并不是裸露在外的。
然而缺点是，由于加装外壳，使重量增加并导致制造费用上升。另外，这种尾桨的尺寸相对较小，但其结果是需要更多的能量来补偿转矩。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种在直升飞机中补偿转矩的可替换方案。
在根据本发明的解决方案中，使用不同于常见的轴流式风扇的横流式风扇作为推力发生器，以便补偿转矩。另外，横流式风扇的旋转轴线适宜地平行于直升飞机的机身纵轴线或梁的纵轴线。
根据本发明的用于为直升飞机补偿转矩的装置包括具有壳体和安装在壳体中的转子的横流式风扇，其中该直升飞机具有主旋翼，该主旋翼在运行过程中围绕旋转轴线旋转并因此产生转矩，其中横流式风扇这样布置在直升飞机的梁、特别是尾梁上，即横流式风扇在运行过程中具有补偿主旋翼的转矩的推动效果。
横流式风扇这样布置在梁上，即横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，该方向具有至少一个垂直于主旋翼的旋转轴线的分量。理想地，整个推力方向、也就是说，不只是其一个分量，垂直于主旋翼的旋转轴线定向。
另外，横流式风扇这样布置在梁上，即横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，该方向具有至少一个垂直于该梁的纵轴线的分量。理想地，整个推力方向、也就是说不只是其一个分量，垂直于梁的纵轴线定向。
通过对横流式风扇的这种布置，可以保证由横流式风扇的推力产生的转矩能够最有效地起到与由主旋翼产生的转矩相反的作用。
横流式风扇可以集成在梁中。例如，可以将转子设计为滚筒形并将梁设计为圆柱形，从而可以将转子完全集成在梁中。因此，与开放式或封闭式尾桨相反，可以更好地将推力发生器集成到机身结构中。
另外，梁的相应的部段可以形成横流式风扇的壳体。换而言之，梁的适当的部段也就这样设置，即该部段保证横流式风扇的原本的壳体的功能。原则上，这意味着必须在梁中设置用于安放转子的装置以及用于可由风扇产生的气流或推力的进口和出口。因此，风扇不需要明确的属于自己的或单独的壳体，从而能够节省材料和重量。
此外，梁具有空腔，该空腔由壁限定，该壁形成横流式风扇的壳体。
可替换地，横流式风扇也可以固定在梁的外部。
根据本发明的直升飞机的特征在于，该直升飞机具有上述的根据本发明的装置。
在一种根据本发明的用于在直升飞机中补偿转矩的方法中，利用这种方法补偿在直升飞机的主旋翼的旋转过程中产生的转矩，在直升飞机的梁上、特别是在尾梁上安装横流式风扇，该横流式风扇在运行过程中具有补偿主旋翼的转矩的推力效果。
横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，该方向具有至少一个垂直于主旋翼的旋转轴线的分量。理想地，不只是推力方向的一个分量、而是整个推力都垂直于主旋翼的旋转轴线定向。
另外，横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，该方向具有至少一个垂直于梁的纵轴线的分量。此处同样理想的是，不只是推力方向的一个分量，而是整个推力都垂直于梁的纵轴线定向。
通过根据本发明的横流式风扇的使用方法，除了上述优点之外还可以得出，在斜向气流中可以达到更好的流动性能，例如通过向前飞行达到(关于此，参阅DE4121995C2)。除此之外，通过由系统条件决定的较小的周期性的不连续的、与主旋翼之间的流动-相互作用显著地减少了噪音。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节由下文中描述的实施例以及根据附图得出。
图中示出：
图1示出具有安装在尾梁上的横流式风扇的直升飞机，
图2示出具有集成在尾梁中的横流式风扇的直升飞机。
具体实施方式
图1示出直升飞机100，该直升飞机根据本发明配备有横流式风扇200。直升飞机100具有用于为飞机运行产生升力和/或牵引力的主旋翼110。在运行过程中，也就是说在主旋翼110的旋转过程中，该主旋翼围绕旋转轴线RH旋转并因此如已知地产生转矩。该转矩在不进行相应的补偿的情况下可能会促使直升飞机100的机身120也围绕旋转轴线RH旋转。
根据本发明，转矩补偿不是通过设置在直升飞机100的尾梁130上的尾桨、而是通过横流式风扇200实现。该横流式风扇、例如相对于采用螺旋桨等结构类型的尾桨而言，其特征在于，由风扇产生的气流L被横向于、特别是垂直于风扇200的旋转轴线RQ输送。与之相应地，由气流L引起的推力横向于风扇200的旋转轴线RQ定向。相反地，螺旋桨产生平行于其旋转轴线的气流或轴向的推力。
横流式风扇200基本上包括壳体210和可以在壳体中旋转地安置的滚筒形的、具有多个扇叶230的转子220。壳体如图1中所示，安装在直升飞机100的梁130的后方。
壳体210在相对的两侧上分别具有例如缝隙状的开口240，250。在运行状态中，驱动装置260使转子220进入围绕旋转轴线RQ旋转的状态。另外，通过第一开口240吸入空气，并又通过第二开口250喷出空气，从而最终产生气流L并将推力或力F施加在风扇200上，并从而施加在梁130上，其方向与气流相反。
所以，设置在直升飞机100的尾梁130上的这种横流式风扇200使得可以将力F在通过箭头所示的方向上施加在梁130上，该力导致了作用在直升飞机100的机身120上的相应的转矩，利用该转矩可以补偿由旋转的主旋翼110产生的转矩。
在理想的情况下，横流式风扇200这样设计并安装在尾梁130上，即横流式风扇的旋转轴线RQ垂直于主旋翼110的旋转轴线RH定向，或者所产生的气流L的方向垂直于主旋翼110的旋转轴线RH并垂直于梁130的纵轴线定向。
对于尽可能高效的运行来说十分重要的是，由横流式风扇200产生的力F的方向具有尽可能大的、朝向一个方向的分量，该方向既垂直于梁130的纵轴线又垂直于主旋翼110的旋转轴线RH定向，因为这样一来，用于补偿主旋翼的转矩的相应的转矩可以达到最大。
因为将直升飞机100的梁130基本上设计为空心圆柱体形并不少见，所以横流式风扇200如图2中所示也可以集成在梁130中或集成在梁130中的相应空腔131中。对于空腔131具有与横流式风扇200的转子220的周长相匹配的适当的内部横截面的情况而言，梁130的这个部段132可以形成横流式风扇200的壳体210。所以，风扇200也就不需要明确属于自己的或单独的壳体210，从而能够节省材料和重量。
因此，理想地这样设计直升飞机100的尾梁130，即尾梁具有空腔131，该空腔具有内部横截面和长度，该空腔与横流式风扇200的转子220的外部尺寸相匹配，并且横流式风扇200的转子220可以布置在这个空腔内。梁130的相应的部段132或对空腔131进行限定的、包括两个端壁211，212和一个外周面213的壁则形成了横流式风扇200的壳体210。在图2中以虚线示出转子220以及扇叶230，这是因为这些元件由于端壁212而当然无法看到。相应地，也适用于端壁211。
空腔131的最小内直径例如这样选择，即转子220的扇叶230刚好不会碰触到空腔131的内壁。另外，例如因为温度效应而当然必须考虑一定的公差。
横流式风扇200的转子220的驱动装置260可以是电动机等。同样可以考虑的是，将主旋翼110的驱动装置140也用于运行横流式风扇200，其中，则根据不同的设计可能需要额外的转向传动装置和/或加速-或减速装置(未示出)。
开口240，250当然既不必位于精确相对的位置上，也不必是缝隙状的。壳体210的准确的设计方案和尺寸可以例如借助于模拟求出。
横流式风扇200也可以布置在尾梁130的外部，例如布置在尾梁130的上方或下方。另外，优选的是布置在尾梁130下方的设计方案，因为这样可以使得与主旋翼110之间的相互影响最小化。

Claims (21)

1.一种用于为直升飞机(100)补偿转矩的装置，所述直升飞机具有主旋翼(110)，所述主旋翼在运行过程中围绕旋转轴线(RH)旋转并因此产生转矩，
其特征在于，
所述装置包括具有壳体(210)和安装在所述壳体(210)中的转子(220)的横流式风扇，其中所述横流式风扇(200)这样布置在所述直升飞机(100)的梁(130)上，即所述横流式风扇在运行过程中具有补偿所述主旋翼(110)的转矩的推动效果，其中，所述壳体(210)在相对的两侧上分别具有开口(240，250)，并且其中，在运行状态中，通过第一开口(240)吸入空气，并又通过第二开口(250)喷出空气。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)布置在尾梁上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)这样布置在所述梁(130)上，即所述横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向具有至少一个垂直于所述主旋翼(110)的所述旋转轴线(RH)的分量。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)这样布置在所述梁(130)上，即在运行过程中，推力的方向垂直于所述主旋翼(110)的所述旋转轴线(RH)定向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)这样布置在所述梁(130)上，即所述横流式风扇在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向具有至少一个垂直于所述梁(130)的纵轴线的分量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)这样布置在所述梁(130)上，即在运行过程中，推力的方向垂直于所述梁(130)的所述纵轴线定向。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)集成在所述梁(130)中。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)集成在所述梁(130)中。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述梁(130)的部段(132)形成所述横流式风扇(200)的所述壳体(210)。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述梁(130)的部段(132)形成所述横流式风扇(200)的所述壳体(210)。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述梁(130)具有空腔(131)，所述空腔由壁(211，212，213)限定，所述壁形成所述横流式风扇(200)的所述壳体(210)。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述梁(130)具有空腔(131)，所述空腔由壁(211，212，213)限定，所述壁形成所述横流式风扇(200)的所述壳体(210)。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)在外部固定在所述梁(130)处。
14.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述横流式风扇(200)在外部固定在所述梁(130)处。
15.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的装置的直升飞机(100)。
16.一种用于在直升飞机(100)中补偿转矩的方法，利用这种方法补偿在所述直升飞机(100)的主旋翼(110)的旋转过程中产生的转矩，其中，在所述直升飞机(100)的梁(130)上安装横流式风扇(200)，所述横流式风扇在运行过程中具有补偿所述主旋翼(110)的转矩的推动效果，并且其中，在运行状态中，通过第一开口(240)吸入空气，并又通过与所述第一开口相对的第二开口(250)喷出空气。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述横流式风扇(200)布置在尾梁上。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述横流式风扇(200)在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向具有至少一个垂直于所述主旋翼(110)的旋转轴线(RH)的分量。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述横流式风扇(200)在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向垂直于所述主旋翼(110)的所述旋转轴线(RH)定向。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述横流式风扇(200)在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向具有至少一个垂直于所述梁(130)的纵轴线的分量。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述横流式风扇(200)在运行过程中产生朝向一个方向的推力，所述方向垂直于所述梁(130)的所述纵轴线定向。
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