CN110091997A - 一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法及结构 - Google Patents

一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法及结构 Download PDF

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Abstract

一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法及结构，其特征是所述的方法是使油动发动机一方面通过主从带轮及皮带装置及离合器驱动发电机发电，另一方面通过主从带轮及皮带装置及另一离合器驱动起降旋翼桨叶实现垂直起降，发电机通过导线连接前飞电动机，前飞电动机驱动前飞桨叶，从而省去油动发动机至前飞桨叶之间的机械传动部件，同时省去电动机驱动用电池组，达到降低整机重量的目的。本发明能大幅度降机整机重量，提高飞行性能。

Description

一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的 方法及结构
技术领域
本发明涉及一种无人机技术，尤其是一种垂直起降的旋翼式无人直升机，具体地说是一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法及结构。
背景技术
目前，对于旋转机翼垂直起降飞机，通常采用油动发动机，借助离合器来按需驱动起降旋翼***和前飞螺旋桨，这个传动方案需要太多的连接机构以及传动机构，而且起降旋翼***和前飞***相距较远，零件相对比较多，维护相对复杂，传动***整体重量比较大。
近年来，为了增加起升动力，降低油发动机的总功耗，人们采用了电动辅助起降的技术方案，起飞阶段利动电池提供动力，而在平飞阶段则利用油动发动机驱动飞机飞行，这样可大大降低油动发动机的功率，降低发动机制造和运行成本。但这种技术方案带来的最大缺点是无人机自身重量的大幅增加，又另一方面增加功耗，降低载荷量。
因此，在提高无人机性能和功率的同时，降低无人机自身重量也是无人机设计的重要指标，是提高无人机性能的重要措施。
发明内容
本发明的目的是针对现有的无人机因需要复杂的机械传动***将动力传送到飞行桨叶和起降旋翼桨叶处而导致整机重量大影响飞行性能的问题，发明一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法及结构。。
本发明的技术方案之一是：
一种基于油起电飞降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法，其特征是使油动发动机一方面通过主从带轮及皮带装置及离合器驱动发电机发电，另一方面通过主从带轮及皮带装置及另一离合器驱动起降旋翼桨叶实现垂直起降，发电机通过导线连接前飞电动机，前飞电动机驱动前飞桨叶，从而省去油动发动机至前飞桨叶之间的机械传动部件，同时省去电动机驱动用电池组，达到降低整机重量的目的。
所述的电动机直接或通过一减速箱与前飞桨叶主轴相连。
所述的主从带轮及皮带装置的输出端通过一增速器与发电机相连。
本发明的技术方案之二是：
一种电动飞行与油动起降相结合的旋转翼垂直起降无人机，它包括油动发动机1，其特征是所述的油动发动机1与主从动带轮及皮带装置3的主动轴相连，主从动带轮及皮带装置3的从动轴一端通过第一离合器24与起降旋翼桨叶4的驱动轴相连，另一端通过第二离合器27与发电机28相连，发电机28与电动机15电气连接，电动机15的输出轴通过联轴器14与前飞桨叶11的驱动轴相连。
所述的从动轴连接发电机28的一端连接有增速器，增速器的输出轴与发电机的输入轴相连。
所述的主从动带轮及皮带装置3的从动轴一端通过第一离合器24及减速机构与起降旋翼桨叶4的驱动轴相连，减速机构包括主动锥齿轮5、从动锥齿轮6、直齿小齿轮19和直齿大齿轮18，主从动带轮及皮带装置3的从动轴与主动锥齿轮5相连，从动锥齿轮6与主动锥齿轮5相啮合、从动锥齿轮6的中心轴与直齿小齿轮19的中心轴同轴，直齿大齿轮18与直齿小齿轮19相啮合，起降旋翼桨叶4的驱动轴与直齿大齿轮18的中心轴同轴。
所述的电动机的输出轴与减速机的输入轴相连，减速机的输出轴与前飞叶片11的驱动轴相连。
所述的发电机还通过双向逆变器与蓄电电池相连，蓄电电池为电动机或机载电器设备供电。
本发明的有益效果：
本发明通过将起降旋翼***与前飞螺旋桨***，分为两个独立的部分，前飞***采用电动机联轴器直接驱动，同时油动发动机通过离合器连接一个发电机；而起降***直接采用油动发动机驱动，电动机工作时所需的电量有前述油动发动机1直接提供。两套***相互独立，省去大量机械连接零部件，同时前飞***的电动机无需蓄电池供电，而只需要电源线连接油动发动机1带动的发电机28直接供电，这样能大大减轻飞机动力传动***的重量，这对于航空器来说，是非常有利的。
本发明方法简单，可操作性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的电原理图。
图中：1-油动发动机，2-深沟球轴承，3-主从动带轮及皮带，4-起降旋翼桨叶，5-主动锥齿轮，6-从动锥齿轮，7-圆锥滚子轴承第一离合器，8-圆锥滚子轴承，9-圆锥滚子轴承，11-前飞桨叶发电机，12-深沟球轴承，13-深沟球轴承，14-联轴器，15-电动机，16-圆锥滚子轴承，17-深沟球轴承，18-直齿大齿轮，19直齿小齿轮，20-深沟球轴承，21-深沟球轴承，22-圆锥滚子轴承，23-圆锥滚子轴承，24-第一离合器，25-圆锥滚子轴承，26-圆锥滚子轴承，27-第二离合器，28发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1、2所示。
一种基于油起电飞降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法，通过将起降旋翼***与前飞螺旋桨***，分为两个独立的部分，前飞***采用电动机直接驱动，同时该发动机通过离合器连接一个发电机；而起降***采用油发明机直接驱动，电动机工作时所需的电量有前述油动发动机1直接提供。也就是使油动发动机一方面通过主从带轮及皮带装置及离合器驱动发电机发电，另一方面通过主从带轮及皮带装置及另一离合器驱动起降旋翼桨叶实现垂直起降，发电机通过导线连接前飞电动机，前飞电动机驱动前飞桨叶，从而省去油动发动机至前飞桨叶之间的机械传动部件，同时省去电动机驱动用电池组，达到降低整机重量的目的。如图1所示。
具体实施时，电动机可直接或通过一减速箱与前飞桨叶主轴相连。如果发电机与油发电机转速不匹配，可通过一增速器使主从动带轮及皮带装置3的从动轴与发电机相连。其电原理图如图2所示。必要时，还可增加一组蓄电池，发电机通过双向逆变器为蓄电池充电，蓄电池可为机载电器设备供电或作为应急电源使用，必须还可为电动机供电。
实施例二。
如图1、2所示。
一种电动飞行与油动起降相结合的旋转翼垂直起降无人机，它包括油动发动机1，所述的油动发动机1与主从动带轮及皮带装置3的主动轴相连，主从动带轮及皮带装置3的从动轴一端通过第一离合器24与起降旋翼桨叶4的驱动轴相连，另一端通过第二离合器27与发电机28相连，发电机28与电动机15电气连接，电动机15的输出轴通过联轴器14与前飞桨叶11的驱动轴相连，如果电机速度过快，还可使电动机的输出轴与减速机的输入轴相连，再通过减速机的输出轴驱动前飞叶片11的驱动轴，使前飞桨叶以设定的速度旋转。如图1所示，如果发明机转速与从动轴的转速不匹配，则可在具体实施时在从动轴连接发电机28的一端连接有增速器（如图2），增速器（可采用增速齿轮箱加以实现）的输出轴与发电机的输入轴相连。具体实施时，所述的主从动带轮及皮带装置3的从动轴一端最好通过第一离合器24以及一个减速机构与起降旋翼桨叶4的驱动轴相连，如图1所示，所述的减速机构包括主动锥齿轮5、从动锥齿轮6、直齿小齿轮19和直齿大齿轮18，主从动带轮及皮带装置3的从动轴与主动锥齿轮5相连，从动锥齿轮6与主动锥齿轮5相啮合、从动锥齿轮6的中心轴与直齿小齿轮19的中心轴同轴，直齿大齿轮18与直齿小齿轮19相啮合，起降旋翼桨叶4的驱动轴与直齿大齿轮18的中心轴同轴。
此外，具体实施时，发电机还通过双向逆变器与蓄电电池相连，蓄电电池为电动机或机载电器设备供电，如图2所示，具体实施时，在图1相同参数条件下，以使用寿命10000小时计算，所使用的电机+发电机+逆变器+增（减）速器重量不超过25千克。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种基于油起电飞的降低旋转翼垂直起降无人机整机重量的方法，其特征是使油动发动机一方面通过主从带轮及皮带装置及离合器驱动发电机发电，另一方面通过主从带轮及皮带装置及另一离合器驱动起降旋翼桨叶实现垂直起降，发电机通过导线连接前飞电动机，前飞电动机驱动前飞桨叶，从而省去油动发动机至前飞桨叶之间的机械传动部件，同时省去电动机驱动用电池组，达到降低整机重量的目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的电动机直接或通过一减速箱与前飞桨叶主轴相连。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的主从带轮及皮带装置的输出端通过一增速器与发电机相连。
4.一种电动飞行与油动起降相结合的旋转翼垂直起降无人机，它包括油动发动机（1），其特征是所述的油动发动机（1）与主从动带轮及皮带装置（3）的主动轴相连，主从动带轮及皮带装置（3）的从动轴一端通过第一离合器（24）与起降旋翼桨叶（4）的驱动轴相连，另一端通过第二离合器（27）与发电机（28）相连，发电机（28）与电动机（15）电气连接，电动机（15）的输出轴通过联轴器（14）与前飞桨叶（11）的驱动轴相连。
5.根据权利要求4所述的无人机，其特征是所述的从动轴连接发电机（28）的一端连接有增速器，增速器的输出轴与发电机的输入轴相连。
6.根据权利要求4所述的无人机，其特征是所述的主从动带轮及皮带装置（3）的从动轴一端通过第一离合器（24）及减速机构与起降旋翼桨叶（4）的驱动轴相连，减速机构包括主动锥齿轮（5）、从动锥齿轮（6）、直齿小齿轮（19）和直齿大齿轮（18），主从动带轮及皮带装置（3）的从动轴与主动锥齿轮（5）相连，从动锥齿轮（6）与主动锥齿轮（5）相啮合、从动锥齿轮（6）的中心轴与直齿小齿轮（19）的中心轴同轴，直齿大齿轮（18）与直齿小齿轮（19）相啮合，起降旋翼桨叶（4）的驱动轴与直齿大齿轮（18）的中心轴同轴。
7.根据权利要求4所述的无人机，其特征是所述的电动机的输出轴与减速机的输入轴相连，减速机的输出轴与前飞叶片（11）的驱动轴相连。
8.根据权利要求4所述的无人机，其特征是所述的发电机还通过双向逆变器与蓄电电池相连，蓄电电池为电动机或机载电器设备供电。
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