直升机气动设计技术专利布局分析

徐京海，刘传准，鲁 峰

(1.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001；2.北京航信知识产权咨询有限责任公司，北京 100101;3.陆航驻景德镇地区军代室，江西 景德镇 333000)

直升机气动设计技术专利布局分析

徐京海1，刘传准2，鲁 峰3

(1.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001；2.北京航信知识产权咨询有限责任公司，北京 100101;3.陆航驻景德镇地区军代室，江西 景德镇 333000)

对直升机设计技术中有关气动设计技术的专利数据进行数理统计并分析，意图勾勒出相关技术发展的脉络，为企业知识产权保驾护航。文章通过历年专利申请分布分析以及专利权人分析等宏观数理统计的方法，判断直升机气动设计技术的发展状态、专利申请的整体状况以及国内外重要竞争对手的专利技术布局情况，并根据重要竞争对手在国内外的专利布局情况了解相关技术的发展态势，为企业自主知识产权布局提供参考意见。

直升机；气动设计；知识产权

0 引言

按用途划分，直升机可以分成军用直升机和民用直升机。预计到2020年，世界直升机市场总产值将达到300亿美元[1]。据《航空周刊》对世界航空航天工业2015-2019年的预测，在此期间民用直升机总产量将达4494架，总价值达262亿美元。其中，阿古斯特-维斯特兰公司产值占比达到40.4%，产值高达110亿美元，几乎等于贝尔和空客两家公司的产值的总和；但在数量上，排名第一与第二的贝尔公司和空客公司的产量总和可达2700余架，占市场份额的60%以上。

目前，中国航空工业集团正积极构建以天津、哈尔滨、景德镇、保定四地优势互补、协调发展的全新直升机产业格局[2]。与世界发达国家相比，直升机所在一些关键技术上还存在差距。在直升机总体布局、优化设计、气动性能、可靠性、舒适性等方面有待进一步提高，直升机气动设计技术、旋翼设计技术、航电设计、操纵飞控设计技术以及电气设计技术等五大设计技术，是直升机研发过程中的关键技术，在直升机领域专利申请中也占有非常高的比值。我国在这些技术领域的专利申请起步晚，布局薄弱。同时期，国外竞争对手已经在国内市场展开了广泛的专利布局，需要引起高度重视。

随着现代科技的飞速发展、现代企业生产规模的不断扩大以及竞争的日益加剧，企业拥有的专利数量越来越多，专利在企业运营中所占的比重日益提高，成为了企业搜集情报的主要途径之一[3]。中国直升机设计研究所的直升机市场份额占有量正不断增大，为了企业的长远利益和发展，有必要运用知识产权制度保持企业的技术优势并在市场竞争中谋求最大经济利益。本文就直升机关键技术中的气动设计技术进行专利分析，从而勾勒出相关技术发展的脉络，为企业自主知识产权布局提供参考意见。下面就直升机气动设计技术宏观数理统计分析进行详细论述。

1 历年专利申请分布分析

通过对直升机关键技术中的气动设计技术在全球的专利申请进行数据分析，了解气动设计技术的发展趋势及其在中国的专利布局状况。直升机气动设计技术主要包括空气动力学气动设计技术、气动载荷技术以及气动试验技术，本文利用德温特专利数据库，经过迭代检索，共检索到专利申请863项。

图1给出了相关技术的历年专利申请分布趋势，该图清晰地反映出了该领域专利申请量自1993年以来随时间变化的趋势。可以看出，全球范围内，直升机气动设计技术的快速发展期是在21世纪之后。其中，在2005年前后略有降低，之后在2006-2012年，相关专利申请进入了黄金时期，专利申请开始急剧增长，世界范围内的专利权人开展了广泛的专利布局。这一时期，欧直(包括欧直法国、欧直德国，现已经并入空客直升机)、贝尔、波音、空客直升机、联合技术等国外大型直升机公司展开了广泛的专利布局，涉及布局的国家或地区主要集中在美国、加拿大、中国、日本以及德法等欧洲发达国家。特别是贝尔、欧直等在中国开展专利布局，意图制约我国直升机设计技术的发展，占领中国市场。下面以贝尔直升机在空气动力学方面在中国布局的专利CN101541634B为例进行详细分析。

CN101541634B提供了一种高性能低噪音直升机桨叶的空气动力学设计，主要改进点在于具有后部弧面横截面的旋翼桨叶。图2为直升机旋翼桨叶的示范性横截面300的示意图。其中，弦线350和中弧线360之间的差从桨叶前缘310起增大到桨叶后缘320和弦线350的中点370之间的最大值380，然后减小到桨叶后缘320，以生成后部弧面。所述后部弧面为桨叶的一体部分。在本发明的另一实施例中，所述后部弧面通过连接于所述桨叶的后缘襟翼延伸部来生成。所述桨叶后缘襟翼延伸部优选地连接于所述桨叶，以使所述桨叶后缘襟翼延伸部向下弯曲。此设计的优点在于，所述后部弧面产生更高升力，具有更小阻力，并延迟高马赫数下的失速。

该专利作为贝尔的核心专利，包含了39条权利要求，且通过多达18条的独立权利要求对其技术方案(不同实施例)进行保护。其独立权利要求1所对应的实施例如图2所示。另一方面，该专利还具有包括美国、加拿大、中国等的25篇INPADOC同族专利，在一定程度上也反映了该技术的核心性。

由此可见，贝尔直升机在空气动力学方面具有丰富的力学理论知识和较强的科研能力，促使其布局了具有重要战略意义的核心专利。其它公司如波音、欧直等同样在世界范围内布局有相应的若干气动布局方面的核心专利。在国外大型直升机公司对空气动力学方面进行广泛布局的同时，国内也先后展开了一系列应对措施。我国早期(2005-2010年期间)申请主体专利意识薄弱，专利申请以北航、南航等高校单位为主，面对强大的国外专利权人显得单薄了些；后期随着我国专利制度的不断完善及国内专利权人专利市场意识的增强，以直升机所等国有大型企业为主，开展了广泛的专利布局。

中航工业直升机所的专利布局主要涉及气动面降噪、保护等方面，例如具有导热性的耐磨蚀保护带、直升机降噪隔音面板等专利。具有导热性的耐磨蚀保护带专利适用于相对速度较高的气动表面，它有利于在气动表面上铺贴，能同时满足气动表面防沙石磨蚀和快速传递热量的需求。直升机降噪隔音面板专利主要针对现有降噪结构设计中对降低中高频噪声手段的急需，研制的降噪隔音面板结构外形美观，防油、防水、耐腐蚀，在63Hz～4000Hz的测试频率范围内，平均法向入射传声损失不低于20dB。

可以看出，直升机所的气动设计方面的专利布局较为外围化。类似降噪、保护措施等方面的专利在多个技术领域具有普适性。在核心的空气动力学方面，直升机所布局的专利数量较少，仅检索到一篇通过改进粒子群算法得到气动布局参数的一个可行区域的专利，在这个区域内选择和修改的气动布局参数组合，使得所得飞行性能不低于目标。直升机所应重视国内外气动设计方面的核心专利，借鉴相关技术，为科研生产保驾护航。图1中2015年-1016年专利申请量较少，这与专利申请的公开具有滞后性有关。

2 专利分类分析

表1描述了直升机气动设计技术的三个子技术在全球及在中国的专利申请量，一定程度上反映出了技术发展的态势。从全球或中国的专利申请量来看，气动试验涉及的专利申请较少，而涉及空气动力学方面的气动设计(特指翼型设计、旋翼气动布局、尾桨气动布局、气动流场、气动噪声等设计方面)以及气动载荷(特指桨叶或桨毂载荷计算、气动面载荷、系留载荷计算等方面)涉及的专利申请较多，技术上的可布局专利点较多。从中国的专利申请纵向比较来看，虽然仍是气动设计及气动载荷占比大，但与全球范围内的专利申请进行横向比较可见，中国在气动试验方面(例如风洞试验、气动噪声试验等)开展了广泛的专利布局，一定程度上表明了国内专利申请对气动试验的重视程度。下面以气动试验为例，阐述国内外专利布局方向。

表1 相关子技术专利申请分布表

在气动试验方面，直升机所申请了若干相关专利，主要涉及风洞试验、旋翼台架试验等。例如，公开号为CN204495536U的专利中涉及一种风洞试验模型的天平连接机构，公开号为CN202522397U的专利涉及一种可以调整旋翼模型试验台固有频率的装置等。反观国外在气动试验方面的专利，则主要布局在试验方法及使试验更加准确的辅助型结构方面，例如波音申请的公开号为US8972310B2的专利，是一种用于确定结构的变形的方法，公开号为US5866813A的美国专利提供了可移动的三维校准风洞系统等。

通过上述国内外专利分析可以看出，在气动试验技术领域，国内专利申请更加偏向于试验加载装置，国外专利申请更加倾向于通过增加试验道具等方式来得到预期的试验效果。

3 专利权人分析

表2给出了相关技术的三个子技术(空气动力学/气动设计、气动载荷、气动试验)的重要专利权人在全球及在中国的专利布局情况。由表可见，贝尔直升机、欧直(现已经并入空客直升机)等不仅在全球其他国家和地区布局了众多专利，还相应地在中国进行了专利布局。

贝尔直升机以翼型设计(桨叶、翼型的空气动力学领域)在中国布局专利，如公开号CN103661937B提到的翼型构件专利，公开号CN101541634B提到的旋翼桨叶专利等。欧直在中国布局的专利主要为转子叶片材料、整机构型、气动噪声优化等方面，如公开号CN101801785A提到的混合式直升机专利，公开号CN102452477B提到的纤维加固复合设计的转子叶片专利等。直升机所的相关技术专利布局也涉及到了翼型设计，如公开号CN104657529A提到的从飞行性能角度进行直升机气动布局参数设计的方法的专利。除此之外，直升机所的专利还涉及相关参数设计等方面，2016年的专利申请中还包括动力舱通风方面的专利，如直升机用冷凝器散热风道。

国内外专利权人在气动设计领域布局的专利主要在翼型设计及参数选择上，而在进气道流场分析、气动噪声分析、全机干扰流场分析、动力舱通风等方面均较为薄弱。北航、南航就此申请了少量专利。直升机所可以适当考虑加大该技术领域的专利布局，以形成核心专利，进而围绕该核心专利逐步布局外围专利，以形成完整的专利体系。

4 结论

近年来，中国直升机设计研究所在各种型号直升机产品上市之前都布局了大量专利，如气动噪声、防除冰设计等，即便如此，仍会面对来自行业内竞争对手的巨大威胁。在国外竞争对手广泛布局专利的前提下，如果只盯紧科研项目去进行技术挖掘，技术面往往会越来越窄。鉴于上述专利分析，在气动设计技术领域，空气动力学中的全机干扰流场优化、气动载荷设计优化等方面应尽快展开专利布局。现阶段，中国直升机设计研究所在研发工作中应借鉴已有专利技术文献，大力优化自身专利管理，提升专利申请的质量，规划专利布局，提升专利核心竞争力。

[1] 李汉清，等. 直升机制造产业及其技术发展现状分析[J].情报探索，2013(03):58-62.

[2] 凌庄怀.中航直升机公司民用直升机发展的策略思考[D].厦门：厦门大学，2014.

[3] 马天旗，等.专利分析--方法、图表解读与情报挖掘[M]. 北京：知识产权出版社，2015.

PatentAnalysisonPneumaticDesignTechnologyofHelicopter

XU Jinghai1, LIU Chuanzhun2，LU Feng3

(1.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China；2.Beijing HangXin Intellectual Property Advisory CO.LTD , Beijing 100101, China；3.Army Aviation Department of the PLA General Staff Military Representative Office in Jingdezhen Rejion, Jingdezhen 333000,China)

The search analysis based on the helicopter design technology on the aerodynamic design technology patent data for mathematical statistics and analysis, intended to outline the relevant technology development context, for enterprise intellectual property escort. This paper analyzed the development status of helicopter aerodynamic design technology, the overall situation of patent application and the layout of the patented technology of important competitors both at home and abroad through the analysis of the distribution of patent applications over the years, as well as the analysis of patent managers' macro mathematical statistics, and according to the important competition opponents at home and abroad the layout of the patent to understand the development trend of related technologies，for the independent intellectual property rights of enterprises to provide reference for the layout。

helicopter; aerodynamics; intellectual property

2017-03-08

徐京海(1965-)，男，江苏滨海人，本科，高级经济师，专利代理人，主要研究方向：知识产权管理。

1673-1220(2017)04-069-04

G306；V211.52

A