CN102616374A

CN102616374A - 一种直升机

Info

Publication number: CN102616374A
Application number: CN2012101093095A
Authority: CN
Inventors: 牟玉昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明涉及一种直升机，它包括有机壳，机壳的下端安装有停机架，机壳的首尾两端安装有两层螺旋桨，位于下方的螺旋桨为飞行螺旋桨，飞行螺旋桨套装在飞行桨管式转轴上，飞行桨管式转轴的末端套装有能源桨动力输入齿轮，位于上方的螺旋桨为能源螺旋桨，能源螺旋桨的能源桨管式转轴插装在飞行桨管式转轴内，能源桨管式转轴的下部伸出飞行桨管式转轴并且安装有轴式三相交流发电机组和盘式三相异步电动机组，盘式三相异步电动机的转子半径大于三相交流发电机转子半径，能源桨管式转轴的底部与直流发电机相连。本发明以电动机作为动力，减轻了飞机自身重量和燃油重量，耗能更低，消除坠机时燃油燃烧爆炸等产生的后果。结构简单，成本低廉。

Description

一种直升机

技术领域

本发明涉及一种直升机。

背景技术

飞机是空中的重要交通工具之一，随着地面交通的日益拥挤，空中交通也随之繁忙起来。除了航空公司的民用客机等公共交通工具以外，民用直升飞机也正在被开发，相信在不久的将来，民用轻型直升飞机将会像汽车一样得到普及。但是，现行的飞机需要消耗大量的燃油。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直升机，该直升机具有结构简单、耗能低、安全性高的特点。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

一种直升机，包括有机壳，机壳的下端安装有停机架，机壳的首尾两端均安装有上下两层螺旋桨，位于下方的螺旋桨为飞行螺旋桨，飞行螺旋桨包括有四片飞行旋叶片，飞行螺旋桨套装在飞行桨管式转轴上，飞行桨管式转轴的末端套装有能源桨动力输入齿轮，位于上方的螺旋桨为能源螺旋桨，能源螺旋桨包括有四片能源桨风斗式旋叶片，能源螺旋桨的能源桨管式转轴插装在飞行桨管式转轴内，能源桨管式转轴的下部伸出飞行桨管式转轴，能源桨管式转轴的下部安装有轴式三相交流发电机组和盘式三相异步电动机组，盘式三相异步电动机的转子半径大于三相交流发电机转子半径，能源桨管式转轴的底部与直流发电机相连。

所述的能源桨风斗式旋叶片是呈三角形的双层叶片。

本发明所具有的优点与效果是：

1、本发明一种直升机在公知单螺旋浆直升飞机的基础上，增加一个能源桨，能源桨的转轴插于飞行桨管式转轴内，能源桨的旋叶片设计为双层三角形风斗旋叶片，无论飞机停止或飞行，能源桨都会因万向风斗旋叶的作用而旋转，螺旋桨转轴上带动的直流发电机发出电能，并不断地给机内的蓄电池组充电。取消燃油发动机，以电动机作为动力，减轻了飞机自身重量和燃油重量，使飞机耗能更低，消除坠机时燃油燃烧爆炸等产生的严重后果。结构简单，成本低廉。

2、本发明在能源桨同转轴上的助力发电机转子永久磁铁因螺旋桨转动而同步同速转动，并对定子电枢绕组切割磁力线，定子电枢绕组产生三相感应电动势，定子电枢产生的三相交流电直接输送给与螺旋桨、助力发电机转子同轴的盘式电动机定子电枢，定子电枢得到电能后，产生交流旋转磁场，旋转电磁场的磁力线切割与能源桨转轴、助力发电机转子同轴的盘式电动机转子电枢，在转子电枢中同样感应产生三相交流电，因转子电枢为鼠笼式闭合回路，感应电动势转化为电磁场，并在定子旋转电磁场的带动下，产生转动扭力，起到给能源螺旋桨助力的作用。

3、本发明的能源桨风斗式旋叶片底部为倾斜角，其倾斜角度与飞行螺旋桨旋叶片的倾斜角度一样，因此，能源桨还具备一定的攀升力，具有助飞的功能，减少飞行螺旋桨的攀升力及降低飞行螺旋桨的能耗。当飞行桨发生故障停转时，飞机仍然能在能源桨的作用下继续飞行并缓慢下降，安全着陆，避免坠机，实现安全的目的。

4、本发明由于助力发电机组的转子、助力电动机的盘式转子均设计在能源桨的转轴上，即三机共用一个转轴，因此，三者克服的只有一个磨擦阻力，一个止动阻力。并且，设计在能源桨转轴上的轴式发电机，其转子半径很小，消耗的力矩也小，而设计在同轴上的盘式电动机的转子半径是发电机转子半径的一倍以上，因此，其产生的旋转扭矩也是轴式发电机所耗扭矩的一倍以上。当发电机和电动机的设计功率相等时，根据杠杆原理，电动机产生的旋转扭矩大于发电机所耗的扭矩一倍以上。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的飞行螺旋桨与能源螺旋桨的结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为本发明的电路原理图。

图中：机壳1、停机架2、飞行螺桨浆3、飞行桨管式转轴4、飞行桨旋叶片5、能源螺旋桨6、能源桨管式转轴7、能源桨风斗式旋叶片8、飞行桨旋叶片固定盘9、能源桨旋叶片固定盘10、能源桨动力输入齿轮11、能源桨助力机外壳12、助力发电机转子永久磁铁13、助力发电机定子电枢绕组14、助力电动机转子盘15、助力电动机盘式转子16、助力电动机定子电枢绕组17、助力电动机转子电枢18、直流发电机转轴19、直流发电机20、电源控制开关21、蓄电池22、充电自动控制器23、单向导通二极管24、飞行电动机电源开关25、飞行电动机26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述：

如图1-2所示，本发明一种直升机1包括有机壳1，机壳1的下端安装有停机架2，机壳1的首尾两端均安装有上下两层螺旋桨。位于下方的螺旋桨为飞行螺旋桨3，飞行螺旋桨3由四片飞行旋叶片5和飞行桨旋叶片固定盘9组成，飞行旋叶片5通过飞行桨旋叶片固定盘9套装在飞行桨管式转轴4上。飞行旋叶片5选用厚离8mm弹簧钢板制成，长3000mm，宽220mm，倾斜角度20度。飞行桨管式转轴4的末端套装有能源桨动力输入齿轮11，飞行桨管式转轴4采用直径160mm高弹性碳钢管制作，管壁厚度10mm，上下均用锥型轴承与机壳1固定。

位于上方的螺旋桨为能源螺旋桨6，能源螺旋桨6由四片能源桨风斗式旋叶片8和能源桨旋叶片固定盘10组成，能源桨风斗式旋叶片8下边缘距离飞行旋叶片5上边缘的间距500mm。能源桨风斗式旋叶片8是呈三角形的双层叶片。能源桨风斗式旋叶片8用挤压的三角形铝型材制作，旋叶片厚度大于5mm，并做硬度处理，使其具有一定的钢性，旋叶片的三角形上平面边长200mm，下倾斜边的倾斜角度20度，开口侧的开口高度100mm，旋叶片长2500mm。

能源螺旋桨6的能源桨管式转轴7插装在飞行桨管式转轴4内，两螺旋桨独立转动，能源桨管式转轴7的底部伸出飞行桨管式转轴4后通过直流发电机转轴19与直流发电机20相连。能源桨管式转轴7的底部安装有同轴的轴式三相交流发电机组和盘式三相异步电动机组，轴式三相交流发电机组所发三相交流电，直接供给本机内与其同轴的三相异步电动机组。与三相交流发电机组同轴的盘式三相异步电动机的转子半径，必须大于与其同轴的三相交流发电机转子半径。

能源桨管式转轴7选用直径120mm高弹性碳钢管制成，管壁厚度8-10mm，上下均用轴承固定到飞行桨管式转轴4内。

直流发电机20根据飞机的大小，自身重量及载重量确定选用功率大小不同的发电机。本实施例选择功率在10千瓦以上的直流发电机组，电压为36V。

三相交流发电机组包括有助力发电机定子电枢绕组14和四块助力电动机转子永久磁铁13，盘式三相异步电动机包括有助力电动机定子电枢绕组17、助力电动机转子电枢18、助力电动机盘式转子16和助力电动机转子盘15。助力发电机转子永久磁铁13选用钕铁硼磁性材料制作，用铸铝浇铸在能源桨管式转轴7。每块磁铁的尺寸分别为长300mm，厚度30mm。形状为圆弧形，外弧长75mm，外弧R为90mm，内弧长50mm，内弧R为60mm，其中两块外弧为N极，两块外弧为S极，四块磁铁等距离并且NS极相邻。助力发电机转子永久磁铁13与固定在能源桨助力机外壳12上的助力发电机定子电枢绕组14对应设置，能源桨助力机外壳12采用铸铁或钢板制成。助力发电机定子电枢绕组14采用直径1.5mm的铜漆包线绕制而成，共绕制27个线圈，线圈全部绕成矩形，其外径尺寸为有效边长320mm，宽145mm，高度20mm，厚度10mm。即每个线圈每层绕制13圈，共绕制6层。线圈绕制好以后，用绝缘漆浸蚀并烘干。烘干后的线圈，把每个线圈的首尾端相互间隔10mm的等距，用环氧树脂胶粘牢固于定子铁芯硒钢片的内壁上。线圈与硒钢片之间用云母片等绝缘材料绝缘。线圈粘牢固后，把相邻的9个线圈分成一组，共分成3组，每组线圈中心距互呈120度，把每组9个线圈的前一个线圈尾端线头与后一个线圈首端线头连接到一起，并绝缘处理。然后再把最后形成的首尾共6个线头的前一组线圈的尾端与后一组线圈的首端线头连接到一起，并绝缘处理，采用三相交流电的三角形接线法。把最后剩下的三条电源线引出机外，依次接到机外电源控制开关21上，电源控制开关21通过导线与助力电动机定子电枢绕组17相连，助力电动机定子电枢绕组17套装在能源浆管式转轴7上并固定在能源桨助力机外壳12上，助力电动机转子盘15用铸铝制成，转盘厚度60mm，内径圆120mm，外径圆为310mm，用螺栓固定到能源浆管式转轴7上。助力电动机盘式转子16用厚度 0.3mm宽250mm的硒钢片卷成内径圆310mm，外径圆 350mm，筒壁厚20mm的圆筒，套到转子盘15上，用螺丝固定。

助力电动机转子电枢18，用铜条做成鼠笼状，鼠笼两端的圆环用直径10×15mm的方铜条焊成内径310mm的圆环，有效边导体铜条选用直径 0.8 mm的铜条裁成220mm长72条，并把72根铜条间隔中心距离18mm，把两端焊到两个圆环上，把焊好后的鼠笼套到助力电动机盘式转子16上，并用铸铝浇铸牢固，转子16与电枢18之间做绝缘处理。

助力电动机定子电枢绕组17用直径1.5mm的铜漆包线绕制，共绕制36个线圈，并均绕制成矩形，每个线圈的外径尺寸分别为有效边长250mm，宽325m，高20m，厚度10mm。线圈绕制好以后，把每个线圈有效边的首尾端每间隔10mm等距用环氧树脂胶粘牢固于硒钢片内壁上，线圈与硒钢片之间采取绝缘处理，线圈粘牢固以后，把相邻的每12个线圈分为一组，共分三组，每组线圈的中心距互呈120°角度，并把每组线圈中的前一个线圈尾端线头与后一个线圈的首端线头相连接，然后再把三组线圈的6个线头中前一组线圈的尾端线头与后一组线圈的首端线头相连接，即三相交流电的三角形接线法，把最后形成的三个线头全部引出机外，依次接到控制开关21上。绕制好以后的线圈必须经绝缘漆浸蚀后烘干再用。

发电机定子位置的内径为260mm，盘式电动机定子位置的内径为460mm，发电机定子位置的内径长度为360mm，盘式电动机定子位置的内径长度尺寸为260mm。在发电机定子和电动机定子位置的机壳内壁上，镶嵌一层导磁铁芯，铁芯用硒钢片制成。硒钢片的厚度均为0.3mm，发电机定子铁芯用宽度为360mm的硒钢片卷成内径为224mm，外径为260mm的圆管，圆筒壁厚18mm，套在机壳内。盘式电动机定子铁芯用宽度260mm的硒钢片卷成内径424mm，外径460mm的圆筒，圆筒壁厚18mm，套在机壳内。

助力机制作好以后，沿逆时针方向转动能源螺旋桨6，此时，助力电动机产生的转动扭矩应与能源螺旋桨6的转动方向一致，如果方向相反，则应调整电源控制开关21上的接线次序，让电动机的扭力与能源螺旋桨6的转动方向一致。

飞行电动机26的功率与直流发电机20功率相同，电压为36V。

蓄电池22为锂电池组，电压为36V，容量不小于1000AH。

充电自动控制器23，选用一般充电器通常使用的自动控制电路，增大继电器功率即可。

单向导通二极管24，选用大功率二极管即可。

飞行电动机电源开关25，选用大功率电位器开关。

本发明的工作原理如下：

能源桨管式转轴7插在飞行桨管式转轴4的空芯内，并各自用轴承固定，飞行桨和能源桨各自独立工作，二者不同的是，飞行桨旋叶片5，是螺旋桨单层倾斜片，如图3所示，能源桨风斗式旋叶片8，是呈三角形设计的双层叶片、其逆风侧是二开口风斗，风斗顶部为平面，风斗底部与飞行桨旋叶片的倾斜角度一样，为倾斜面，当飞机停止不飞行时，能源桨风斗式旋叶片8在风力的吹动下产生兜风阻力，能源螺旋桨6被风吹动，无论直升飞机停止在什么方向，也无论什么风向，因为能源桨的四个旋叶片属于陀螺式万向设计，因此，能源桨都会永远朝一个方向转动，本实施例设计方向为右向逆时针方向旋转，能源桨自然转动，带动其机内同轴上的直流发电机20不停地发电，由于能源桨的风斗式旋叶片8在风力作用下24小时不停地转动，无论飞机停止或是飞行，直流发电机都会24小时不停地发电。如图4所示，在飞行停止飞行时，飞行电动机26的电源开关25处于关闭状态，此时，直流发电机20所发电能，经单向导通二极管24，源源不断地给蓄电池22充电。当蓄电池22的某个电池组的电量充满后，充电自动控制器23便可自动切断充电电路。

当能源螺旋桨6在旋叶风斗的作用下，24小时不停地转动时，设置在能源桨管式转轴7周围的助力发电机转子永久磁铁13因转动而产生切割磁力线，磁力线切割设计在其外周围的助力发电机定子电枢绕组14，并在电枢14中产生感应电动势，其所产生的电能直接用导线经机外电源控制开关21，输送给机内同轴上的助力电动机定子电枢绕组17，电枢绕组17得到电能后，产生旋转的电磁场，电磁场的磁力线切割设在能源桨的转轴上，与轴式发电机同轴的助力电动机盘式转子电枢18，在18中产生感应电动势，由于电枢18是鼠笼式闭合回路，因此，电枢18中的感应电动势即转化为电磁场，并在定子电枢绕组17旋转电磁力的带动下产生旋转扭力，其产生的电磁扭力增加了能源螺旋桨6在风力吹动下的动力，起到助力的作用。

当飞机飞行时，打开飞行电动机电源开关25，飞行电动机26直接或经传动机构能源桨动力输入齿轮11带动飞行桨管式转轴4转动，飞行桨旋叶片5产生攀升力，直升飞机飞行。此时，飞行桨旋叶片5搅动空气对能源螺旋桨6产生动力，同时，随着飞机速度的加快，能源螺旋桨6的能源桨风斗式旋叶片8在飞行螺旋桨3转动所带动的空气动力和飞行速度双重力量的带动下，能源螺旋桨6的转速也加快，同时，能源桨管式转轴上的助力电动机又给能源螺旋桨6增加了动力，能源桨除带动转轴上的直流发电机增大了发电量以外，其与飞行桨旋叶片的倾斜角度完全一致的能源桨风斗式旋叶片也同样产生攀升力。能源桨转动是风动的结果，飞机的飞行速度越快，能源桨的转速也越快，攀升力也越大，发电量也同样增大，电动助力机产生的扭力也越大。

飞机飞行时，带动飞行螺旋桨3转动的飞行电动机26靠蓄电池22供电，同时，能源螺旋桨6带动的直流发电机20也给其供电，电力不足部分由蓄电池组补充供电。

飞机停止飞行时，能源桨管式转轴上所带的直流发电机20由于在单向导通二极管的作用下，只能给蓄电池22充电，而蓄电池22的电能无法流向发电机，也就无法把发电机变成电动机。

Claims

1.一种直升机，包括有机壳，机壳的下端安装有停机架，其特征在于机壳的首尾两端均安装有上下两层螺旋桨，位于下方的螺旋桨为飞行螺旋桨，飞行螺旋桨包括有四片飞行旋叶片，飞行螺旋桨套装在飞行桨管式转轴上，飞行桨管式转轴的末端套装有能源桨动力输入齿轮，位于上方的螺旋桨为能源螺旋桨，能源螺旋桨包括有四片能源桨风斗式旋叶片，能源螺旋桨的能源桨管式转轴插装在飞行桨管式转轴内，能源桨管式转轴的下部伸出飞行桨管式转轴，能源桨管式转轴的下部安装有轴式三相交流发电机组和盘式三相异步电动机组，盘式三相异步电动机的转子半径大于三相交流发电机转子半径，能源桨管式转轴的底部与直流发电机相连。

2.根据权利要求1所述的一种直升机，其特征在于所述的能源桨风斗式旋叶片是呈三角形的双层叶片。