用于防止涡环状态不利作用的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种用于旋翼飞行器防止涡环状态不利作用的飞行控制系统。在本发明专利技术的飞行控制系统中，在涡环状态开始前，选定的控制输入被传送到旋翼飞行器。在优选实施方案中，所述控制输入是瞬时的，不需要通过飞行员输入，也不影响旋翼飞行器的航线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及旋翼飞行器的飞行控制系统。
技术介绍
目前存在许多不同类型的旋翼飞行器，包括直升机、串置旋翼直升机、斜旋翼机、四旋翼斜旋翼机、斜翼机和尾部起落机。在所有这些旋翼飞行器中，推力和/或升力通过流过由旋转的旋翼叶片形成的旋翼盘的气流产生。流过旋翼飞行器旋翼盘的气流具有三种基本流动状态(1)常规工作状态；(2)螺旋桨转动制动状态(windmill-brake state)；和(3)涡环状态(vortex ring state)。这三种气流状态通常用术语盘旋诱导速度描述，该速度取决于动量原理。动量原理的基本前提是一定的伴流场存在于悬停旋翼的下游远处。然而，旋翼飞行器开始下降时，动量原理的假设开始失效。常规工作状态、螺旋桨转动制动状态和涡环状态分别示意性地示于图1A-1C。参照附图中的图1A，对旋翼飞机的常规工作状态进行示意性说明。常规工作状态中，空气以与诱导速度相同的方向靠近旋翼，即，气流向下流过旋翼盘。在常规工作状态下，存在一定的滑流而且旋翼盘处的气流通常等于或大于诱导速度。常规工作状态可存在于上升速度处于零到无限大的范围内的情况下，其中零速度即盘旋。现在参照附图中的图1B，示意性说明螺旋桨转动制动状态。在螺旋桨转动制动状态中，空气以与诱导速度相反的方向靠近旋翼，即，气流向上穿过旋翼盘。在螺旋桨转动制动状态中，存在一定的滑流；但是，当气流靠近和经过旋翼盘时，与主气流相反的诱导速度会引起气流速度的减小。这可导致滑流扩展到旋翼盘上方。对于低速下降来说，滑流扩张非常大，产生大量回流和紊流。现在参照附图中的图1C，示意性说明涡环状态。涡环状态中，由于大诱导速度，气流也向下；但是，旋翼上方远处的气流朝向上方向。涡环状态下，一定量的滑流被大量循环气流取代。涡环状态可存在于下降速度在零到两倍平均诱导速度范围内的情况下，零速度即盘旋。在高速下降和低水平空速时，低尾流斜角和高旋翼垂直速度致使旋翼重新吸收其尾流。当这种发生时，需要较高的总距以及动力以保持恒定推力。结果，涡环状态有时被称为“动力下降”或“降低动力”。现有的试验数据表明涡环状态局限于与动量原理对于旋翼盘旋诱导速度的预测值成比例的小范围水平空速和垂直速度中。旋翼飞行器遇到涡环状态的最有可能情况是在迅速下降至着陆的过程中，尤其是有意外顺风因素时。在这些限度内操作是很不稳定的而且会导致临时的，有时是灾难性的失控。通常，完全形成涡环状态的先兆包括推力变化、旋翼振颤、大振动、声音轰鸣。
技术实现思路
需要一种用于防止旋翼飞行器的涡环状态的飞行控制系统。因此，本专利技术解决的技术问题是提供一种用于防止旋翼飞行器的涡环状态的飞行控制系统。这些和其它目的是通过提供一种飞行控制系统而实现，由此在涡环状态开始之前，将选定的控制输入传送到旋翼飞行器。在优选实施方案中，所述控制输入是瞬时的，不需要通过飞行员输入，也不会影响旋翼飞行器的飞行航线。本专利技术具有明显优势，包括(1)涡环状态可在不需要飞行员输入的情况下被防止；(2)可选择防止涡环状态的控制输入从而不影响旋翼飞行器的航线；和(3)涡环状态可在不需要飞行员输入的情况下被延迟。其它目的、特征和优点可在以下撰写的说明书中清楚地得出。附图说明作为本专利技术特点的新特征在所附的权利要求中阐明。然而，参照以下详细说明同时结合附图，将更容易理解专利技术本身，以及优选应用方式，及其更多目的和优点，在附图中图1A示意性示出旋翼飞行器常规工作状态的气流状况； 图1B示意性示出旋翼飞行器螺旋桨转动制动状态的气流状况；图1C示意性示出旋翼飞行器涡环状态的气流状况；图2是直升机透视图，该机具有根据本专利技术用于防止涡环状态不利作用的飞行控制系统；图3A是采用飞机模式的斜旋翼机平面图，该机具有根据本专利技术的用于防止涡环状态不利作用的飞行控制系统；图3B是采用直升机模式的另一种斜旋翼机透视图，该机具有根据本专利技术的用于防止涡环状态不利作用的飞行控制系统；图4是采用飞机模式的Quad斜旋翼机透视图，该机具有根据本专利技术的用于防止涡环状态不利作用的飞行控制系统；图5是垂直速度相对于水平空速的曲线图；以及图6是本专利技术操作方法的示意流程图。具体实施例方式本专利技术提出一种防止或延迟任何类型旋翼飞行器的涡环状态的方法。尽管本专利技术可以结合如图3A和3B中所描述的斜旋翼机进行说明，但是应该理解，本专利技术可用于其它类型的旋翼飞行器，例如图2中所描述的直升机、斜翼机和尾部起落机。还应认识到，在此所述的民用和军用斜旋翼机都可以具有两套机翼组件和两套斜旋翼组件，或者可以是具有四组机翼构件和四组斜旋翼组件的“Quad”型斜旋翼机，如图4中所示。此外，应该理解，本专利技术尤其非常适合作为无人驾驶飞行器的旋翼飞行器。参照附图中的图2，说明具有根据本专利技术的用于防止涡环状态的飞行控制系统的直升机11。直升机11具有机身13和主旋翼组件15，包括主旋翼叶片17和主旋转轴18。直升机11具有尾翼旋转组件19，包括尾翼旋转叶片21和尾翼旋转轴20。主旋转叶片17一般围绕主旋转轴18的纵轴线16旋转。尾翼旋转叶片21一般围绕尾翼旋转轴20的纵轴线22旋转。主旋转叶片17和尾翼旋转叶片21由机身13承载的驱动装置25驱动。主旋转叶片17的旋转界定旋翼盘或旋转体31。直升机11的操纵由自动飞行控制系统33控制，该系统33包括或连接于根据本专利技术的适合防止或延迟涡环状态的控制系统35。本专利技术也可用于其它类型的旋翼机。现在参照附图中的图3A和图3B，说明根据本专利技术的斜旋翼机111。如同常规的斜旋翼机，斜旋翼组件113a和113b由机翼115a和115b承载，并分别设置在机翼115a和115b端部116a和116b。斜旋翼组件113a和113b包括承载斜旋翼机111的引擎和传动装置的机舱120a和120b，以及分别在斜旋翼组件113a和113b前端121a和121b上的旋翼毂119a和119b。螺旋桨旋翼叶片117a和117b分别连接于旋翼毂119a和119b。螺旋浆旋翼叶片117a和117b的旋转分别界定旋翼盘或旋转体131a和131b。斜旋翼组件113a和113b介于直升机模式和飞机模式之间相对于机翼组件115a和115b移动或旋转，在直升机模式中，斜旋翼组件113a和113b向上倾斜，使得斜旋翼机111象常规直升机一样飞行，在飞机模式中，斜旋翼组件113a和113b向前倾斜，使得斜旋翼机111象常规螺旋桨驱动飞机一样飞行。如图3A和3B所示，机翼115a和115b与机身114连接。在图3A中，斜旋翼机111被描述为民用型斜旋翼机，并示出处于飞机模式下；在图3B中，斜旋翼机111被描述成军用型斜旋翼机，并示出处于直升机模式下。斜旋翼机111的操纵由自动飞行控制系统133控制，该系统133包括或连接于根据本专利技术适合于防止或延迟涡环状态的控制系统135。现在参照附图的图4，说明根据本专利技术的Quad斜旋翼机211。与图3A和3B的斜旋翼机相同，斜旋翼组件213a、213b、213c和213d由机翼215a、215b、215c和215d分别承载。斜旋翼组件213a、213b、213c和213d包括承载Quad斜旋翼机211的引擎和传动装置的引擎舱220a、220b、220c和220d，以及分别在斜旋翼组件213a、213b、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止具有旋翼盘的旋翼飞行器进入持续涡环状态的方法，其包括以下步骤：定义选定的飞行方式，其表示所述旋翼飞行器可能会处于持续涡环状态，选定的飞行方式由选定的向前空速和选定的相对于旋翼盘的下降速率组成；并且在所述旋翼飞行器处于 选定的飞行方式中时，连续干扰所述旋翼盘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德L基索尔，
申请(专利权)人：贝尔直升机泰克斯特龙公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]