一種變距旋翼動力系統模塊的製作方法

2023-12-03 16:48:46 2

本發明涉及飛行器的變距旋翼動力系統，屬於航空產品技術領域。

背景技術：

旋翼系統是現代直升機及多旋翼飛行器的重要組成部分。定距旋翼系統和變距旋翼系統是目前小型飛行器最主要的兩種旋翼系統，定距旋翼是通過改變旋翼轉速來改變旋翼拉力的，而變距槳則是通過改變旋翼槳距來完成。隨著現代飛行器對旋翼動力系統的要求提高，變距旋翼動力系統越來越得到飛行器設計人員的青睞，這主要歸結為兩方面原因：1隨著槳葉尺寸的增加，旋翼慣性增大，定距槳的轉速變化範圍有限；2變距旋翼動力系統通過改變槳距具有更高的動力響應速度。但是，相比於定距旋翼系統，變距旋翼系統增加了變距機構，其結構也相對複雜，這不僅提高了其系統本身結構設計的難度，也對整機結構設計提出了更高的要求。本發明涉及一種變距旋翼系統動力模塊，該動力模塊集成了燃油發動機及其動力總成、啟動器、散熱風扇和旋翼變距機構，簡化了油動變距旋翼系統的結構布局，使變距多旋翼動力部分獨立於整體飛行器機架結構，在不改變系統傳動方式和內部部件相對位置的情況下，適用多種飛行器機體結構，包括多旋翼、傾轉旋翼飛行器等。

技術實現要素：

本發明涉及一種變距旋翼動力系統模塊，該旋翼動力系統模塊結構緊湊，能夠驅動旋翼並實現變距控制，通過對油門和槳距的混合控制，達到指定的升力要求，提高了動力系統的升力響應速度。

本發明提供了一種變距旋翼動力系統模塊，包括變距旋翼動力總成(1)、變距控制機構(2)和變距旋翼(3)。

所述變距旋翼動力總成(1)，包括機架(4)，安裝於機架(4)上的發動機(11)、離合器(12)、聯軸器(13)、減速器(14)，散熱風扇(15)和啟動器(16)。所述散熱風扇(15)、啟動器(16)、離合器(12)、聯軸器(13)和減速器(14)的輸入端均與發動機(11)同軸。該動力總成集成了啟動器、散熱、驅動和變距的功能，適配多種變距旋翼(三葉旋翼、四葉旋翼等)。發動機(11)動力輸出依次經由離合器(12)，聯軸器(13)和減速器(14)傳遞到變距旋翼(3)，為飛行器提供升力；離合器(12)保證發動機離車啟動，合車運轉。減速器(14)可有效提高動力總成的輸出扭矩，以適應變距旋翼(3)的額定工作狀態。散熱風扇(15)能夠實現冷卻發動機(11)的功能。啟動器(16)為發動機啟動提供動力。

所述機架(4)包括端板、垂直於端板(41)平面的兩個側板(42)，以及兩側板之間的多個設備支架(發動機支架(43)，減速器支架(44)，散熱風扇支架(45)和啟動器支架(46))，所述的設備支架用於固定所述發動機(11)、減速器(14)、散熱風扇(15)和啟動器(16)。其中，發動機支架(43)和啟動器支架(46)平面均同時垂直於端板(41)和側板(42)平面。該機架(4)中各部件均為板杆結構形式，適用於碳纖維複合材料成型工藝，加工與製造成本低，同時結構各部件便於拆裝，與飛行器機體結構的連接接口適用於多種飛行器布局。

所述變距控制機構(2)，包括變距控制舵機(21)，變距搖臂(22)，定盤(23)和動盤(24)。該變距機構與傳統直升機變距機構的區別在於其保留了總距變距機構，省去了周期距變距機構，結構簡單緊湊，可靠性增強。舵機(21)為變距機構提供驅動力，變距搖臂(22)驅動定盤(23)和動盤(24)沿發動機輸出軸方向運動，同時定盤(23)與動盤(24)產生沿減速器輸出軸的相對旋轉，實現旋翼變距與旋轉功能。該變距控制機構(2)所有作動機構和驅動部件均安裝在模塊內部，與飛行器機體結構之間不存在機械接口。

所述變距旋翼(3)，包括旋翼葉片(31)和槳轂(32)。該變距旋翼與傳統直升機旋翼相同，三葉槳、四葉槳和多葉槳均適用。

本發明的技術特點是：

1.本發明動力總成的設計方案較緊湊，所有傳動設備(散熱風扇、啟動器、聯軸器、離合器、減速器輸入端)均與發動機軸同軸，採用的撓性聯軸器可有效隔振，且傳動效率高。而目前已應用的或發明專利([CN201510352516]，[CN201510834969]，[CN201510708147)，[CN201410790940])中描述的多旋翼動力系統均是依靠皮帶或錐齒輪傳動的，這種方式的傳動效率會損失，對應的支撐結構也複雜，且發動機支架位於飛行器機體內部，旋翼系統的設計改動會影響到整機的結構設計，可擴展性不高；

2.本發明結構設計採用抽屜式結構，側板與端板圍成半封閉結構，傳動設備支架均可以側板為基礎，安裝在兩側板之間，這種結構形式有利於傳動設備的擴展與減少，且可直接將支架設備載荷傳遞到端板上，傳力路徑相對直接，結構承載效率高。

本發明的技術效果是：

1.通過上述旋翼動力總成各部件進行同軸傳動設計和對傳動機架進行特殊的結構設計，使得變距多旋翼的動力部分獨立於機架結構，形成獨立的系統模塊，在不改變系統傳動方式和內部部件相對位置的情況下，適用於多種無人機的機體結構。

2.動力總成上設備的移除與擴展相對簡單，只需在動力總成的傳動路徑上添加或移除設備，並在總成機架結構的對應位置上設計連接結構即可，提高了變距旋翼動力總成功能的靈活性。

附圖說明

圖1是本發明變距旋翼動力系統模塊示意圖；

圖2是本發明動力總成示意圖；

圖3是本發明機架結構示意圖；

圖4是本發明變距控制結構示意圖；

圖中：

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明油動變距旋翼動力系統模塊能夠驅動旋翼並實現變距控制，通過對油門和槳距的混合控制，達到指定的升力要求。優選的，其控制器應通過改變槳距進行升力控制，同時自動對油門進行補償，以保證升力輸出的穩定性。

變距旋翼動力系統模塊，包括變距旋翼動力總成(1)、變距控制機構(2)和變距旋翼(3)，參見圖1。

圖2示出了變距旋翼動力總成(1)一實施例，包括機架(4)，安裝於機架(4)上的燃油發動機(11)，離心式離合器(12)，膜片聯軸器(13)，平行軸減速器(14)，散熱風扇(15)和啟動器(16)。如圖2，所述的散熱風扇(13)、啟動器(14)、離心式離合器(15)、膜片聯軸器(16)和平行軸減速器(12)的輸入端均與燃油發動機(11)同軸。

所述的發動機(11)作為變距旋翼(3)驅動力的主要來源，四衝程、二衝程發動機均適用，其應提供足夠的運轉功率以驅動旋翼。優選的，離合器(12)為離心式離合器，結構簡單，且能夠實現低轉速離車，高轉速合車功能，保證發動機離車啟動，合車運轉。優選的，聯軸器(13)為膜片式聯軸器，其能夠適應離合器(12)輸出軸與減速器(14)輸入軸不同心安裝所產生的偏心誤差。減速器(14)應有效提高動力總成的輸出扭矩，以兼顧變距旋翼(3)和燃油發動機(11)的額定工作狀態，提高燃油利用率，本實施例中減速器採用平行齒輪減速器，此處不限於平行齒輪，錐齒輪，行星齒輪等減速器形式均適用。散熱風扇(15)應直接連接在發動機輸出軸上，利用燃油發動機(11)的動力直接驅動散熱風扇(15)，以增強局部風量，從而達到冷卻燃油發動機(11)的目的，散熱風扇應具有導風部件，直接增大發動機缸體翅片部分的局部空氣流量。啟動器(16)應直接連接在發動機輸出軸上，通過其內部電機及減速裝置驅動發動機達到啟動速度並提供足夠的啟動扭矩，一般要求，電啟動最大功率運轉時發動機能夠達到初始速度500rpm以上，同時，電啟動與發動機軸之間應安裝單向軸承，以保證啟動後動力總成正常運轉。

圖3示出了所述機架(4)結構一實施例，包括端板、垂直於端板(41)平面的兩個側板(42)，以及兩側板之間的多個設備支架(發動機支架(43)，減速器支架(44)，散熱風扇支架(45)和啟動器支架(46))，所述的設備支架用於固定所述發動機(11)、減速器(12)、散熱風扇(13)和啟動器(14)。其中，發動機支架(43)和啟動器支架(46)平面均同時垂直於端板(41)和側板(42)平面。如圖3，該實施例中機架端板(41)與兩側板(42)直接相連為各支架提供基礎，兩側板(42)之間的空間從下向上依次以螺栓連接發動機支架(43)，散熱風扇支架(45)，啟動器支架(46)和減速器支架(44)。優選的，發動機支架(43)與發動機之間應安裝減震墊片，通過發動機連接螺栓固定在發動機連接支架上。啟動器支架(45)根據啟動器形式進行設計，優選的，安裝在兩側板(42)之間。優選的，減速器(46)支架安裝點位於減速器輸出軸下方，以直接將旋翼載荷傳遞到機架結構上，以優化傳力路徑，減小減速器殼體的載荷。

圖4示出了變距控制機構(2)一實施例，包括變距控制舵機(21)，變距搖臂(22)，定盤(23)和動盤(24)。本實施例變距機構採用單搖臂驅動方式，舵機(21)為變距機構提供驅動力，變距搖臂(22)驅動定盤(23)和動盤(24)沿發動機輸出軸方向運動，定盤(23)與動盤(24)之間相對轉動，定盤(23)與減速器(14)輸出軸之間應安裝滑動軸承，定盤(23)與動盤(24)之間應安裝深溝球軸承或滾針軸承。如圖4，變距控制機構(2)所有作動機構和驅動部件均安裝在模塊內部，與飛行器機體結構之間不存在機械接口。

本發明的核心在於對變距多旋翼的動力總成各部件進行同軸傳動設計並針對總成機架進行特殊的結構設計，使變距旋翼動力系統自身形成了獨立的系統模塊，擴展了變距旋翼動力系統在飛行器上的適用範圍，可在不改變系統內部設計的情況下擴展應用到六旋翼、八旋翼等多旋翼布局中。本發明不局限於上述具體實施方式，如果對本發明的各種改動和變形不脫離本發明範圍，仍屬於本發明的權利要求和同等技術範圍之內。