雙發渦輪軸動力無人直升機的製作方法

2023-05-12 02:43:51 3

本發明涉及一種無人直升機，具體涉及一種雙發渦輪軸動力無人直升機。

背景技術：

無人直升機是指由無線電遙控飛行或自主控制飛行的無人駕駛、不載人的垂直起落旋翼飛行器。它依靠電動機或活塞式發動機驅動旋翼產生升力和操縱力，能垂直起落、空中懸停，能向任何一個方向靈活飛行。

無人直升機無論在現代戰爭還是經濟建設、日常生活中都具有獨特作用。以民用為例，無人直升機具有成本相對較低、無人員傷亡風險、生存能力強、機動性能好、使用方便等優勢，廣泛應用於包括：航空拍攝、航空攝影、地質地貌測繪、森林防火、地震調查、邊境巡邏、應急救災、禁毒、反恐、警用偵查巡邏、治安監控、消防航拍偵查、通信中繼、城市規劃等多個領域。近年來，無人機在民用市場的潛在需求也將逐步顯現，我國民用無人機將進入快速發展期。

現有無人直升機主要依靠電動機或活塞式發動機驅動，但是隨著用戶對無人機平臺的載荷重量、續航時間等指標的需求不斷增加，原有的動力來源已不能滿足無人機對輸出功率、機身重量等多方面的需求：如果增大電動機的功率，同時會導致機載電池的體積和重量也大大增加，嚴重降低了無人機的有效載荷；活塞式發動機功率提高後，發動機和配套冷卻系統體積和重量也都會大大增加，發動機振動也會更加劇烈。另外，發動機失效通常會造成單一發動機的無人機直接墜毀，除了無人機自身的損毀，也會威脅到地面人員與財產的安全。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種既節省機艙內部空間，又能增大有效載荷質量，還能保障無人機、地面人員和地面設施安全的雙發渦輪軸動力無人直升機。

本發明的目的是下述技術方案來實現的：

一種雙發渦輪軸動力無人直升機，包括機身、主旋翼和為主旋翼提供動力的動力系統，所述動力系統為雙發渦輪軸動力系統，該雙發渦輪軸動力系統包括主減速器、兩組渦輪軸發動機系統和與兩組渦輪軸發動機系統分別電性連接的控制器，所述主減速器的動力輸入端為兩個且分別與兩組渦輪軸發動機系統連接，所述動力輸出端與主旋翼連接。

進一步的，所述主減速器包括殼體和與殼體相匹配的上蓋，所述殼體內設有兩套傘齒輪傳動副，且每套傘齒輪傳動副的動力輸入軸與動力輸出軸分別連接渦輪軸發動機系統與主旋翼。

進一步的，所述每套傘齒輪傳動副均包括套設在輸出軸上的螺旋傘齒輪一、與螺旋傘齒輪一嚙合傳動的螺旋傘齒輪二，與螺旋傘齒輪二同軸傳動的螺旋傘齒輪三，與螺旋傘齒輪三嚙合傳動的螺旋傘齒輪四；所述螺旋傘齒輪四套設在動力輸入軸的一端，動力輸入軸的另一端伸出主減速器的殼體與渦輪軸發動機系統連接。

進一步的，所述殼體為上端敞口的長方體形，在殼體上開設有第一孔位、第二孔位和第三孔位；所述第一孔位設置在殼體的底部，所述動力輸出軸從第一孔位穿出與主旋翼連接；所述第二孔位設置在殼體的兩側，且在該第二孔位上設有側壁端蓋，側壁端蓋的設置是為了方便安裝和維護；所述第三孔位設置在靠近渦輪軸發動機系統的一側，所述動力輸出軸從第三孔位穿出與與渦輪軸發動機系統連接；所述上蓋上開設有動力輸出軸穿出的第四孔位和用於滑油注入的注油口。

進一步的，所述兩組渦輪軸發動機系統設置於機身軸線的兩側，且平行於機身軸線對稱設置。

進一步的，所述每組渦輪軸發動機系統均包括依次連接的渦輪軸發動機、柔性聯軸器和超越單向離合器，且每組渦輪軸發動機系統中的渦輪軸發動機均與控制器電性連接。

進一步的，所述柔性聯軸器的輸入端連接在渦輪軸發動機的輸出軸上；柔性聯軸器的輸出端與超越單向離合器的外圈配合連接；所述每套傘齒輪傳動副的動力輸入軸均與其對應的超越單向離合器的內圈配合連接。

進一步的，所述柔性聯軸器的輸出端與超越單向離合器的外圈間的連接為鍵連接、法蘭盤連接或銷軸連接；所述每套傘齒輪傳動副的動力輸入軸均與其對應的超越單向離合器的內圈鍵連接。

進一步的，所述兩個渦輪軸發動機的排氣口分別朝向兩側，且排氣方向均背離機身軸線設置。

進一步的，所述機身上在對應排氣口的位置開有排氣出口。

超越單向離合器的簡述：

超越離合器俗稱單向軸承，也是僅能單一方向(順時針方向或逆時針方向)傳動的機械傳動基礎件。當動力源驅動被動元件時只能單一方向傳動，當動力源轉變方向時(如順時針變為逆時針方向)，被動元件則會自動脫離不產生任何動力傳動的功能。

超越單向離合器的運動方式：

(1)轉矩傳遞或稱接合(楔合)；

(2)空轉或稱超越(解脫)。

超越單向離合器的功能：

當超越單向離合器的動力輸出部分(內環或外環)轉速比動力源(外環或內環)還快時，離合器處於解脫狀態，內外環沒有任何連動關係，這就是單向離合器的單向超越功能。

本發明的有益效果在於：

(1)本發明中的動力系統為雙發渦輪軸動力系統，該雙發渦輪軸動力系統包括主減速器、兩組渦輪軸發動機系統和控制所述兩組渦輪軸發動機系統工作或停止工作的控制器，所述主減速器的動力輸入端與動力輸出端分別連接兩組渦輪軸發動機系統與主旋翼；本發明採用的是雙發動力源，並且使用超越單向離合器解決了動力輸出部分與動力源部分不同步的問題；使用單向離合器的雙發動力源，兩組渦輪軸發動機系統機互為備份，在空中作業時，兩臺渦輪軸發動機同時工作，如果其中一臺渦輪軸發動機出現故障或停止工作，另一臺渦輪軸發動機可繼續工作，並安全降落，這樣就不會出現因為發動機失效造成無人直升機直接墜毀的情況，可以保證無人直升機安全受控降落，保障了無人直升機與地面人員和設施的安全，避免造成經濟損失；

(2)本發明中使用兩臺渦輪軸發動機可以滿足大中型無人直升機對主旋翼軸功率的需求，渦輪軸發動機功率質量比更大，既節省機艙內部空間，又能增大有效載荷質量；

(3)由於本發明中的主減速器多處採用了軸—齒輪一體化設計，不僅提高了主減速器可靠性，同時還減輕了主減速器的重量；

(4)在本發明中採用柔性聯軸器連接渦輪軸發動機和超越單向離合器可以補償徑向、角向和軸向偏差，增加系統的穩定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例的結構示意圖；

圖2是本發明實施例中主減速器安裝完成後的結構示意圖；

圖3是本發明實施例主減速器中兩套傘齒輪副的結構示意圖；

圖4是本發明實施例主減速器中殼體的結構示意圖；

圖5是本發明實施例中主減速器的安裝示意圖；

圖6是本發明實施例中渦輪軸發動機系統的安裝示意圖。

圖中1-機身；2-主旋翼；3-渦輪軸發動機系統；4-渦輪軸發動機；5-柔性聯軸器；6-超越單向離合器；7-排氣口；8-主減速器；9-殼體；10-第一孔位、11-第二孔位；12-第三孔位；13-側壁端蓋；14-上蓋；15-傘齒輪傳動副；16-動力輸入軸；17-動力輸出軸；18-螺旋傘齒輪一；19-螺旋傘齒輪二；20-螺旋傘齒輪三；21-螺旋傘齒輪四；22-齒輪固定座；23-齒輪固定夾；24-油封一、25-油封二、26-油封三；27-滑油孔；28-深溝球軸承一；29-深溝球軸承二；30-深溝球軸承三；31-角接觸球軸承；32-深溝球軸承四；33-深溝球軸承五；34-側邊齒輪固定套；35-齒輪支撐套；36-軸承隔套1；37-軸承座；38-堵塞；39-注油口。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬於本發明所保護的範圍。

如圖1-圖6所示：

一種雙發渦輪軸動力無人直升機，包括機身1、主旋翼2和為主旋翼2提供動力的動力系統，所述動力系統為雙發渦輪軸動力系統，該雙發渦輪軸動力系統包括主減速器8、兩組渦輪軸發動機系統3和與兩組渦輪軸發動機系統3分別電性連接的控制器，所述主減速器8的動力輸入端為兩個且分別與兩組渦輪軸發動機系統3連接，所述動力輸出端與主旋翼2連接。

主減速器8：

包括殼體9和與殼體9相匹配的上蓋14，所述殼體9內設有兩套傘齒輪傳動副15，且每套傘齒輪傳動副15的動力輸入軸16與動力輸出軸17分別連接渦輪軸發動機系統3與主旋翼2。所述每套傘齒輪傳動副15均包括套設在輸出軸上的螺旋傘齒輪一18、與螺旋傘齒輪一18嚙合傳動的螺旋傘齒輪二19，與螺旋傘齒輪二19同軸傳動的螺旋傘齒輪三20，與螺旋傘齒輪三20嚙合傳動的螺旋傘齒輪四21；所述螺旋傘齒輪四21套設在動力輸入軸16的一端，動力輸入軸16的另一端伸出主減速器8的殼體9與渦輪軸發動機系統3連接。

所述殼體9為上端敞口的長方體形，在殼體9上開設有第一孔位10、第二孔位11和第三孔位12；所述第一孔位10設置在殼體9底部的中心，所述動力輸出軸17從第一孔位10穿出與主旋翼2連接，在第一孔位10的兩側均設有螺旋傘齒輪二19的齒輪固定座22，在齒輪固定座22上設有與其相匹配的齒輪固定夾23；所述第二孔位11設置在殼體9的兩側，且在該第二孔位11上設有側壁端蓋13，側壁端蓋13的設置是為了方便安裝和維護，也是作為螺旋傘齒輪二19與同軸傳動的螺旋傘齒輪三20的軸承座使用；所述第三孔位12設置在靠近渦輪軸發動機系統3的一側，所述動力輸出軸17從第三孔位12穿出與與渦輪軸發動機系統3連接；所述上蓋14上開設有動力輸出軸17穿出的第四孔位和用於滑油注入的注油口39。

所述殼體9在第三孔位12的下側開設有滑油孔27，所述動力輸入軸16上設有與其相匹配的軸承座37，在軸承座37的下部設置有滑油道，且軸承座37的內孔(即滑油道入口)和殼體9的滑油孔27連通；為了防止滑油的洩露，在第二孔位11和第三孔位12的安裝端面分別設有密封圈一和密封圈二；在軸承座37和動力輸入軸16間採用油封一24密封，在殼體9與動力輸出軸17間採用油封二25密封；在動力輸出軸17與主減速器8的上蓋14間採用油封三26密封。

本發明中的主減速器8由於多處採用了軸—齒輪一體化設計，不僅提高了主減速器8可靠性，同時還減輕了主減速器8的重量。

渦輪軸發動機系統3：

所述兩組渦輪軸發動機系統3設置於機身1軸線的兩側，且平行於機身1軸線對稱設置。每組渦輪軸發動機系統3均包括依次連接的渦輪軸發動機4、柔性聯軸器5和超越單向離合器6，且每組渦輪軸發動機系統3中的渦輪軸發動機4均與控制器電性連接；柔性聯軸器5的輸入端連接在渦輪軸發動機4的輸出軸上；柔性聯軸器5的輸出端與超越單向離合器6的外圈配合連接；所述每套傘齒輪傳動副15的動力輸入軸均與其對應的超越單向離合器6的內圈配合連接。

在本實施例中，所述所述柔性聯軸器5的輸出端與超越單向離合器6的外圈間的連接為鍵連接，當然還可以為法蘭盤連接或銷軸連接；所述每套傘齒輪傳動副15的動力輸入軸16均與其對應的超越單向離合器6的內圈鍵連接。

所述兩個渦輪軸發動機4的排氣口7分別朝向兩側，且排氣方向均背離機身1軸線設置。所述機身1上在對應排氣口7的位置開有排氣出口。

本發明中使用兩臺渦輪軸發動機4可以滿足大中型無人直升機對主旋翼軸功率的需求，渦輪軸發動機4功率質量比更大，既節省機艙內部空間，又能增大有效載荷質量。而且採用柔性聯軸器5連接渦輪軸發動機4和超越單向離合器6可以補償徑向、角向和軸向偏差，增加系統的穩定性。

本發明中的動力系統為雙發渦輪軸動力系統，該雙發渦輪軸動力系統包括主減速器8、兩組渦輪軸發動機系統3和控制所述兩組渦輪軸發動機系統3工作或停止工作的控制器，所述主減速器8的動力輸入端與動力輸出端分別連接兩組渦輪軸發動機系統3與主旋翼2；本發明採用的是雙發動力源，並且使用超越單向離合器6解決了動力輸出部分與動力源部分不同步的問題；使用單向離合器的雙發動力源，兩組渦輪軸發動機系統3機互為備份，在空中作業時，兩臺渦輪軸發動機4同時工作，如果其中一臺渦輪軸發動機4出現故障或停止工作，另一臺渦輪軸發動機4可繼續工作並安全降落，這樣就不會出現因為發動機失效造成無人直升機直接墜毀的情況，可以保證無人直升機安全受控降落，保障了無人直升機與地面人員和設施的安全，避免造成經濟損失。

在本實施例中，主減速器8和渦輪軸發動機系統3的安裝步驟如下：

1、主減速器8的安裝步驟如下：

(1)在主減速器8殼體9的第一孔位10上安裝深溝球軸承一28；將主減速器8的動力輸出軸17安裝到位；

(2)將螺旋傘齒輪一18穿過動力輸出軸17，使用鍵連接安裝到位；

(3)將深溝球軸承二29、螺旋傘齒輪三20、側邊齒輪固定套34依次安裝在螺旋傘齒輪二19所在的傳動軸上，且安裝到位；

(4)分別將安裝好的傳動軸安裝在主減速器8的殼體9內的螺旋傘齒輪二19的齒輪固定座22上；

(5)繼續安裝主減速器8殼體9的兩側的側壁端蓋13，且所述側壁端蓋13內有深溝球軸承三30；分別將安裝好的側壁端蓋13和深溝球軸承三30穿過主減速器8殼體9的第二孔位11，使所述深溝球軸承三30緊密的安裝在所述螺旋傘齒輪二19的軸上，並使螺旋傘齒輪一18和螺旋傘齒輪二19充分嚙合，

(6)將齒輪固定夾23安裝在齒輪固定座22上，使用螺釘固定，為防止滑油洩露需使用密封圈一對第二孔位11的安裝端面進行密封，確認各個連接位置合適之後，再將所述側壁端蓋13使用螺釘固定在主減速器8的殼體9上；

(7)將角接觸球軸承31、軸承隔套36、深溝球軸承四32依次安裝在所述螺旋傘齒輪四21的動力輸入軸16上，且安裝到位；

(8)將主減速器8前端的軸承座37安裝在螺旋傘齒輪四21的動力輸入軸16上，且動力輸入軸16與所述減速器8前端的軸承座37緊密配合；

(9)調整減速器8前端的軸承座37的內孔(即滑油道入口)和主減速器8殼體9前端的滑油孔27連通；

(10)將安裝好的螺旋傘齒輪四18穿過減速器8殼體9的第三孔位12，使螺旋傘齒輪三20和螺旋傘齒輪四21充分嚙合，為防止滑油洩露需使用密封圈二對第三孔位12的安裝端面進行密封，確認各個連接位置合適之後，再將主減速器8前端的軸承座37使用螺釘固定在所述主減速器8的殼體9上；

(11)為防止滑油洩露，在軸承座37的最外側安裝有油封二25；在軸承座37的下端安裝有堵塞38，堵塞38需加密封圈；

(12)為防止滑油洩露在主減速器8的殼體9的下部安裝有油封一24；

(13)主減速器8上蓋14的中心處設有用於安裝深溝球軸承五33的凹槽，深溝球軸承五33安裝在凹槽內，且在深溝球軸承五33與螺旋傘齒輪一18之間設置了支撐深溝球軸承五33與螺旋傘齒輪一18的齒輪支撐套35；動力輸出軸17向上穿出主減速器8的上蓋14，並採用油封三26密封動力輸出軸17與主減速器8上蓋14的連接處。

(14)將主減速器8的上蓋14與殼體9使用螺釘連接，完成主減速器8的安裝。

2、渦輪軸發動機系統3的安裝步驟如下：

(1)將超越單向離合器6的內圈與動力輸入軸16鍵連接；

(2)將柔性聯軸器5的輸出端與超越單向離合器6的外圈配合連接，根據超越離合器的不同型號，連接的方式有鍵連接、法蘭盤連接及銷軸連接；

(3)將柔性聯軸器5的輸入端與渦輪軸發動機4的輸出端連接，並用螺釘緊固好；

(4)按照上述步驟(1)、(2)和(3)的安裝方式，將並列一側的渦輪軸發動機系統3安裝好，並使其兩個渦輪軸發動機4的排氣口7分別朝向兩側。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。