CN101973398A - 倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构 - Google Patents

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侯鹏
杨卫东
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Abstract

本发明公开一种倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，包括倾转机匣、齿轮盘、安装机架、动力驱动轴和驱动控制电机；所述倾转机匣为圆柱形，其外端安装有齿轮盘，内端可转动地插入安装机架内，所述齿轮盘还与倾转短舱的短舱机匣固定连接；动力驱动轴轴向穿过倾转机匣，且其一端与机翼内部的动力传动轴连接，另一端通过弧形伞齿可驱动地连接旋翼轴；所述安装机架上安装有蜗轮蜗杆机构，该蜗轮蜗杆机构的输出齿轮轴连接齿轮盘，在驱动控制电机的驱动下带动齿轮盘转动；且安装机架上设有固定件，该固定件连接机翼内的大梁。此种结构可克服现有倾转驱动机构的不足，结构紧凑，传动规律简单，便于倾转短舱倾转运动的控制。

Description

倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构
技术领域
本发明涉及倾转旋翼飞行器。具体地说，本发明涉及倾转旋翼飞行器用于实现在直升机机模式及飞机模式间转换时的旋翼短舱倾转驱动系统。
背景技术
倾转旋翼飞行器是将带有旋翼的可倾转短舱置于机翼的翼端，是一种兼具直升机垂直起降和飞机快速前飞优点的新型旋翼飞行器。当倾转旋翼飞行器需要垂直起降时，可倾转的旋翼短舱绕倾转轴旋转竖起，旋翼轴垂直于机翼弦线，倾转旋翼以直升机模式工作；当倾转旋翼飞行器在空中需要高速飞行时，倾转旋翼短舱绕倾转轴旋转转动到水平位置，旋翼轴平行于机翼弦线，倾转旋翼以螺旋桨飞机模式工作。
倾转旋翼飞行器的工作特点要求旋翼短舱在倾转驱动机构作用下实现旋翼在直升机模式及飞机模式间动态倾转转换。目前本技术领域中的倾转驱动器主要有两种设计思路：
(1)基于直线作动方式的驱动器，其是利用作动器的顶推作用驱动旋翼短舱绕倾转轴转动；此种直线型驱动器通常利用液压系统驱动滚珠丝杠伸缩实现驱动器的顶推作用(可参见美国专利US 6,247,667B1)，虽然直线型驱动器的驱动力比较大，但是由于液压系统的存在，直线型驱动器往往体积及重量偏大，驱动器往往需要伸出机翼蒙皮，工作时影响到倾转旋翼飞行器的气动外形；
(2)基于双摇杆方式的驱动器，其是利用主动摇杆的转动，通过连杆的牵引，实现从动摇杆的转动直接牵引旋翼短舱转动；此种双摇杆方式驱动器(可参见中国发明申请号200480044114.0，名称为“紧凑倾转旋翼吊架转换驱动系统”一案)的设计转动角度为90°～100°，具有结构紧凑的优点，但是双摇杆驱动器在设计转动角度的两端时，即接近直升机工作模式及飞机工作模式时，由于驱动力臂的减小，需要提高驱动摇杆的扭矩输入，有待改进。
倾转旋翼飞行器的机翼内部需要穿过动力轴。大型倾转旋翼飞行器的动力装置通常置于倾转短舱内，为保证安全，安装在机翼两端的发动机需要通过机翼内部的传动装置将机翼两端的动力实现并车，即保证机翼两端成对的旋翼转速相同，还要考虑到一台发动机失效时，由位于另一端的动力装置同时为机翼两端的旋翼提供动力。由于机翼空间的限制，大型倾转旋翼飞行器实现并车的减速箱安装于机身，小型倾转旋翼飞行器的动力装置通常置于机身内部，利用传动装置将动力传递至机翼两端的旋翼。倾转旋翼飞行器的倾转驱动系统设计要充分考虑机翼内部的动力传动系统的安排，紧凑的倾转驱动系统可以减少对倾转旋翼飞行器机翼气动外形的影响，具有较小的质量，降低倾转旋翼飞行器机翼的动力学设计难度。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，其可克服现有倾转驱动机构的不足，结构紧凑，传动规律简单，便于倾转短舱倾转运动的控制。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，包括倾转机匣、齿轮盘、安装机架、动力驱动轴和驱动控制电机；所述倾转机匣为圆柱形，其外端安装有齿轮盘，内端可转动地插入安装机架内，所述齿轮盘还与倾转短舱的短舱机匣固定连接；动力驱动轴轴向穿过倾转机匣，且其一端与机翼内部的动力传动轴连接，另一端通过弧形伞齿可驱动地连接旋翼轴；所述安装机架上安装有蜗轮蜗杆机构，该蜗轮蜗杆机构的输出齿轮轴连接齿轮盘，在驱动控制电机的驱动下带动齿轮盘转动；且安装机架上设有固定件，该固定件连接机翼内的大梁。
上述安装机架上还设有两根加强翼肋。
上述倾转机匣的内壁与动力驱动轴之间设有滚子轴承。
上述蜗轮蜗杆机构的输出齿轮轴齿数小于齿轮盘的齿数。
采用上述方案后，本发明具有以下优点：
(1)用于驱动倾转短舱转动的力臂长度保持不变，因而在全部行程内，需用驱动扭矩不会发生剧烈变化；
(2)涡轮蜗杆机构加上齿传动设计，且蜗轮蜗杆机构的输出齿轮轴齿数小于齿轮盘的齿数，很容易实现很高的传动比，可以有效降低需用驱动扭矩；
(3)倾转机构充分考虑了机翼内部动力传动轴的布置，零部件少，结构紧凑，尤其适合小型倾转旋翼飞行器；
(4)驱动行程大，并且通过齿轮盘的设计加工，在机械上可实现倾转角度的限定；
(5)传动关系简单，便于实现想要的倾转控制规律。
附图说明
图1是装有本发明的倾转旋翼飞行器在直升机模式的工作示意图；
图2是装有本发明的倾转旋翼飞行器在飞机模式的工作示意图；
图3是本发明在倾转旋翼飞行器的右侧机翼端部安装位置处去除部分机翼蒙皮的局部放大示意图；
图4是本发明与右侧倾转旋翼短舱组装的示意图；
图5是本发明的组合剖视图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的部件及连接结构进行详细说明。
首先请参考图1和图2所示，是本发明所应用的倾转旋翼飞行器的工作示意图，其中，倾转旋翼飞行器1上安装有成对的倾转短舱5、6，具体来说，倾转短舱5、6分别安装于机身2伸出的机翼3、4两端，而旋翼7、8则分别安装于倾转短舱5、6上，在倾转短舱5、6的带动下，动态倾转或在某一倾转角度上定位，如图1中所示的是工作在直升机模式的倾转旋翼飞行器1，此时旋翼轴垂直于机翼3、4的弦线；而图2则表示工作在飞机模式的倾转旋翼飞行器1，此时旋翼轴平行于机翼3、4的弦线。
图3是本发明安装于倾转旋翼飞行器1的右侧机翼3的局部放大示意图，其中，机翼3的内部设有动力传动轴10和大梁9，而外端则设有由加强翼肋16、17(可配合图4所示)加固的安装机架11，倾转驱动机构13的内端即插入并安装在该安装机架11内，而倾转驱动机构13的外端与倾转短舱5相固连，在驱动控制电机12的驱动下，倾转短舱5会带动旋翼7跟随倾转驱动机构13转动，实现旋翼7的动态倾转及定位。
如图4所示，是本发明与倾转旋翼飞行器1的右侧倾转短舱5连接的示意图，其中，安装机架11上设有加强翼肋16、17与固定件18，且固定件18与机翼3内的大梁9连接；倾转驱动装置13的内端插入前述安装机架11，而内部则贯通设有动力驱动轴19，所述的动力驱动轴19在倾转短舱5内的短舱机匣23内部通过伞齿换向，驱动旋翼轴15带动旋翼7转动。所述安装机架11上还安装有蜗轮蜗杆机构20，借助驱动控制电机12的驱动，通过输出齿轮轴21带动固连于短舱机匣23的齿轮盘22转动，实现倾转短舱5的动态倾转。
本发明的剖视图可参考图5所示，其中，倾转驱动机构13包含有一圆柱形的倾转机匣24，所述倾转机匣24的外端借助螺栓同时固定连接短舱机匣23和齿轮盘22，而内端则通过深沟球轴承29、30定位插入由加强翼肋16、17固定的安装机架11内，使得倾转机匣24可以在安装机架11内转动；机翼3内部的动力传动轴10通过法兰与倾转机匣24内的动力驱动轴19连接；此外，倾转机匣24的内部还安装有一对单列圆锥滚子轴承27、28，确保动力驱动轴19可在倾转机匣24内自由转动，且该滚子轴承27、28可同时限制动力驱动轴19的串动，将其横向振动载荷传递至位于动力驱动轴19及加强翼肋16、17之间的止推轴承25、26，并最终作用到加强翼肋16、17上，由安装机架11承载；动力驱动轴19传递的扭矩通过弧形伞齿31、32换向，驱动旋翼轴15带动旋翼7工作。
综上所述，本发明一种倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，具有以下特点：
(1)本发明可固定安装于机翼外端，其主要部件为一圆柱形的倾转机匣24，该倾转机匣24的外端设有齿轮盘22，该齿轮盘22与短舱机匣23通过螺栓连接，倾转机匣24的内端则平行于机翼3延长方向而插入安装机架11内，并可在安装机架11内转动，且该倾转机匣24的内部贯通有用于驱动旋翼7的动力驱动轴19；安装机架11上还固定安装有蜗轮蜗杆机构20，可带动输出齿轮轴21与倾转机匣24上的齿轮盘22配合，以驱动倾转短舱5的转动，实现倾转短舱5在直升机模式和飞机模式之间的相互转换；
(2)由于是靠齿轮盘22驱动，因此在全转动行程内，用于驱动倾转短舱5转动的力臂长度保持不变，因而在全部行程内，所需驱动扭矩不会发生剧烈变化。涡轮蜗杆机构加上齿传动设计，很容易实现100倍以上的传动比，可以有效降低所需驱动扭矩；
(3)理论上本发明可以实现倾转短舱5在全向360°的倾转，然而根据实际需求及安全设计要求，可以通过局部加工与倾转短舱相连齿轮盘的方法(如齿轮盘局部铣齿)，在机械上限定倾转角度的范围；
(4)涡轮蜗杆机构的单向传动特性可以保证倾转短舱的定位。基于齿轮传动的驱动机构，由于传动关系简单，便于倾转控制规律的实现；
(5)将倾转驱动机构同倾转短舱5、机翼3及机翼3内部的动力传动系统有效融合，结构简单，非常适合小型倾转旋翼飞行器的使用与实现。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，其特征在于：包括倾转机匣(24)、齿轮盘(22)、安装机架(11)、动力驱动轴(19)和驱动控制电机(12)；所述倾转机匣(24)为圆柱形，其外端安装有齿轮盘(22)，内端可转动地插入安装机架(11)内，所述齿轮盘(22)还与倾转短舱(5)的短舱机匣(23)固定连接；动力驱动轴(19)轴向穿过倾转机匣(24)，且其一端与机翼(3)内部的动力传动轴(10)连接，另一端通过弧形伞齿(31，32)可驱动地连接旋翼轴(15)；所述安装机架(11)上安装有蜗轮蜗杆机构(20)，该蜗轮蜗杆机构(20)的输出齿轮轴(21)连接齿轮盘(22)，在驱动控制电机(12)的驱动下带动齿轮盘(22)转动；且安装机架(11)上设有固定件(18)，该固定件(18)连接机翼(3)内的大梁(9)。
2.如权利要求1所述的倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，其特征在于：所述安装机架(11)上还设有两根加强翼肋(16，17)。
3.如权利要求1所述的倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，其特征在于：所述倾转机匣(24)的内壁与动力驱动轴(19)之间设有滚子轴承。
4.如权利要求1所述的倾转旋翼飞行器倾转短舱的倾转驱动机构，其特征在于：所述蜗轮蜗杆机构(20)的输出齿轮轴(21)齿数小于齿轮盘(22)的齿数。
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Application publication date: 20110216