CN103204237B

CN103204237B - 一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置

Info

Publication number: CN103204237B
Application number: CN201310086531.2A
Authority: CN
Inventors: 梁建宏; 杨兴帮; 王希; 令狐选霞; 吴海亮; 王田苗; 周亮; 方燏; 丁士洲
Original assignee: Beihang University; Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Current assignee: Beihang University; Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: CN103204237A

Abstract

本发明公开了一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，该空中推进装置中的第一桨叶和第二桨叶安装在第二法兰的两端，第三桨叶和第四桨叶安装在第一法兰的两端，十字轴上通过轴承连接有第一、第三、第四锥齿轮，第二锥齿轮安装在第一法兰上，第四锥齿轮安装在第二法兰上；在桨叶电机的驱动下，通过中间轴将运动传递至第一法兰上，第一法兰的转动带动了第一锥齿轮的运动，从而使其余的三个锥齿轮运动，致使四个桨叶运动。本发明设计的空中推进装置前后双层桨叶共轴转动，前层桨叶与后层桨叶的转动方向相反，能够平衡掉单向转动的偏转力矩对无人机飞行姿态的影响，有利于无人机在空中的飞行控制。

Description

一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置

技术领域

本发明涉及一种无人机，更特别地说，是指一种适用于水空两栖生存能力的无人机用的空中推进装置。

背景技术

无人机是无人驾驶航空器的简称，英文缩写为UAV（Unmanned AerialVehicle）。

无人机的设计最重要的要求是在机身系统达到足够坚固的情况下，尽可能更轻便。而各种任务载荷要求下的无人机留给运动传动机构的空间和质量配额都十分有限，要灵活并高效地将工程上基本的驱动运动，如高速转动，转变为有利的受控运动。基本的航空传动方式包括直接驱动、比例放大驱动、电力伺服驱动与液压伺服驱动等。

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

国防工业出版社，2009年3月第1版第1次印刷，魏瑞轩、李学仁编著的《无人机系统及作战使用》一书，在第1章总论无人机系统中介绍了无人机系统的一般组成（第2页，图1-2所示）。其中，飞机系统包括有机体系统、推进系统、飞控系统和导航系统。

目前无人机的空中推进系统多采用单桨或对称布置于机身中轴线两侧转向相反的双桨（抵消偏转力矩），而且推进动力源多为发动机。单桨推进会产生偏转力矩影响无人机的飞行姿态，对称布置于机身转向相反的双桨驱动虽然能够抵消偏转力矩，但是增加了动力源的数量，提高了系统复杂度，降低了系统的可靠性，同时双桨推进需要分别对两个动力源进行协调控制，也增加了姿态控制的难度。另外，目前空中推进系统未进行密封性设计，仅考虑工作于空气环境中，在潮湿或水体环境下空中推进系统失效。

发明内容

为了消除单桨推进偏转力矩的影响，改善对称双桨推进系统复杂与姿态难控的缺陷，拓展无人机推进系统在不同作业环境下（水体环境、空气环境）的适应性，本发明提供了一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置。该空中推进装置采用电机提供动力，通过十字轴与齿轮之间的配合，在电机的带动下实现双层桨叶的转动。本发明设计的空中推进装置的传动部分通过机械密封和油密封混合密封方式进行密封，能够使整个空中推进系统在反复跨海空后都能保持其原有的推进性能。

本发明的一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，该空中推进装置包括有第一桨叶（11）、第二桨叶（12）、第三桨叶（13）、第四桨叶（14）、桨叶驱动组件（15）、密封组件（16）、支撑筒（17）、第一轴套（18）、中间轴（19）、桨叶电机（1A）、联轴器（1B）、十字轴键（1C）；其中，第一桨叶（11）、第二桨叶（12）、第三桨叶（13）和第四桨叶（14）的结构相同；

所述桨叶驱动组件（15）包括有第一锥齿轮（151）、第二锥齿轮（152）、第三锥齿轮（153）、第四锥齿轮（154）、第一桨叶法兰（155）、第二桨叶法兰（156）、十字轴（157）和锁紧螺母（158）；其中，第一锥齿轮（151）与第三锥齿轮（153）的结构相同；第二锥齿轮（152）与第四锥齿轮（154）的结构相同；

十字轴（157）包括有十字A轴（157A）和十字B轴（157B），且十字A轴（157A）与十字B轴（157B）互相垂直；

十字A轴（157A）的一端上顺次套接有第一深沟球轴承（157A1）、第二深沟球轴承（157A2）和第一锁紧螺母（157A3），且第一深沟球轴承（157A1）和第二深沟球轴承（157A2）置于第一锥齿轮（151）的第三轴承腔（151A）中；

十字A轴（157A）的另一端上顺次套接有第三深沟球轴承（157B1）、第四深沟球轴承（157B2）和第二锁紧螺母（157B3），且第三深沟球轴承（157B1）和第四深沟球轴承（157B2）置于第三锥齿轮（153）的第五轴承腔（153A）中；

十字B轴（157B）的轴向中心为第一中心通孔（157C）；

十字B轴（157B）的一端设有第一轴承腔（157D），该第一轴承腔（157D）用于放置第七深沟球轴承（157C3）；

十字B轴（157B）的另一端设有第二轴承腔（157E），该第二轴承腔（157E）用于放置第十一深沟轴承（16D）；

十字B轴（157B）的另一端的轴体上设有销钉孔（157F），通过在该销钉孔（157F）内放置销钉实现十字轴（157）的十字B轴（157B）的另一端与第一轴套（18）的一端连接；

十字B轴（157B）的另一端上顺次套接有第一铜套（157C4）、第五深沟球轴承（157C1）、第二铜套（157C5）、第六深沟球轴承（157C2），且第一铜套（157C4）、第五深沟球轴承（157C1）、第二铜套（157C5）和第六深沟球轴承（157C2）置于第四锥齿轮（154）的第六轴承腔（154A）中。

第一桨叶法兰（155）的中部是法兰盘体（1558），所述法兰盘体（1558）的两边是支撑A臂（1551）和支撑B臂（1552）。

所述支撑A臂（1551）的端部设有第一U形槽（1555），所述第一U形槽（1555）用于安装第三桨叶（13）；支撑A臂（1551）上设有减重槽（1551A），所述减重槽（1551A）上设有第一螺纹孔（1551B），第一螺纹孔（1551B）与螺钉的配合用于安装第一限位块（155A）的一端，第一限位块（155A）的另一端用于限制第三桨叶（13）向后运动的范围。

所述支撑B臂（1552）的端部设有第二U形槽（1556），所述第二U形槽（1556）用于安装第四桨叶（14）；支撑B臂（1552）上设有减重槽（1552A），所述减重槽（1552A）上设有第二螺纹孔（1552B），第二螺纹孔（1552B）与螺钉的配合用于安装第二限位块（155B）的一端，第二限位块（155B）的另一端用于限制第四桨叶（14）向后运动的范围。

所述法兰盘体（1558）的中心为第二中心通孔（1553），该第二中心通孔（1553）用于中间轴（19）的一端穿过。

所述法兰盘体（1558）上设有锁紧轴端（1554），该锁紧轴端（1554）上设有B销钉孔，穿过第二中心通孔（1553）的中间轴（19）的一端通过在所述的B销孔内设置B销钉，实现将中间轴（19）的一端与第一桨叶法兰（155）的连接，且在中间轴（19）的端部安装锁紧螺母（158）；中间轴（19）的另一端顺次穿过第一桨叶法兰的的中心通孔（1553）、第七深沟轴承（157C3）、十字轴（157）的中心通孔、第十一深沟轴承（16D）、第二机械密封静环（162）、第二机械密封动环（166）、第四定位环（164）、第一机械密封静环（161）、第一机械密封动环（165）、第三定位环（163）、第二定位环（17C）、第十深沟轴承（17D）、第九深沟轴承（17B）、第一定位环（17A）、第八深沟轴承（1D）后，连接在联轴器（1B）上，联轴器（1B）的另一端与十字轴键（1C）的一端连接，十字轴键（1C）的另一端与桨叶电机（1A）的输出轴连接。

第一桨叶法兰（155）的法兰盘体（1558）的另一侧上设有空心圆柱（1559），空心圆柱（1559）与法兰盘体（1558）之间是第一沉头腔（1557），该第一沉头腔（1557）用于放置第二锥齿轮（152）的齿轮轴端。

第二桨叶法兰（156）的中部是法兰盘体（1568），所述法兰盘体（1568）的两边是支撑A臂（1561）和支撑B臂（1562）。

所述支撑A臂（1561）的端部设有第三U形槽（1565），所述第三U形槽（1565）用于安装第一桨叶（11）。

所述支撑B臂（1562）的端部设有第四U形槽（1566），所述第四U形槽（1566）用于安装第二桨叶（12）。

所述法兰盘体（1568）的中心为第三中心通孔（1563），该第三中心通孔（1563）用于第四锥齿轮（154）的齿轮轴端穿过；所述法兰盘体（1568）上设有法兰连接环（1567），该法兰连接环（1567）与第四锥齿轮（154）的齿轮轴端过盈配合；

支撑筒（17）内部的两端对称设有A轴承腔（171）、B轴承腔（172），所述A轴承腔（171）用于放置第十深沟球轴承（17D），所述B轴承腔（172）用于放置第九深沟球轴承（17B）；支撑筒（17）的两端分别安装有第一定位环（17A）、第二定位环（17C），即第一定位环（17A）在第九深沟球轴承（17B）的外侧，第二定位环（17C）在第十深沟球轴承（17D）的外侧；第一定位环（17A）与第二定位环（17C）能够阻止支撑筒（17）沿机身中心轴线方向上滑动；

第一轴套（18）的一端为小连接段（18A），第一轴套（18）的另一端为大连接段（18B）。

所述小连接段（18A）上设有A销钉孔（18A1），通过在A销钉孔（18A1）中放置销钉实现十字轴（157）的十字B轴（157B）与小连接段（18A）的连接。

所述大连接段（18B）上设有一通孔（18B2），该通孔（18B2）用于安装注油咀（167）。

所述大连接段（18B）的内部的一端设有内挡环（18B1），该内挡环（18B1）与第二机械密封静环（162）接触；所述大连接段（18B）的内部的另一端设有凸台（18B3），该凸台（18B3）与第一机械密封静环（161）接触。

水密封组件（16）包括有第三定位环（163）、第四定位环（164）、第一机械密封动环（165）、第二机械密封动环（166）、第一机械密封静环（161）、第二机械密封静环（162）；其中，第三定位环（163）、第一机械密封动环（165）和第一机械密封静环（161）构成一组水密封件；第四定位环（164）、第二机械密封动环（166）和第二机械密封静环（162）构成另一组水密封件；两级水密封件置于第一轴套（18）内。

桨叶电机（1A）的输出轴（1A1）上的卡键（1A2）安装在十字轴键（1C）一端的卡槽中，十字轴键（1C）另一端的卡槽（1C1）内安装有联轴器（1B）的卡键（1B1），联轴器（1B）的中心是沉头孔（1B2），该沉头孔（1B2）用于放置中间轴（19）的另一端，中间轴（19）的一端安装在第一桨叶法兰（155）的法兰盘体（1558）的第二中心通孔内。

本发明空中推进装置的优点在于：

①前后双层桨叶共轴转动，前层桨叶绕中间轴19转动（前层桨叶安装在第一桨叶法兰155上），后层桨叶绕十字轴157转动（后层桨叶安装在第二桨叶法兰156上），中间轴19和十字轴157共轴且转向相反，使前层桨叶与后层桨叶的转动方向相反，这样能够平衡掉单向转动的偏转力矩对无人机飞行姿态的影响，有利于无人机在空中的飞行控制。

②空中推进装置的传动部分（中间轴19和第一轴套18）之间采用机械密封、油密封、机械密封三级混合密封方式进行密封，可使整个空中推进系统在反复跨海空后都能保持其原有的推进性能。

③当无人机从水面起飞时，先由气囊通过浮力将前后双层桨叶伸出水面并使机体竖立起来，然后通过电机带动前后双层桨叶转动，使得前后双层桨叶产生巨大的推力，这个推力可将整个无人机从水里拉出来升入空中，实现水体环境到空气环境的转换。

④当无人机在空中转入平飞后，前后双层桨叶高速转动产生无人机向前飞行的拉力，同时前后双层桨叶产生的滑流作用使机翼部分产生更大的升力，增加飞行稳定性。

附图说明

图1是一种无人机的外部俯视结构图。

图2是本发明的适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置的结构图。

图2A是本发明空中推进装置的未装配桨叶的剖面图。

图3是本发明空中推进装置中桨叶驱动组件的结构图。

图3A是本发明空中推进装置中桨叶驱动组件的A-A剖面图。

图3B是本发明空中推进装置中桨叶驱动组件分解图。

图3C是本发明空中推进装置中十字轴的结构图。

图3D是本发明空中推进装置中十字轴的另一视角结构图。

图3E是本发明空中推进装置中第一桨叶法兰的结构图。

图3F是本发明空中推进装置中第二桨叶法兰的结构图。

图4是本发明空中推进装置中桨叶驱动电机与十字轴键、联轴器和中间轴的结构图。

图4A是本发明空中推进装置中的桨叶驱动电机与十字轴键、联轴器的分解图。

图5是本发明空中推进装置中的第一轴套的剖面图。

图6是本发明空中推进装置中的支撑筒的剖面图。

1.空中推进装置	11.第一桨叶	12.第二桨叶
			13.第三桨叶	14.第四桨叶	15.桨叶驱动组件
151.第一锥齿轮	151A.第三轴承腔	152.第二锥齿轮
			152A.第四轴承腔	153.第三锥齿轮	153A.第五轴承腔
154.第四锥齿轮	154A.第六轴承腔	155.第一桨叶法兰
			155A.第一限位块	155B.第二限位块	1551.支撑A臂
1551A.减重孔	1551B.第一螺纹孔	1552.支撑B臂
			1552A.减重孔	1552B.第二螺纹孔	1553.第二中心通孔
1554.锁紧轴端	1555.第一U形槽	1556.第二U形槽
			1557.第一沉头腔	1558.法兰盘体	1559.空心圆柱
156.第二桨叶法兰	1561.支撑A臂	1562.支撑B臂
			1563.第三中心通孔	1565.第三U形槽	1566.第四U形槽
1567.法兰连接环	1568.法兰盘体	157.十字轴
			157A.十字A轴	157B.十字B轴	157C.第一中心通孔
157D.第一轴承腔	157E.第二轴承腔	157F.销钉孔
			157A1.第一深沟球轴承	157A2.第二深沟球轴承	157A3.第一锁紧螺母
157B1.第三深沟球轴承	157B2.第四深沟球轴承	157B3.第二锁紧螺母
			157C1.第五深沟球轴承	157C2.第六深沟球轴承	157C3.第七深沟球轴承
157C4.第一铜套	157C5.第二铜套	158.锁紧螺母
			159.锁紧钉	16.水密封组件	16D.第十一深沟球轴承
161.第一机械密封静环	162.第二机械密封静环	163.第三定位环
			164.第四定位环	165.第一机械密封动环	166.第二机械密封动环
167.注油咀	17.支撑筒	17A.第一定位环
			17B.第九深沟球轴承	17C.第二定位环	17D.第十深沟球轴承
171.A内凸台	172.B内凸台	18.第一轴套
			18A.小连接段	18A1.A销钉孔	18B.大连接段
18B1.内挡环	18B2.通孔	18B3.凸台
			19.中间轴	1A.桨叶电机	1A1.输出轴
1A2.卡键	1B.联轴器	1B1.卡键
			1B2.沉头孔	1C.十字轴键	1C1.卡槽
1D.第八深沟球轴承	2.水下推进组件	3.V型尾翼组件
			4.左翼组件	5.右翼组件	6.架梁组件
6H.架梁外壳	6K.架梁外套筒	7.水空气囊竖起组件
			8.左翼驱动组件	9.右翼驱动组件	10.折叠翼支撑体
11.收拢展开转换组件

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种适用于跨海空两栖无人机的俯视结构如图1所示，该无人机包括有空中推进装置1、水下推进组件2、V型尾翼组件3、左翼组件4、右翼组件5、架梁机身6、水空气囊竖起组件7、左翼驱动组件8、右翼驱动组件9、折叠翼支撑体10和收拢展开转换组件11；

其中，左翼组件4、左翼驱动组件8、右翼组件5、右翼驱动组件9和折叠翼支撑体10构成无人机的可折叠机翼部分；

其中，左翼组件4与右翼组件5的结构相同，且以机身中心轴线对称安装；

其中，左翼驱动组件8与右翼驱动组件9的结构相同，且以机身中心轴线对称安装在折叠翼支撑体10上。

在本发明中，参见图2～图6所示，适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置1包括有第一桨叶11、第二桨叶12、第三桨叶13、第四桨叶14、桨叶驱动组件15、密封组件16、支撑筒17、第一轴套18、中间轴19、桨叶电机1A、联轴器1B、十字轴键1C；其中，第一桨叶11、第二桨叶12、第三桨叶13和第四桨叶14的结构相同，且第一桨叶11和第二桨叶12形成后层桨叶，第三桨叶13和第四桨叶14形成前层桨叶。

（一）桨叶

在本发明中，四个桨叶的长度为28cm，几何螺距为12cm，由碳纤维材料通过模具贴敷成型得到。

（二）桨叶驱动组件15

参见图2、图2A、图3、图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F所示，桨叶驱动组件15包括有第一锥齿轮151、第二锥齿轮152、第三锥齿轮153、第四锥齿轮154、第一桨叶法兰155、第二桨叶法兰156、十字轴157和锁紧螺母158；其中，第一锥齿轮151与第三锥齿轮153的结构相同；第二锥齿轮152与第四锥齿轮154的结构相同；

（三）十字轴157

参见图3A、图3B、图3C所示，十字轴157包括有十字A轴157A和十字B轴157B，且十字A轴157A与十字B轴157B互相垂直；

十字A轴157A的一端上顺次套接有第一深沟球轴承157A1、第二深沟球轴承157A2和第一锁紧螺母157A3，且第一深沟球轴承157A1和第二深沟球轴承157A2置于第一锥齿轮151的第三轴承腔151A中；

十字A轴157A的另一端上顺次套接有第三深沟球轴承157B1、第四深沟球轴承157B2和第二锁紧螺母157B3，且第三深沟球轴承157B1和第四深沟球轴承157B2置于第三锥齿轮153的第五轴承腔153A中；

十字B轴157B的轴向中心为第一中心通孔157C；

十字B轴157B的一端设有第一轴承腔157D，该第一轴承腔157D用于放置第七深沟球轴承157C3；

十字B轴157B的另一端设有第二轴承腔157E，该第二轴承腔157E用于放置第十一深沟轴承16D；

十字B轴157B的另一端的轴体上设有销钉孔157F，通过在该销钉孔157F内放置销钉实现十字轴157的十字B轴157B的另一端与第一轴套18的一端连接；

十字B轴157B的另一端上顺次套接有第一铜套157C4、第五深沟球轴承157C1、第二铜套157C5、第六深沟球轴承157C2，且第一铜套157C4、第五深沟球轴承157C1、第二铜套157C5和第六深沟球轴承157C2置于第四锥齿轮154的第六轴承腔154A中。

（四）第一桨叶法兰155

参见图2、图3、图3B、图3E所示，第一桨叶法兰155的中部是法兰盘体1558，所述法兰盘体1558的两边是支撑A臂1551和支撑B臂1552。

所述支撑A臂1551的端部设有第一U形槽1555，所述第一U形槽1555用于安装第三桨叶13；支撑A臂1551上设有减重槽1551A，所述减重槽1551A上设有第一螺纹孔1551B，第一螺纹孔1551B与螺钉的配合用于安装第一限位块155A的一端，第一限位块155A的另一端用于限制第三桨叶13向后运动的范围。

所述支撑B臂1552的端部设有第二U形槽1556，所述第二U形槽1556用于安装第四桨叶14；支撑B臂1552上设有减重槽1552A，所述减重槽1552A上设有第二螺纹孔1552B，第二螺纹孔1552B与螺钉的配合用于安装第二限位块155B的一端，第二限位块155B的另一端用于限制第四桨叶14向后运动的范围。

所述法兰盘体1558的中心为第二中心通孔1553，该第二中心通孔1553用于中间轴19的一端穿过。

所述法兰盘体1558上设有锁紧轴端1554，该锁紧轴端1554上设有B销钉孔，穿过第二中心通孔1553的中间轴19的一端通过在所述的B销孔内设置B销钉，实现将中间轴19的一端与第一桨叶法兰155的连接，且在中间轴19的端部安装锁紧螺母158；中间轴19的另一端顺次穿过第一桨叶法兰的的中心通孔1553、第七深沟轴承157C3、十字轴157的中心通孔、第十一深沟轴承16D、第二机械密封静环162、第二机械密封动环166、第四定位环164、第一机械密封静环161、第一机械密封动环165、第三定位环163、第二定位环17C、第十深沟轴承17D、第九深沟轴承17B、第一定位环17A、第八深沟轴承1D后，连接在联轴器1B上，联轴器1B的另一端与十字轴键1C的一端连接，十字轴键1C的另一端与桨叶电机1A的输出轴连接。

第一桨叶法兰155的法兰盘体1558的另一侧上设有空心圆柱1559，空心圆柱1559与法兰盘体1558之间是第一沉头腔1557，该第一沉头腔1557用于放置第二锥齿轮152的齿轮轴端。

（五）第二桨叶法兰156

参见图2、图3、图3B、图3F所示，第二桨叶法兰156的中部是法兰盘体1568，所述法兰盘体1568的两边是支撑A臂1561和支撑B臂1562。

所述支撑A臂1561的端部设有第三U形槽1565，所述第三U形槽1565用于安装第一桨叶11。

所述支撑B臂1562的端部设有第四U形槽1566，所述第四U形槽1566用于安装第二桨叶12。

所述法兰盘体1568的中心为第三中心通孔1563，该第三中心通孔1563用于第四锥齿轮154的齿轮轴端穿过；所述法兰盘体1568上设有法兰连接环1567，该法兰连接环1567与第四锥齿轮154的齿轮轴端过盈配合。略长的法兰连接环1567能够更牢固地将第四锥齿轮154安装在第二桨叶法兰156的法兰盘体1568上。

（六）支撑筒17

参见图2、图2A、图6所示，支撑筒17内部的两端对称设有A轴承腔171、B轴承腔172，所述A轴承腔171用于放置第十深沟球轴承17D，所述B轴承腔172用于放置第九深沟球轴承17B。

支撑筒17的两端分别安装有第一定位环17A、第二定位环17C，即第一定位环17A在第九深沟球轴承17B的外侧，第二定位环17C在第十深沟球轴承17D的外侧。第一定位环17A与第二定位环17C能够阻止支撑筒17沿机身中心轴线方向上滑动。

（七）第一轴套18

参见图2、图2A、图5所示，第一轴套18的一端为小连接段18A，第一轴套18的另一端为大连接段18B。

所述小连接段18A上设有A销钉孔18A1，通过在A销钉孔18A1中放置销钉实现十字轴157的十字B轴157B与小连接段18A的连接。

所述大连接段18B上设有一通孔18B2，该通孔18B2用于安装注油咀167，其中，注油咀167用于将黄油从此油咀注入，实现油密封。

所述大连接段18B的内部的一端设有内挡环18B1，该内挡环18B1与第二机械密封静环162接触；所述大连接段18B的内部的另一端设有凸台18B3，该凸台18B3与第一机械密封静环161接触。

在本发明中，第一轴套18的小连接段18A与十字轴157的十字B轴157B连接，第一轴套18的大连接段18B与架梁外套筒6K的一端连接。第一轴套18的内部放置有第四定位环164、第二机械密封动环166、第二机械密封静环162、第一机械密封静环161、第一机械密封动环165和第三定位环163。

在本发明中，第一轴套18的大连接段18B与架梁组件6中的架梁外套筒6K一端的连接为密封连接（如图1所示），通过机械密封、油密封、机械密封三级混合密封的配合使得水不能进入加量外套筒6K的内腔里。

（八）水密封组件16

参见图2A所示，水密封组件16包括有第三定位环163、第四定位环164、第一机械密封动环165、第二机械密封动环166、第一机械密封静环161、第二机械密封静环162；其中，第三定位环163、第一机械密封动环165和第一机械密封静环161构成一组水密封件；第四定位环164、第二机械密封动环166和第二机械密封静环162构成另一组水密封件；两级水密封件置于第一轴套18内。

（九）桨叶电机

参见图2、图2A、图4、图4A所示，桨叶电机1A的输出轴1A1上的卡键1A2安装在十字轴键1C一端的卡槽中，十字轴键1C另一端的卡槽1C1内安装有联轴器1B的卡键1B1，联轴器1B的中心是沉头孔1B2，该沉头孔1B2用于放置中间轴19的另一端，中间轴19的一端安装在第一桨叶法兰155的法兰盘体1558的第二中心通孔内。

在本发明中，桨叶电机1A置于架梁组件6的架梁外壳6H中（如图1所示）。

在本发明中，桨叶电机安装在架梁外壳6H中，该电机为Predator30航模专用电机，质量1.55kg，外形尺寸为直径103mm，总长98.5mm（算上输出轴长度），额定输出功率11KW，最大输出功率可达12.5KW。

本发明设计的空中推进装置1的装配为：

桨叶电机1A的输出轴上连接有十字轴键1C，十字轴键1C的另一端与联轴器1B的卡键连接，联轴器1B的沉头孔内连接有中间轴19的一端；

中间轴19的另一端顺次穿过第八深沟球轴承1D、第一定位环17A、第九深沟球轴承17B、第十深沟球轴承17D、第二定位环17C、第三定位环163、第一机械密封动环165、第一机械密封静环161、第四定位环164、第二机械密封动环166、第二机械密封静环162、第十一深沟球轴承16D、十字轴157的十字B轴157B的第一中心通孔157C、第七深沟球轴承157C3、第一桨叶法兰155的第二中心通孔1553后螺纹连接上锁紧螺纹158；

第一桨叶法兰155上安装有第二锥齿轮152，第二桨叶法兰156上安装有第四锥齿轮154，十字轴157的十字A轴的两端安装有第一锥齿轮151和第三锥齿轮153，十字轴157的十字B轴与第一轴套18连接；

第一桨叶11和第二桨叶12安装在第二桨叶法兰156的两端，第三桨叶13和第四桨叶14安装在第一桨叶法兰155的两端。

本发明设计的空中推进装置1，在桨叶电机提供的动力条件下的运动关系如下：

空中推进装置1的桨叶电机1A的输出轴1A1通过十字轴键1C带动联轴器1B转动，即十字轴键1C将桨叶电机1A输出轴1A1的转动运动传递到联轴器1B，联轴器1B通过销钉固连将转动运动传递到中间轴19，带动中间轴19绕其轴心做转动，中间轴19通过销钉固连将将转动运动传递给第一桨叶法兰155，第一桨叶法兰155的转动带动第三桨叶13和第四桨叶14绕中间轴19旋转，第一桨叶法兰155与第二锥齿轮152为过盈配合，因而将转动运动传递到第二锥齿轮152，第二锥齿轮152与第一锥齿轮151和第三锥齿轮153啮合，因而将转动传递到第一锥齿轮151和第三锥齿轮153，第一锥齿轮151和第三锥齿轮153自转的同时绕中间轴19公转，公转方向与第二锥齿轮152相同，第一锥齿轮151和第三锥齿轮153分别安装在十字轴1C的两端，因而将公转运动传递到十字轴1C，使十字轴1C绕中间轴19做与第二锥齿轮152相同的旋转运动，十字轴1C通过十字B轴157B的销钉与第一轴套18固连，因而将转动运动传递到第一轴套18，使第一轴套18做与中间轴19相同方向的转动；另外第一锥齿轮151和第三锥齿轮153分别与第四锥齿轮154啮合，因而将公转运动传递到第四锥齿轮154，使第四锥齿轮154绕中间轴做与第三锥齿轮153转速相同方向相反的转动，因第四锥齿轮154与第二桨叶法兰156通过过盈配合固连，因而将转动运动传递到第二桨叶法兰156，第二桨叶法兰156的转动带动第一桨叶11和第二桨叶12绕中间轴19做反向旋转。

本发明设计的跨海空两栖无人机包括有水下环境的潜航工作过程和空中环境的飞行工作过程。其中：

（一）水下环境

1.1空中推进装置1（或者称为共轴反桨组件）停止工作；

1.2作动筒驱动左右翼的驱动组件收拢，使左右主机翼后掠，后掠角达到90度，此时整个系统所受水阻力最小；

1.3水下螺旋桨驱动电机驱动水下螺旋桨旋转产生整个系统的推进力；

1.4水下运动方向和俯仰控制可通过舵机调整尾部左右两个控制舵的舵角来实现；

（二）空中环境

2.1水下螺旋桨停止工作；

2.2作动筒驱动左右翼的驱动区间展开，使左右主机翼展开为45度后掠角；

2.3大功率电机通过传动轴驱动共轴反桨组件工作，产生向前的驱动力；

2.4通过控制尾翼的左右两个控制舵的舵角来实现在空中的俯仰和转向运动；

2.5通过控制机翼副翼的差动角控制无人机的滚转运动；

本发明设计的跨海空两栖无人机在两种不同工作环境下的转换过程为：

（A）水下环境→空中环境

1）水下螺旋桨推进，控制尾翼控制舵舵角，使整个系统上浮至水面附近1m以内；

2）充气泵对平均分布在机身前端的四个气囊进行充气，气囊的浮力将整个系统竖立起来，使共轴反桨推进组件浮出水面；

3）空气螺旋桨驱动电机启动，通过传动轴带动共轴反桨组件旋转，共轴反桨组件产生的推力将整个无人机系统拉出水面，垂直升空；

4）作动筒驱动机翼的驱动组件展开，使两机翼展开45度后掠角后后掠，调节尾翼控制舵到合适舵角，调整螺旋桨控制参数，使无人机从垂直起飞转入平飞状态，完成从水下到空中的起飞过程；

5）气泵驱动气囊放气；

（B）空中环境→水下环境

1）共轴反桨组件降低转速，飞行器减速，缓慢下降到距水面5m以内；

2）调整姿态使飞行器前端竖直向下朝向水面；

3）作动筒驱动机翼的驱动组件收拢，使无人机的两机翼后掠角为90度；

4）共轴反桨组件停止转动，控制螺尾翼方向舵舵角，使整个系统竖直撞向水面；

5）由于整机设计密度为1.0×10³kg/m³，与水密度相同，溅落入水后整个无人机会悬浮于水中；

6）水下螺旋桨驱动电机驱动水下螺旋桨旋转，产生推力，配合尾翼控制舵实现水下航行。

Claims

1.一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，其特征在于：该空中推进装置包括有第一桨叶(11)、第二桨叶(12)、第三桨叶(13)、第四桨叶(14)、桨叶驱动组件(15)、密封组件(16)、支撑筒(17)、第一轴套(18)、中间轴(19)、桨叶电机(1A)、联轴器(1B)、十字轴键(1C)；其中，第一桨叶(11)、第二桨叶(12)、第三桨叶(13)和第四桨叶(14)的结构相同；

所述桨叶驱动组件(15)包括有第一锥齿轮(151)、第二锥齿轮(152)、第三锥齿轮(153)、第四锥齿轮(154)、第一桨叶法兰(155)、第二桨叶法兰(156)、十字轴(157)和锁紧螺母(158)；其中，第一锥齿轮(151)与第三锥齿轮(153)的结构相同；第二锥齿轮(152)与第四锥齿轮(154)的结构相同；

十字轴(157)包括有十字A轴(157A)和十字B轴(157B)，且十字A轴(157A)与十字B轴(157B)互相垂直；

十字A轴(157A)的一端上顺次套接有第一深沟球轴承(157A1)、第二深沟球轴承(157A2)和第一锁紧螺母(157A3)，且第一深沟球轴承(157A1)和第二深沟球轴承(157A2)置于第一锥齿轮(151)的第三轴承腔(151A)中；

十字A轴(157A)的另一端上顺次套接有第三深沟球轴承(157B1)、第四深沟球轴承(157B2)和第二锁紧螺母(157B3)，且第三深沟球轴承(157B1)和第四深沟球轴承(157B2)置于第三锥齿轮(153)的第五轴承腔(153A)中；

十字B轴(157B)的轴向中心为第一中心通孔(157C)；

十字B轴(157B)的一端设有第一轴承腔(157D)，该第一轴承腔(157D)用于放置第七深沟球轴承(157C3)；

十字B轴(157B)的另一端设有第二轴承腔(157E)，该第二轴承腔(157E)用于放置第十一深沟轴承(16D)；

十字B轴(157B)的另一端的轴体上设有销钉孔(157F)，通过在该销钉孔(157F)内放置销钉实现十字轴(157)的十字B轴(157B)的另一端与第一轴套(18)的一端连接；

十字B轴(157B)的另一端上顺次套接有第一铜套(157C4)、第五深沟球轴承(157C1)、第二铜套(157C5)、第六深沟球轴承(157C2)，且第一铜套(157C4)、第五深沟球轴承(157C1)、第二铜套(157C5)和第六深沟球轴承(157C2)置于第四锥齿轮(154)的第六轴承腔(154A)中；

第一桨叶法兰(155)的中部是法兰盘体(1558)，所述法兰盘体(1558)的两边是支撑A臂(1551)和支撑B臂(1552)；

所述支撑A臂(1551)的端部设有第一U形槽(1555)，所述第一U形槽(1555)用于安装第三桨叶(13)；支撑A臂(1551)上设有减重槽(1551A)，所述减重槽(1551A)上设有第一螺纹孔(1551B)，第一螺纹孔(1551B)与螺钉的配合用于安装第一限位块(155A)的一端，第一限位块(155A)的另一端用于限制第三桨叶(13)向后运动的范围；

所述支撑B臂(1552)的端部设有第二U形槽(1556)，所述第二U形槽(1556)用于安装第四桨叶(14)；支撑B臂(1552)上设有减重槽(1552A)，所述减重槽(1552A)上设有第二螺纹孔(1552B)，第二螺纹孔(1552B)与螺钉的配合用于安装第二限位块(155B)的一端，第二限位块(155B)的另一端用于限制第四桨叶(14)向后运动的范围；

所述法兰盘体(1558)的中心为第二中心通孔(1553)，该第二中心通孔(1553)用于中间轴(19)的一端穿过；

所述法兰盘体(1558)上设有锁紧轴端(1554)，该锁紧轴端(1554)上设有B销钉孔，穿过第二中心通孔(1553)的中间轴(19)的一端通过在所述的B销孔内设置B销钉，实现将中间轴(19)的一端与第一桨叶法兰(155)的连接，且在中间轴(19)的端部安装锁紧螺母(158)；中间轴(19)的另一端顺次穿过第一桨叶法兰的的中心通孔(1553)、第七深沟轴承(157C3)、十字轴(157)的中心通孔、第十一深沟轴承(16D)、第二机械密封静环(162)、第二机械密封动环(166)、第四定位环(164)、第一机械密封静环(161)、第一机械密封动环(165)、第三定位环(163)、第二定位环(17C)、第十深沟轴承(17D)、第九深沟轴承(17B)、第一定位环(17A)、第八深沟轴承(1D)后，连接在联轴器(1B)上，联轴器(1B)的另一端与十字轴键(1C)的一端连接，十字轴键(1C)的另一端与桨叶电机(1A)的输出轴连接；

第一桨叶法兰(155)的法兰盘体(1558)的另一侧上设有空心圆柱(1559)，空心圆柱(1559)与法兰盘体(1558)之间是第一沉头腔(1557)，该第一沉头腔(1557)用于放置第二锥齿轮(152)的齿轮轴端；

第二桨叶法兰(156)的中部是法兰盘体(1568)，所述法兰盘体(1568)的两边是支撑A臂(1561)和支撑B臂(1562)；

所述支撑A臂(1561)的端部设有第三U形槽(1565)，所述第三U形槽(1565)用于安装第一桨叶(11)；

所述支撑B臂(1562)的端部设有第四U形槽(1566)，所述第四U形槽(1566)用于安装第二桨叶(12)；

所述法兰盘体(1568)的中心为第三中心通孔(1563)，该第三中心通孔(1563)用于第四锥齿轮(154)的齿轮轴端穿过；所述法兰盘体(1568)上设有法兰连接环(1567)，该法兰连接环(1567)与第四锥齿轮(154)的齿轮轴端过盈配合；

支撑筒(17)内部的两端对称设有A轴承腔(171)、B轴承腔(172)，所述A轴承腔(171)用于放置第十深沟球轴承(17D)，所述B轴承腔(172)用于放置第九深沟球轴承(17B)；支撑筒(17)的两端分别安装有第一定位环(17A)、第二定位环(17C)，即第一定位环(17A)在第九深沟球轴承(17B)的外侧，第二定位环(17C)在第十深沟球轴承(17D)的外侧；第一定位环(17A)与第二定位环(17C)能够阻止支撑筒(17)沿机身中心轴线方向上滑动；

第一轴套(18)的一端为小连接段(18A)，第一轴套(18)的另一端为大连接段(18B)；

所述小连接段(18A)上设有A销钉孔(18A1)，通过在A销钉孔(18A1)中放置销钉实现十字轴(157)的十字B轴(157B)与小连接段(18A)的连接；

所述大连接段(18B)上设有一通孔(18B2)，该通孔(18B2)用于安装注油咀(167)(从此油咀注入黄油实现油密封)；

所述大连接段(18B)的内部的一端设有内挡环(18B1)，该内挡环(18B1)与第二机械密封静环(162)接触；所述大连接段(18B)的内部的另一端设有凸台(18B3)，该凸台(18B3)与第一机械密封静环(161)接触；

水密封组件(16)包括有第三定位环(163)、第四定位环(164)、第一机械密封动环(165)、第二机械密封动环(166)、第一机械密封静环(161)、第二机械密封静环(162)；其中，第三定位环(163)、第一机械密封动环(165)和第一机械密封静环(161)构成一组水密封件；第四定位环(164)、第二机械密封动环(166)和第二机械密封静环(162)构成另一组水密封件；两级水密封件置于第一轴套(18)内；

桨叶电机(1A)的输出轴(1A1)上的卡键(1A2)安装在十字轴键(1C)一端的卡槽中，十字轴键(1C)另一端的卡槽(1C1)内安装有联轴器(1B)的卡键(1B1)，联轴器(1B)的中心是沉头孔(1B2)，该沉头孔(1B2)用于放置中间轴(19)的另一端，中间轴(19)的一端安装在第一桨叶法兰(155)的法兰盘体(1558)的第二中心通孔内。

2.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，其特征在于：第一桨叶(11)、第二桨叶(12)、第三桨叶(13)和第四桨叶(14)的长度为28cm，几何螺距为12cm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，其特征在于：第一桨叶(11)和第二桨叶(12)形成后层桨叶，第三桨叶(13)和第四桨叶(14)形成前层桨叶，且前层桨叶与后层桨叶的转动方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，其特征在于：水密封组件(16)与中间轴(19)、第一轴套(18)、架梁外套筒(6K)之间采用机械密封、油密封、机械密封三级混合密封方式进行密封。

5.根据权利要求1所述的一种适用于跨海空两栖无人机的空中推进装置，其特征在于：该空中推进装置在桨叶电机提供的动力条件下的运动关系为：

空中推进装置(1)的桨叶电机(1A)的输出轴(1A1)通过十字轴键(1C)带动联轴器(1B)转动，即十字轴键(1C)将桨叶电机(1A)输出轴(1A1)的转动运动传递到联轴器(1B)，联轴器(1B)通过销钉固连将转动运动传递到中间轴(19)，带动中间轴(19)绕其轴心做转动，中间轴(19)通过销钉固连将将转动运动传递给第一桨叶法兰(155)，第一桨叶法兰(155)的转动带动第三桨叶(13)和第四桨叶(14)绕中间轴(19)旋转，第一桨叶法兰(155)与第二锥齿轮(152)为过盈配合，因而将转动运动传递到第二锥齿轮(152)，第二锥齿轮(152)与第一锥齿轮(151)和第三锥齿轮(153)啮合，因而将转动传递到第一锥齿轮(151)和第三锥齿轮(153)，第一锥齿轮(151)和第三锥齿轮(153)自转的同时绕中间轴(19)公转，公转方向与第二锥齿轮(152)相同，第一锥齿轮(151)和第三锥齿轮(153)分别安装在十字轴(1C)的两端，因而将公转运动传递到十字轴(1C)，使十字轴(1C)绕中间轴(19)做与第二锥齿轮(152)相同的旋转运动，十字轴(1C)通过十字B轴(157B)的销钉与第一轴套(18)固连，因而将转动运动传递到第一轴套(18)，使第一轴套(18)做与中间轴(19)相同方向的转动；另外第一锥齿轮(151)和第三锥齿轮(153)分别与第四锥齿轮(154)啮合，因而将公转运动传递到第四锥齿轮(154)，使第四锥齿轮(154)绕中间轴做与第三锥齿轮(153)转速相同方向相反的转动，因第四锥齿轮(154)与第二桨叶法兰(156)通过过盈配合固连，因而将转动运动传递到第二桨叶法兰(156)，第二桨叶法兰(156)的转动带动第一桨叶(11)和第二桨叶(12)绕中间轴(19)做反向旋转。