便於維護的雙發渦輪軸無人直升機動力系統的製作方法

2023-05-12 02:51:16 2

本發明涉及無人直升機領域，尤其涉及一種便於維護的雙發渦輪軸無人直升機動力系統。

背景技術：

現有無人直升機的按能量來源可分為電力驅動與燃油驅動兩大主流類型，其中燃油驅動無人機又包含內燃機與渦輪發動機兩類。目前大中型無人直升機因其對起飛重量、續航時間等性能指標的要求較高，主要以燃油作為能量來源，其中內燃機，尤其是柴油發動機最為常見。無人直升機使用的柴油發動機不但體積龐大，佔據較多機艙內部空間，並且零部件多，內部結構複雜，不便於檢修維護。柴油發動機工作時，內部曲軸的高速轉動、活塞的高頻往復運動以及柴油在各氣缸內的周期性爆燃會造成發動機的劇烈震動。這類無人直升機往往將發動機完全緊固在機身主體結構上，連同狹小的機身內部空間與柴油航空發動機複雜的結構，都給無人機動力系統的日常維護保養與拆卸更換帶來極大不便。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種便於維護的雙發渦輪軸無人直升機動力系統，採用渦輪軸發動機作為動力來源，體積小重量輕，結構簡單，工作振動小；柔性聯軸器的分段嵌入式結構可同時實現旋轉運動的可靠傳輸與渦輪軸發動機的快速模塊化更換，日常維護保養及拆卸更換都非常方便。

本發明的技術方案是：一種便於維護的雙發渦輪軸無人直升機動力系統，包括一個主減速器和兩臺渦輪軸發動機，所述主減速器包括兩根輸入軸和一根輸出軸，兩根輸入軸均與所述輸出軸傳動連接，且兩根輸入軸同時轉動帶動所述輸出軸轉動，所述主減速器的兩根輸入軸通過兩個柔性聯軸器分別與兩臺渦輪軸發動機的動力輸出端連接。

作為優選：所述柔性聯軸器由輸出連接件、柔性連接件和輸入連接件同軸組裝而成；

所述輸入連接件的一端為與所述渦輪軸發動機的動力輸出端連接的輸入端，所述輸入連接件的另一端為用於連接所述輸出連接件的第一配合端，所述輸出連接件的一端為用於連接所述輸入連接件的第二配合端，所述輸出連接件的另一端為與所述主減速器的輸入軸連接的輸出端；

所述柔性連接件由圓環體以及設置在所述圓環體的圓周外壁上且沿所述圓環體的周向均布的呈圓形或者橢圓形的四個柔性卡件組成；

所述第一配合端的端面上設置有兩個徑向對稱的第一連接凸塊，所述第一連接凸塊具有兩個分別與所述圓環體上兩個相鄰的柔性卡件的弧形側壁配合的弧形凹面，且所述第一連接凸塊的兩個弧形凹面沿所述輸入連接件的徑向對稱；

所述第二配合端的端面上設置有兩個徑向對稱的第二連接凸塊，所述第二連接凸塊和第一連接凸塊的形狀大小相同；

所述輸入連接件、柔性連接件和輸出連接件相互配合組裝在一起時，兩個所述第一連接凸塊與兩個所述第二連接凸塊相互交錯，形成與四個柔性卡件匹配的四個卡槽，所述柔性連接件位於所述輸出連接件和所述輸入連接件之間，且四個柔性卡件配合嵌設於所述第一連接凸塊和第二連接凸塊之間的四個卡槽內。

作為優選：所述輸入連接件、柔性連接件和輸出連接件相互配合組裝在一起時，所述第一連接凸塊與所述輸出連接件的第二配合端的端面之間具有第一間隙，所述第二連接凸塊與所述輸入連接件的第一配合端的端面之間具有第二間隙。

作為優選：所述柔性卡件的弧形側壁與其兩端面的相接處做倒角處理，且兩處倒角在軸向上的加工距離均大於所述第一間隙和所述第二間隙。

作為優選：所述渦輪軸發動機的動力輸出端具有法蘭連接盤，所述法蘭連接盤上開設有沿其周向分布的多個通孔，所述輸入連接件的輸入端設置有與所述法蘭連接盤上的通孔數量及位置對應的螺紋孔，所述法蘭連接盤通過穿過所述通孔旋入所述螺紋孔內的螺釘與所述輸入連接件連接。

作為優選：所述輸入連接件的輸入端的端面上一體設置有與所述法蘭連接盤的通孔數量及位置對應的凸起部，所述螺紋孔設置在所述凸起部上。

作為優選：所述輸入連接件的輸入端的中部一體設置有圓形凸環，所述圓形凸環的外壁與所述輸入連接件的輸入端的端面之間還加工有加強筋，且所述加強筋與所有凸起部連成一體。

作為優選：所述渦輪軸發動機的動力輸出端的法蘭連接盤上的通孔為兩個，所述凸起部為與通孔對應的兩個，兩個所述凸起部的形狀大小相同且沿所述輸入連接件的徑向對稱設置，兩個所述凸起部和兩個所述第一連接凸塊在所述輸入連接件周向上的位置相互錯開。

作為優選：所述輸出連接件的輸出端與所述主減速器的輸入軸之間為鍵連接、法蘭連接或者銷軸連接。

作為優選：兩臺所述渦輪軸發動機並排設置，且兩臺渦輪發動機的進氣口朝向同一方向。

本發明的有益效果是：使用兩臺渦輪軸發動機作為無人直升機的動力來源，既保證大功率輸出，又能減小動力系統的體積與重量，同時燃油動力能夠提供較長續航時間。兩臺渦輪軸發動機輸出的功率通過柔性聯軸器輸送至雙軸輸入單軸輸出的主減速器，主減速器驅動主旋翼旋轉，為無人直升機提供升力。

本發明採用渦輪軸發動機作為動力來源，體積小重量輕，結構簡單，工作振動小。內部零部件均可自由旋轉，兩臺渦輪軸發動機互為備份，一臺渦輪軸發動機故障或熄火不會導致旋翼停轉或傳動失效。這樣在單發失效時動力系統仍可提供保證無人直升機安全降落所需動力。

動力系統中的柔性聯軸器能減小動力系統內部的振動傳遞，降低各零部件間的共振風險。柔性聯軸器的分段嵌入式結構可同時實現旋轉運動的可靠傳輸與渦輪軸發動機的快速模塊化更換。

渦輪軸發動機、柔性聯軸器、主減速器等動力系統組成部分均採用模塊化設計，均可獨立快速拆裝更換，提高了系統可靠性，方便日常維修保養，降低無人機系統運行成本。

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1的結構示意圖；

圖2是本發明實施例1的爆炸圖；

圖3是本發明實施例1中柔性聯軸器的爆炸圖；

圖4是本發明實施例1中柔性聯軸器未安裝柔性連接件的結構示意圖。

圖中1-主減速器；11-輸入軸；12-輸出軸；2-輸出連接件；21-第二連接凸塊；22-第二間隙；3-柔性連接件；31-圓環體；32-柔性卡件；4-輸入連接件；41-第一連接凸塊；42-凸起部；43-螺紋孔；44-圓形凸環；45-加強筋；46-第一間隙；5-渦輪軸發動機；51-法蘭連接盤。

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。

實施例1

如圖1和圖2所示，一種便於維護的雙發渦輪軸無人直升機動力系統，包括一個主減速器1和兩臺渦輪軸發動機5。

主減速器1包括兩根輸入軸11和一根輸出軸12，兩根輸入軸11均與輸出軸12傳動連接，且兩根輸入軸11同時轉動帶動輸出軸12轉動。兩根輸入軸11與輸出軸12之間可以通過齒輪傳動結構、皮帶傳動結構或者齒輪、皮帶混合的傳動結構實現傳動連接，所有傳動結構在現有技術中進行選擇，只要能夠實現兩根輸入軸11同時轉動帶動輸出軸12轉動的功能即可應用於本發明中。

主減速器1的兩根輸入軸11通過兩個柔性聯軸器分別與兩臺渦輪軸發動機5的動力輸出端連接。使本發明的動力系統將兩臺渦輪軸發動機5作為無人直升機的動力來源，既保證大功率輸出，又能減小動力系統的體積與重量，同時燃油動力能夠提供較長續航時間。兩臺渦輪軸發動機5輸出的功率通過柔性聯軸器輸送至雙軸輸入單軸輸出的主減速器1，主減速器1驅動主旋翼旋轉，為無人直升機提供升力。

由於本發明採用渦輪軸發動機5作為動力來源，體積小重量輕，結構簡單，工作振動小。內部零部件均可自由旋轉，兩臺渦輪軸發動機5互為備份，一臺渦輪軸發動機5故障或熄火不會導致旋翼停轉或傳動失效。這樣在單發失效時動力系統仍可提供保證無人直升機安全降落所需動力。

柔性聯軸器能減小動力系統內部的振動傳遞，降低各零部件間的共振風險。

本發明中，將兩臺渦輪軸發動機5並排設置，且使兩臺渦輪發動機的進氣口朝向同一方向，更加利於渦輪發動機在工作中的進氣，也更利於其與無人直升機的機身的裝配。

如圖3所示，柔性聯軸器由輸出連接件2、柔性連接件3和輸入連接件4同軸組裝而成。柔性聯軸器的分段嵌入式結構可同時實現旋轉運動的可靠傳輸與渦輪軸發動機5的快速模塊化更換。

輸出連接件2和輸入連接件4均由剛性材料製成，柔性連接件3由柔性材料製成。本實施例中輸出連接件2和輸入連接件4均由硬質金屬材料製成，柔性連接件3是由樹脂材料製成的彈性件。

輸入連接件4和輸出連接件2的周向側壁為圓周弧面，為便於與其餘零件連接，輸入連接件4和輸出連接件2均開設貫通兩端的內孔，這樣在保證自身結構強度的同時可以降低自身質量，還可以避免與其餘零件發生幹涉。

輸入連接件4的一端為與渦輪軸發動機5的動力輸出端連接的輸入端(即柔性聯軸器的輸入端)，輸入連接件4的另一端為用於連接輸出連接件2的第一配合端，輸出連接件2的一端為用於連接輸入連接件4的第二配合端，輸出連接件2的另一端為與主減速器1的輸入軸11連接的輸出端(即柔性聯軸器的輸出端)。

柔性連接件3由圓環體31以及設置在圓環體31的圓周外壁上且沿圓環體31的周向均布的呈圓形或者橢圓形的四個柔性卡件32組成。四個柔性卡件32與圓環體31一體成型。

第一配合端的端面上設置有兩個徑向對稱的第一連接凸塊41，兩個第一連接凸塊41在輸入連接件4的徑向上的最短間隔距離大於圓環體31的外徑。第一連接凸塊41具有兩個分別與圓環體31上兩個相鄰的柔性卡件32的弧形側壁配合的弧形凹面，且第一連接凸塊41的兩個弧形凹面沿輸入連接件4的徑向對稱。

第二配合端的端面上設置有兩個徑向對稱的第二連接凸塊21，兩個第二連接凸塊21在輸入連接件4的徑向上的最短間隔與兩個第一連接凸塊41在輸入連接件4的徑向上的最短間隔距離相同。第二連接凸塊21和第一連接凸塊41的形狀大小相同，第二連接凸塊21也具有兩個分別與圓環體31上兩個相鄰的柔性卡件32的弧形側壁配合的弧形凹面，且第二連接凸塊21的兩個弧形凹面沿輸出連接件2的徑向對稱。

輸入連接件4、柔性連接件3和輸出連接件2相互配合組裝在一起後，三者之間在徑向上為緊配合關係。這樣避免由於輸入連接件4與輸出連接件2本身組裝的錯位而導致的動力輸出的同軸度降低；也可以在動力傳遞的過程中，避免柔性聯軸器自身間隙引起的振動；還可以避免在偏心、偏角調節時，由於間隙導致的輸入連接件4或/和輸出連接件2對柔性連接件3產生的衝擊力增大，而降低柔性聯軸器的使用壽命。

輸入連接件4、柔性連接件3和輸出連接件2相互配合組裝在一起時，兩個第一連接凸塊41與兩個第二連接凸塊21相互交錯(兩個第一連接凸塊41的中心連線與兩個第二連接凸塊21的中心連線相互垂直)，形成與四個柔性卡件32匹配的四個卡槽。組裝後，柔性連接件3位於輸出連接件2的第二配合端的端面和輸入連接件4的第一配合端的端面之間，且四個柔性卡件32嵌設於第一連接凸塊41和第二連接凸塊21之間的四個卡槽內，每個柔性卡件32與其相鄰的第一連接凸塊41的弧形凹面和第二連接凸塊21的弧形凹面緊貼。

輸入連接件4、柔性連接件3和輸出連接件2相互配合組裝在一起時，如圖4所示，第一連接凸塊41與輸出連接件2的第二配合端的端面之間具有第一間隙46，第二連接凸塊21與輸入連接件4的第一配合端的端面之間具有第二間隙22。第一間隙和第二間隙是為了保證在柔性聯軸器在對偏心偏角進行自動調整時，輸入連接件4和輸出連接件2之間具有足夠的調整餘量。

在安裝後，柔性卡件32的兩端面分別緊貼輸入連接件4的第一配合端的端面和輸出連接件2的第二配合端的端面。柔性卡件32的弧形側壁與其兩端面的相接處做倒角處理，且兩處倒角在軸向上的加工距離均大於第一間隙46和第二間隙22。該倒角處理採用45度倒角處理。柔性卡件32上的倒角處理，一方面使柔性卡件32的端面面積小於其橫截面面積，這樣在偏心偏角調整時，柔性卡件32在發生彈性形變的過程中，形變量可以在倒角處被吸收；另一方面在柔性卡件32與輸入連接件4的第一配合端的端面和輸出連接件2的第二配合端的端面之間仍具有足夠的接觸面積，使柔性卡件32能夠在動力系統工作停止後，能夠有效地進行彈性恢復，不易發生永久性的形變，避免因為柔性卡件32的永久性形變而影響柔性聯軸器的使用效果，增加零部件的故障率，增加使用和維修成本。

在本實施例中，輸出連接件2的輸出端與主減速器1的輸入軸11之間為鍵連接。其具體結構為：主減速器1的輸入軸11的端部圓周外壁上加工出第一鍵槽(圖中未視)，在輸出連接件2的輸出端設置與主減速器1的輸入軸11的端部圓周外壁配合的圓孔(圖中未視)，在圓孔的內壁上開設與第一鍵槽大小匹配位置對應的第二鍵槽(圖中未視)。安裝時，將與第一鍵槽配合的平鍵置於第一鍵槽內後，使平鍵對準第二鍵槽的位置，將主減速器1的輸入軸11的端部插入輸出連接件2的輸出端的圓孔中，使主減速器1的輸入軸11與輸出連接件2的輸出端之間形成周向固定並傳遞轉矩。

在本實施例中，如圖1和圖2所示，渦輪軸發動機5的動力輸出端具有法蘭連接盤51，法蘭連接盤51上開設有沿其周向分布的兩個通孔，兩個通孔的軸向平行法蘭連接盤51的軸向並貫通法蘭連接盤51的兩端面。

如圖3所示，輸入連接件4的輸入端的端面上一體設置有與法蘭連接盤51的通孔位置對應的兩個凸起部42。兩個凸起部42的形狀大小相同且沿輸入連接件4的徑向對稱設置，兩個凸起部42的形狀大小相同且沿輸入連接件4的徑向對稱設置，兩個凸起部42和兩個第一連接凸塊41在輸入連接件4周向上的位置相互錯開。採用這樣的結構，可以增加輸入連接件4的整體強度，在凸起部42連接法蘭連接盤51之後，進行動力傳遞時，扭力通過凸起部42傳遞至整個輸入連接件4，第一連接凸塊41和凸起部42錯開設置，使輸入連接件4的動力傳遞時，內部應力的均勻分布，保證了輸入連接件4整體的結構強度。

兩個凸起部42上分別加工有與法蘭連接盤51上的兩個通孔位置對應的螺紋孔43，法蘭連接盤51通過穿過通孔旋入螺紋孔43內的螺釘與輸入連接件4的輸入端形成同軸連接。

為了在減輕重量的同時保證柔性聯軸器與渦輪軸發動機5的動力輸出端之間的連接強度，在輸入連接件4的輸入端的中部一體設置有圓形凸環44，圓形凸環44的外壁與輸入連接件4的輸入端的端面之間還加工有加強筋45，且加強筋45與所有凸起部42連成一體。

本發明安裝時，首先，將柔性連接件3卡放在輸出連接件2的第二連接凸塊21和輸入連接件4的第一連接凸塊41之間，組成柔性聯軸器；

其次，將安裝好的柔性聯軸器的輸出端與主減速器1的輸入軸11連接；

最後，將柔性聯軸器的輸入端通過螺釘與法蘭連接盤51連接。

在渦輪軸發動機5出現故障或損壞需要進行更換或維修時，可以直接拆卸柔性聯軸器，使柔性聯軸器的輸入連接件4和輸出連接件2分離，即可實現渦輪軸發動機的快速拆卸。

實施例2

本實施例中，輸出連接件的輸出端與主減速器的輸入軸之間為法蘭連接。其具體結構為：主減速器的輸入軸的端部同軸加工有第一法蘭，在輸出連接件的輸出端加工有與第一法蘭匹配的第二法蘭，第一法蘭和第二法蘭上加工有位置和數量對應的若干安裝孔。安裝時，將第一法蘭和第二法蘭上的安裝孔位置對正，通過同時穿過第一法蘭和第二法蘭上的安裝孔的螺栓旋緊螺母后，使主減速器的輸入軸與輸出連接件的輸出端之間形成連接固定並傳遞轉矩。

除此之外，本實施例的其餘結構與實施例1相同。

實施例3

作為優選：輸出連接件的輸出端與主減速器的輸入軸之間為銷軸連接。其具體結構為：在主減速器的輸入軸的端部上加工徑向貫通的第一安裝孔，在輸出連接件的輸出端加工與主減速器的輸入軸的端部外壁配合的圓孔，在圓孔所在的輸出連接件的輸出端部分開設與徑向貫通輸出連接件的輸出端的周向側壁的第二安裝孔，並使第二安裝孔與第一安裝孔的孔徑相同。安裝時，將主減速器的輸入軸的端部插入輸出連接件的輸出端的圓孔中，並使第一、第二安裝孔的位置對正，然後將與第一、第二安裝孔匹配的銷軸插入第一、第二安裝孔後，並使銷軸帶孔的一端伸出，最後在銷軸的孔內插入開口銷對銷軸進行限位(防止銷軸脫出)，使主減速器的輸入軸與輸出連接件的輸出端之間形成連接固定並傳遞轉矩。

除此之外，本實施例的其餘結構與實施例1相同。

以上，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權利要求的保護範圍為準。