CN111976997B - 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机 - Google Patents

直升机变转速混合动力***及用此***的直升机 Download PDF

Info

Publication number
CN111976997B
CN111976997B CN202010743227.0A CN202010743227A CN111976997B CN 111976997 B CN111976997 B CN 111976997B CN 202010743227 A CN202010743227 A CN 202010743227A CN 111976997 B CN111976997 B CN 111976997B
Authority
CN
China
Prior art keywords
helicopter
engine
motor
speed
variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010743227.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111976997A (zh
Inventor
姜辰
王浩文
孙帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010743227.0A priority Critical patent/CN111976997B/zh
Publication of CN111976997A publication Critical patent/CN111976997A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111976997B publication Critical patent/CN111976997B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/026—Aircraft characterised by the type or position of power plants comprising different types of power plants, e.g. combination of a piston engine and a gas-turbine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D35/00—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D35/00—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
    • B64D35/02—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions specially adapted for specific power plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种直升机变转速混合动力***及用此***的直升机，所述直升机变转速混合动力***包括：发动机、电动机、发电机、行星减速器和输出轴，所述发动机可驱动旋翼转动，所述发动机包括：第一控制器，所述第一控制器可调整所述发动机的输出；所述电动机包括：第二控制器，所述第二控制器可控制所述电动机的输出用于补充调整所述旋翼的转速；所述发电机和所述发动机相连并通过所述发动机实现驱动，所述发电机包括：第三控制器，所述第三控制器可实现电能转换，并将所述电能提供给所述电动机；所述行星减速器设置在所述发动机与所述输出轴之间。根据本发明的直升机变转速混合动力***结构更优化，控制逻辑简单，安全性和稳定性更高。

Description

直升机变转速混合动力***及用此***的直升机
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其是涉及一种直升机变转速混合动力***及用此***的直升机。
背景技术
目前变转速直升机主要采用多个减速比的变速箱或类似于CVT结构的变速箱实现，常采用的方式为机械减速比变换方式和行星减速方式。在机械减速比变换的方式中，变换过程会出现动力输出不连续的问题，从而导致在变换转速的时候直升机稳定性降低，同时维护性低、可靠性差。而行星减速方式存在隔振设计困难、结构复杂、重量代价大、可靠性低以及控制逻辑复杂等问题。因此，上述技术存在改进空间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直升机变转速混合动力***，所述直升机变转速混合动力***结构更优化，控制逻辑简单，安全性和稳定性更高。
本发明还提出了一种具有上述直升机变转速混合动力***的直升机。
根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***包括：发动机、电动机、发电机、行星减速器和输出轴，所述发动机可驱动旋翼转动，所述发动机包括：第一控制器，所述第一控制器可调整所述发动机的输出；所述电动机包括：第二控制器，所述第二控制器可控制所述电动机的输出用于补充调整所述旋翼的转速；所述发电机和所述发动机相连并通过所述发动机实现驱动，所述发电机包括：第三控制器，所述第三控制器可实现电能转换，并将所述电能提供给所述电动机；所述行星减速器设置在所述发动机与所述输出轴之间。
根据本发明的直升机变转速混合动力***结构更优化，控制逻辑简单，安全性和稳定性更高。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，所述行星减速器包括：太阳轮、齿圈、减速机构和行星架，所述太阳轮和所述发动机的输出端相连；所述齿圈通过所述减速机构与所述电动机相连；所述行星架和所述输出轴相连。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，所述行星减速器包括：太阳轮、齿圈、减速机构和行星架，所述太阳轮和所述电动机相连；所述齿圈通过所述减速机构与所述发动机的输出端相连；所述行星架和所述输出轴相连。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，所述旋翼套设在所述输出轴上。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，所述旋翼轴通过所述减速机构与所述输出轴连接。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，所述电动机为直流电动机。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***，还包括：电池模块，所述电池模块与所述发电机可为所述电动机供电。
根据本发明的第二方面的直升机，设置有如第一方面任一种所述的直升机变转速混合动力***。所述直升机与上述的直升机变转速混合动力***相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***的主框架示意图；
图2是根据本发明第一实施例的直升机变转速混合动力***的框架示意图；
图3是根据本发明第一实施例的直升机变转速混合动力***的结构示意图；
图4是根据本发明第二实施例的直升机变转速混合动力***的框架示意图；
图5是根据本发明第二实施例的直升机变转速混合动力***的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***的发动机转速调节的流程图；
图7是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***的电动机转速调节的流程图。
附图标记：
100-直升机变转速混合动力***，1-发动机，11-第一控制器，2-电动机，21-第二控制器，3-发电机，31-第三控制器，4-行星减速器，41-太阳轮，42-齿圈，43-减速机构，44-行星架，5-输出轴，6-电池模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***100。如图1所示，根据本发明实施例的直升机变转速混合动力***100包括：发动机1、电动机2、发电机3、行星减速器4和输出轴5，进一步地，发动机1可驱动旋翼(图中未示出)转动，具体地，如图2所示，发动机1包括：第一控制器11，第一控制器11可调整发动机1的输出。进一步地，电动机2包括：第二控制器21，第二控制器21可控制电动机2的输出用于补充调整旋翼的转速，这样有利于提高旋翼转速的稳定性和提升旋翼转速的可调性。进一步地，发电机3和发动机1相连并通过发动机1实现驱动，发电机3包括：第三控制器31，第三控制器31可实现电能转换，并将电能提供给电动机2，具体地，第三控制器31可以实现将交流电转换成直流电；进一步地，行星减速器4设置在发动机1与输出轴5之间。
根据本发明的直升机变转速混合动力***100结构更优化，安全性和稳定性更高。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，如图2和图3所示，行星减速器4包括：太阳轮41、齿圈42、减速机构43和行星架44，进一步地，太阳轮41和发动机1的输出端相连；进一步地，齿圈42通过减速机构43与电动机2相连；进一步地，行星架44和输出轴5相连。进一步地，在一个具体的实施例中，齿圈42和减速机构43可以不具备锁止功能，这样电动机2处于始终工作的状态，当旋翼处在低转速工作时，电动机2也以极低转速工作，此时需用功率也极低。在另一个具体的实施例中，齿圈42和减速机构43可以具备锁止功能，当齿圈42锁止不旋转时，电动机2也不工作，从而可以实现发动机1单独为输出轴5提供能量。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，如图4和图5所示，行星减速器4包括：太阳轮41、齿圈42、减速机构43和行星架44，进一步地，太阳轮41和电动机2相连；进一步地，齿圈42通过减速机构43与发动机1的输出端相连；进一步地，行星架44和输出轴5相连。进一步地，在一个具体的实施例中，太阳轮41和电动机2可以不具备锁止功能，这样电动机2处于始终工作的状态，当旋翼处在低转速工作时，电动机2也以极低转速工作，此时需用功率也极低。在另一个具体的实施例中，太阳轮41和电动机2可以具备锁止功能，当太阳轮41锁止不旋转时，电动机2也不工作，从而可以实现发动机1单独为输出轴5提供能量。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，旋翼套设在输出轴5上。旋翼随着输出轴5的转动而转动。这样，输出轴5可以直接作为旋翼轴(图中未示出)实现和旋翼的连接。从而实现旋翼和输出轴5直接相连的连接方式。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，旋翼轴通过减速机构43与输出轴5连接，旋翼连接在旋翼轴上。这样可以实现旋翼和输出轴5间接相连的连接方式。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，电动机2为直流电动机。这样通过第三控制器31转换成直流电可以直接驱动电动机2工作。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，如图2所示，还包括：电池模块6，进一步地，电池模块6与发电机3可为电动机2供电。进一步地，当发动机3的功率不足时，可以由第三控制器31关闭发电机3的输出，由电动机2利用电池模块6储存的电能和发动机1共同提供动力，以满足直升机飞行的动力需求，此时为直升机的混动工作模式。进一步地，当电池模块6储存的电能足够多时，可以只由电动机2利用电池模块6的电能来满足直升机的飞行需求，此时为直升机的纯电动工作模式。进一步地，当发动机1出现故障时，直升机进入自下滑状态，此时电动机2为直升机提供动力，具体地，可以利用电动机2的过载特性，提供瞬时大功率，进一步地减小直升机的接地速度。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，如图6所示，通过第一控制器11可以控制节气门(或油门开度)，进而实现对发动机1转速的调节，从而保证发动机1工作在设定的额定转速，需要说明的是，设定的额定转速即为发动机功率或燃油消耗率的最优转速。
根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力***100，如图7所示，第二控制器21根据混合动力***100的目标转速值和输出转速值，对电动机2的输出进行调节，需要说明的是，可以对电动机2的电压输出进行调节，进而满足直升机的飞行需求。
综上所述，根据本发明的直升机变转速混合动力***100具有以下几方面的优势，第一，通过电动机2对输出转速的补充调整，可以在发动机1转速恒定的情况下，实现输出转速的可调性，进而提升飞行过程中的稳定性；第二，仅仅使用一个行星减速器4就可以实现转速控制的混合动力输出，结构简单、维护性优、可靠性高、重量低、第三，发电机3和电动机2始终分别工作在发电和电动状态下，控制方式更简单；第四，不存在电动机2、发动机1、输出轴5之间的扭矩耦合关系，控制逻辑简单。
本发明还提供了一种直升机，该直升机包括上述的直升机变转速混合动力***100，从而具有安全性更好、稳定性更高和动力性能更佳等优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种直升机变转速混合动力***，其特征在于，包括：
发动机，所述发动机能驱动旋翼转动，所述发动机包括：第一控制器，所述第一控制器能调整所述发动机的输出，所述第一控制器用于控制节气门或油门开度；
电动机，所述电动机包括：第二控制器，所述第二控制器能控制所述电动机的输出用于补充调整所述旋翼的转速；
发电机，所述发电机和所述发动机相连并通过所述发动机实现驱动，所述发电机包括：第三控制器，所述第三控制器能实现电能转换，并将所述电能提供给所述电动机；
行星减速器和输出轴，所述行星减速器设置在所述发动机与所述输出轴之间；
所述行星减速器包括：
太阳轮，所述太阳轮和所述发动机的输出端相连；
齿圈和减速机构，所述齿圈通过所述减速机构与所述电动机相连；
行星架，所述行星架和所述输出轴相连；
电池模块，所述电池模块与所述发电机能为所述电动机供电；
所述齿圈和减速机构在锁止状态时，所述齿圈锁止不旋转，所述电动机不工作。
2.根据权利要求1所述的直升机变转速混合动力***，其特征在于，所述旋翼套设在所述输出轴上。
3.根据权利要求2所述的直升机变转速混合动力***，其特征在于，所述旋翼轴通过所述减速机构与所述输出轴连接。
4.根据权利要求1所述的直升机变转速混合动力***，其特征在于，所述电动机为直流电动机。
5.一种直升机，其特征在于，包括：根据权利要求1-4中任一项所述的直升机变转速混合动力***。
CN202010743227.0A 2020-07-29 2020-07-29 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机 Active CN111976997B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010743227.0A CN111976997B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010743227.0A CN111976997B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111976997A CN111976997A (zh) 2020-11-24
CN111976997B true CN111976997B (zh) 2022-04-19

Family

ID=73444755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010743227.0A Active CN111976997B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111976997B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105691610A (zh) * 2016-03-01 2016-06-22 清华大学 用于直升机的混合动力***及具有其的直升机
CN105836141A (zh) * 2016-04-12 2016-08-10 电子科技大学 一种混合动力直升机驱动机构及驱动方法
CN106892124A (zh) * 2017-01-23 2017-06-27 北京瑞深航空科技有限公司 混合动力无人机
CN107856488A (zh) * 2017-11-16 2018-03-30 四川省特种设备检验研究院 一种可垂直起降插电式混合动力飞行汽车的动力传动***
CN108216646A (zh) * 2018-01-10 2018-06-29 吉林大学 一种并联混合动力飞机动力耦合***及其驱动控制方法
CN108791905A (zh) * 2017-05-03 2018-11-13 朗星无人机***有限公司 一种飞行器用混合动力集成单元
CN109421924A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 本田技研工业株式会社 多旋翼直升机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105691610A (zh) * 2016-03-01 2016-06-22 清华大学 用于直升机的混合动力***及具有其的直升机
CN105836141A (zh) * 2016-04-12 2016-08-10 电子科技大学 一种混合动力直升机驱动机构及驱动方法
CN106892124A (zh) * 2017-01-23 2017-06-27 北京瑞深航空科技有限公司 混合动力无人机
CN108791905A (zh) * 2017-05-03 2018-11-13 朗星无人机***有限公司 一种飞行器用混合动力集成单元
CN109421924A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 本田技研工业株式会社 多旋翼直升机
CN107856488A (zh) * 2017-11-16 2018-03-30 四川省特种设备检验研究院 一种可垂直起降插电式混合动力飞行汽车的动力传动***
CN108216646A (zh) * 2018-01-10 2018-06-29 吉林大学 一种并联混合动力飞机动力耦合***及其驱动控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111976997A (zh) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018177380A1 (zh) 动力***用混合动力、纯电动传动装置及操作方法
US8307924B2 (en) Hybrid power output system
AU2018357230B2 (en) Vertical take-off and landing aircraft and transformation gear sets for same
CN101598113B (zh) 一种风力发电装置
EP3640068A1 (en) Series-parallel hybrid power system and vehicle comprising same
JP2013151282A (ja) 分離式直列／並列混合二動力駆動システム
CN209250419U (zh) 一种机电一体化集成调速***
TW201542408A (zh) 混合動力傳動整合系統及其控制方法
CN111976997B (zh) 直升机变转速混合动力***及用此***的直升机
CN112879109B (zh) 基于负荷分配的并联汽电双驱同轴机组的能量回收方法
CN109450167A (zh) 一种机电一体化集成调速***及其软启动方法
CN102774265B (zh) 一种混合动力驱动***
CN102774263A (zh) 一种混合动力驱动***的控制方法
CN108128139B (zh) 一种混合动力车辆的驱动装置
CN209208473U (zh) 混合动力耦合机构、混合动力耦合控制***
CN202732233U (zh) 一种可变速比的风力发电机组
CN116335879A (zh) 风电机组调速装置、风电机组及其控制方法
CN214001309U (zh) 动力驱动***以及车辆
CN212737734U (zh) 车辆的动力***以及车辆
CN213261950U (zh) 动力驱动***以及车辆
CN216951502U (zh) 变速器、动力***和车辆
CN212829012U (zh) 一种具有主机恒速运行功能的船舶混合动力推进装置
CN214240423U (zh) 动力驱动***以及车辆
CN213472776U (zh) 动力驱动***及具有其的车辆
CN213261949U (zh) 动力驱动***以及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant