CN103921948A - 混合动力双发式共轴双桨直升机 - Google Patents
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Abstract
混合动力双发式共轴双桨直升机属于混合动力技术领域，目的在于解决现有技术存在的共轴双桨直升机传统系统平稳性差、传动效率低及能量回收率和再利用率普遍偏低的问题。本发明的力矩耦合器Ⅰ通过离合器Ⅲ、离合器Ⅳ分别与电动/发动机Ⅰ、发动机Ⅰ相连，力矩耦合器Ⅱ与发动机Ⅱ、电动/发动机Ⅱ相连，电动/发动机Ⅱ、电动/发动机Ⅰ与超级电容组连接，力矩耦合器Ⅰ和力矩耦合器Ⅱ以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ和传动轴Ⅲ链接到差速箱上，差速箱通过传动轴Ⅴ和传动轴Ⅱ分别与减速箱Ⅰ、减速箱Ⅱ链接，减速箱Ⅰ和减速箱Ⅱ以并联形式分别通过传动轴Ⅵ和传动轴Ⅰ链接到伞齿箱上；伞齿箱分别通过主轴Ⅰ、主轴Ⅱ带动上桨和下桨转动。
Description
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，具体涉及一种混合动力双发式共轴双桨直升机。
背景技术
传统的共轴双桨直升机传动方式是由单一发动机通过减速箱、伞齿箱直接与桨叶相连，控制器控制各种执行机构进行工作。系统的动力源只有一个发动机，在一个旋转周期下飞行时，将受飞行环境、操作情况的影响，其负载经常处于变化状态，从而影响发动机输出转速的平稳性，尤其在起飞和降落的状态下负载变化更大，传动效率低、稳定性差。通常情况下，操作者都是将调节发动机油门，并调节桨叶桨距，使发动机输出的功率变化，并不处在最佳燃油经济区，能量回收和再利用率低，这就增加了燃油消耗，同时对发动机有伤害。
发明内容
本发明的目的在于提出一种混合动力双发式共轴双桨直升机，解决现有技术存在的共轴双桨直升机平稳性差、传动效率低及能量回收率和再利用率普遍偏低的问题。
为实现上述目的，本发明的混合动力双发式共轴双桨直升机包括减速系统、动力系统、控制系统和辅助系统；
所述动力系统包括离合器Ⅰ、发动机Ⅱ、力矩耦合器Ⅱ、离合器Ⅱ、电动/发动机Ⅱ、整流/逆变器Ⅱ、超级电容组、整流/逆变器Ⅰ、离合器Ⅲ、电动/发动机Ⅰ、离合器Ⅳ、发动机Ⅰ和力矩耦合器Ⅰ；力矩耦合器Ⅰ通过离合器Ⅲ、离合器Ⅳ分别与电动/发动机Ⅰ、发动机Ⅰ相连，力矩耦合器Ⅱ通过离合器Ⅰ、离合器Ⅱ分别与发动机Ⅱ、电动/发动机Ⅱ相连，电动/发动机Ⅱ、电动/发动机Ⅰ分别通过整流/逆变器Ⅱ、整流/逆变器Ⅰ与超级电容组连接，在需要时通过控制系统和辅助系统，将存储在超级电容组内的电能分别通过整流/逆变器Ⅰ和整流/逆变器Ⅱ传递给电动/发动机Ⅰ和电动/发动机Ⅱ，驱动其工作；
所述减速系统包括传动轴Ⅰ、减速箱Ⅱ、传动轴Ⅱ、差速箱、传动轴Ⅴ、减速箱Ⅰ、传动轴Ⅵ、伞齿箱；所述力矩耦合器Ⅰ和力矩耦合器Ⅱ以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ和传动轴Ⅲ链接到差速箱上，差速箱通过传动轴Ⅴ和传动轴Ⅱ分别与减速箱Ⅰ、减速箱Ⅱ链接，减速箱Ⅰ和减速箱Ⅱ以并联形式分别通过传动轴Ⅵ和传动轴Ⅰ链接到伞齿箱上；
伞齿箱分别通过两条输出轴主轴Ⅰ、主轴Ⅱ分别带动上桨和下桨转动。
所述控制系统包括控制器、伺服舵机组、伺服舵机Ⅰ、伺服舵机Ⅱ、伺服舵机Ⅲ、伺服舵机Ⅳ、伺服舵机Ⅴ和伺服舵机Ⅵ；所述控制器分别与伺服舵机Ⅰ、伺服舵机Ⅱ、伺服舵机Ⅲ、伺服舵机Ⅳ、伺服舵机Ⅴ和伺服舵机Ⅵ连接。
所述辅助系统包括搭载设备电源、起落架驱动、通信系统和导航系统；超级电容组分别与搭载设备电源、起落架驱动、通信系统、导航系统连接。
本发明的有益效果为：本发明的混合动力双发式共轴双桨直升机安装两台发动机可以提供更大的扭矩，增加悬停高度、增加飞行速度，通过在发动机的输出端并联一台电动/发电机，能够很好的匹配发动机的功率，当发动机的功率小于负载功率时，电动/发电机切换到电动机状态，及时补充不足功率，使发动机依然工作在最佳燃油经济区附近，当发动机的功率大于负载功率时，电动/发电机又切换到发电机状态发电，电能储存在超级电容中，有效地回收了发动机多余功率，混合动力双发式共轴双桨直升机在减速降落时，通过力矩耦合器将下降的势能经过发电机储存在超级电容中，避免了传统直升机系统在减速降落时只能通过减小油门、调整舵机达到效果，给系统的正常运行带来了很大影响，同时也对发动机带来损伤。共轴双桨直升机采用混合动力双发式共轴双桨直升机传动系统，达到提高节能效果，提高了能量回收率和再利用率，增加机械寿命的目的，促进了工程机械向节能环保型产品的发展，传动效率高，平稳性好。
附图说明
图1为本发明的混合动力双发式共轴双桨直升机整体结构示意图；
其中：1、上桨，2、下桨，3、主轴Ⅰ，4、主轴Ⅱ，5、传动轴Ⅰ，6、减速箱Ⅱ，7、传动轴Ⅱ，8、差速箱，9、传动轴Ⅲ，10、离合器Ⅰ，11、发动机Ⅱ，12、力矩耦合器Ⅱ，13、离合器Ⅱ，14、电动/发动机Ⅱ，15、整流/逆变器Ⅱ，16、搭载设备电源，17、伺服舵机Ⅰ，18、伺服舵机Ⅱ，19、起落架驱动，20、超级电容组，21、伺服舵机Ⅲ，22、通信系统，23、导航系统，24、伺服舵机Ⅳ，25、控制器，26、伺服舵机Ⅴ，27、伺服舵机组，28、伺服舵机Ⅵ，29、整流/逆变器Ⅰ，30、离合器Ⅲ，31、电动/发动机Ⅰ，32、离合器Ⅳ，33、发动机Ⅰ，34、传动轴Ⅳ，35、力矩耦合器Ⅰ，36、传动轴Ⅴ，37、减速箱Ⅰ，38、传动轴Ⅵ，39、伞齿箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的混合动力双发式共轴双桨直升机包括减速系统、动力系统、控制系统和辅助系统；
所述动力系统包括离合器Ⅰ10、发动机Ⅱ11、力矩耦合器Ⅱ12、离合器Ⅱ13、电动/发动机Ⅱ14、整流/逆变器Ⅱ15、超级电容组20、整流/逆变器Ⅰ29、离合器Ⅲ30、电动/发动机Ⅰ31、离合器Ⅳ32、发动机Ⅰ33和力矩耦合器Ⅰ35；力矩耦合器Ⅰ35通过离合器Ⅲ30、离合器Ⅳ32分别与电动/发动机Ⅰ31、发动机Ⅰ33相连，力矩耦合器Ⅱ12通过离合器Ⅰ10、离合器Ⅱ13分别与发动机Ⅱ11、电动/发动机Ⅱ14相连，电动/发动机Ⅱ14、电动/发动机Ⅰ31分别通过整流/逆变器Ⅱ15、整流/逆变器Ⅰ29与超级电容组20连接，通过控制系统和辅助系统在需要时，将存储在超级电容组20内的电能分别通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15传递给电动/发动机Ⅰ31和电动/发动机Ⅱ14，驱动其工作；
所述减速系统包括传动轴Ⅰ5、减速箱Ⅱ6、传动轴Ⅱ7、差速箱8、传动轴Ⅴ36、减速箱Ⅰ37、传动轴Ⅵ38、伞齿箱39；所述力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，差速箱8通过传动轴Ⅴ36和传动轴Ⅱ7分别与减速箱Ⅰ37、减速箱Ⅱ6链接，减速箱Ⅰ37和减速箱Ⅱ6以并联形式分别通过传动轴Ⅵ38和传动轴Ⅰ5链接到伞齿箱39上；
伞齿箱39分别通过两条输出轴主轴Ⅰ3、主轴Ⅱ4分别带动上桨1和下桨2转动。
所述控制系统包括控制器25、伺服舵机组27、伺服舵机Ⅰ17、伺服舵机Ⅱ18、伺服舵机Ⅲ21、伺服舵机Ⅳ24、伺服舵机Ⅴ26和伺服舵机Ⅵ28；所述控制器25分别与伺服舵机Ⅰ17、伺服舵机Ⅱ18、伺服舵机Ⅲ21、伺服舵机Ⅳ24、伺服舵机Ⅴ26和伺服舵机Ⅵ28连接。
所述辅助系统包括搭载设备电源16、起落架驱动19、通信系统22和导航系统23；超级电容组20分别与搭载设备电源16、起落架驱动19、通信系统22、导航系统23连接。
发动机Ⅰ33和电动/发电机Ⅰ31以并联形式，分别通过离合器Ⅳ32和离合器Ⅲ30链接到力矩耦合器Ⅰ35上；发动机Ⅱ11和电动/发电机Ⅱ14以并联形式，分别通过离合器Ⅰ10和离合器Ⅱ13链接到力矩耦合器Ⅱ12上，力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，差速箱8又通过传动轴Ⅴ36和传动轴Ⅱ7分别与减速箱Ⅰ37、减速箱Ⅱ6链接，减速箱Ⅰ37和减速箱Ⅱ6以并联形式，分别通过传动轴Ⅵ38和传动轴Ⅰ5链接到伞齿箱39上，伞齿箱39又分别通过两条输出轴主轴Ⅰ3、主轴Ⅱ4分别带动上桨1和下桨2转动，形成机械传动系统。电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14分别与整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15连接，整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15以并联形式共同连接到超级电容组20，形成能量回收系统。超级电容组20分别给搭载设备电源16、起落架驱动19、通信系统22、导航系统23、控制器25、伺服舵机组27供电。伺服舵机组27由伺服舵机Ⅰ17、伺服舵机Ⅱ18、伺服舵机Ⅲ21、伺服舵机Ⅳ24、伺服舵机Ⅴ26和伺服舵机Ⅵ28组成。
发动机Ⅰ33和电动/发动机Ⅰ31分别通过离合器Ⅳ32和离合器Ⅲ30与力矩耦合器Ⅰ35相连，发动机Ⅱ11和电动/发电机Ⅱ14分别通过离合器Ⅰ10和离合器Ⅱ13与力矩耦合器Ⅱ12相连，将发动机Ⅰ33和发动机Ⅱ11中多余的动能分别通过力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12传递给电动/发动机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14。
力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，将传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9的有差别地转速转化为同一种转速。
电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14分别通过整流/逆变器Ⅰ和整流/逆变器Ⅱ15与超级电容组20连接，在需要时将存储在超级电容组20内的电能分别通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15传递给电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14，驱动其工作。
混合动力双发式共轴双桨直升机工作时一般有加速起飞状态，悬停状态，减速降落状态，机动状态，每个状态的具体工作如下：
一、当混合动力双发式共轴双桨直升机在加速起飞状态时，控制器25控制发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11工作在低转速阶段。此时发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出的扭矩分别通过离合器Ⅳ32和离合器Ⅰ10链接到力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12上，然后通过差速箱8、减速箱Ⅱ6、减速箱Ⅰ37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。加速起飞状态时负载较大，超级电容组20在控制器25控制下释放存储的电能通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15传递给电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14，驱动其工作并通过力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12将不同的力矩耦合在一起带动负载，补充发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出扭矩不足部分，加速起飞减少起飞时间。
二、当混合动力双发式共轴双桨直升机在悬停状态时，控制器25控制发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11工作在最佳燃油区及其附近。发动机Ⅰ33和电动/发电机Ⅰ31以并联形式，分别通过离合器Ⅳ32(32)和离合器Ⅲ30链接到力矩耦合器Ⅰ35上；发动机Ⅱ11和电动/发电机Ⅱ14并联形式，分别通过离合器Ⅰ10和离合器Ⅱ13链接到力矩耦合器Ⅱ12上，力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，差速箱8又通过减速箱Ⅱ6、减速箱Ⅰ37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。若发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出的扭矩大于负载扭矩，则发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11多余的扭矩分别通过力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12驱动电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14发电，通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15存储到超级电容组20中。若发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出的扭矩小于负载扭矩，超级电容组20在控制器25控制下释放存储的电能通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15传递给电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14，驱动其工作，补充发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出扭矩不足部分。
三、当混合动力双发式共轴双桨直升机在减速降落状态时，控制器25控制发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11工作在最佳燃油区及其附近。发动机Ⅰ33和电动/发电机Ⅰ31以并联形式，分别通过离合器Ⅳ32和离合器Ⅲ30链接到力矩耦合器Ⅰ35上；发动机Ⅱ11和电动/发电机Ⅱ14以并联形式，分别通过离合器Ⅰ10和离合器Ⅱ13链接到力矩耦合器Ⅱ12上，力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，差速箱8又通过减速箱Ⅱ6、减速箱Ⅰ37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出的扭矩大于负载扭矩，则发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11多余的扭矩分别通过力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12驱动电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14发电，通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15存储到超级电容组20中。
四、当混合动力双发式共轴双桨直升机在悬停状态时，控制器25控制发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11工作在最佳燃油区及其附近。发动机Ⅰ33和电动/发电机Ⅰ31以并联形式，分别通过离合器Ⅳ32和离合器Ⅲ30链接到力矩耦合器Ⅰ35上；发动机Ⅱ11和电动/发电机Ⅱ14以并联形式，分别通过离合器Ⅰ10和离合器Ⅱ13链接到力矩耦合器Ⅱ12上，力矩耦合器Ⅰ35和力矩耦合器Ⅱ12以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ34和传动轴Ⅲ9链接到差速箱8上，差速箱8又通过减速箱Ⅱ6、减速箱Ⅰ37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出的扭矩小于负载扭矩，超级电容组20在控制器25控制下释放存储的电能通过整流/逆变器Ⅰ29和整流/逆变器Ⅱ15传递给电动/发电机Ⅰ31和电动/发电机Ⅱ14，驱动其工作，补充发动机Ⅰ33、发动机Ⅱ11输出扭矩不足部分。
Claims (3)
1.混合动力双发式共轴双桨直升机，其特征在于，包括减速系统、动力系统、控制系统和辅助系统；
所述动力系统包括离合器Ⅰ（10）、发动机Ⅱ（11）、力矩耦合器Ⅱ（12）、离合器Ⅱ（13）、电动/发动机Ⅱ（14）、整流/逆变器Ⅱ（15）、超级电容组（20）、整流/逆变器Ⅰ（29）、离合器Ⅲ（30）、电动/发动机Ⅰ（31）、离合器Ⅳ（32）、发动机Ⅰ（33）和力矩耦合器Ⅰ（35）；力矩耦合器Ⅰ（35）通过离合器Ⅲ（30）、离合器Ⅳ（32）分别与电动/发动机Ⅰ（31）、发动机Ⅰ（33）相连，力矩耦合器Ⅱ（12）通过离合器Ⅰ（10）、离合器Ⅱ（13）分别与发动机Ⅱ（11）、电动/发动机Ⅱ（14）相连，电动/发动机Ⅱ（14）、电动/发动机Ⅰ（31）分别通过整流/逆变器Ⅱ（15）、整流/逆变器Ⅰ（29）与超级电容组（20）连接，通过控制系统和辅助系统在需要时，将存储在超级电容组（20）内的电能分别通过整流/逆变器Ⅰ（29）和整流/逆变器Ⅱ（15）传递给电动/发动机Ⅰ（31）和电动/发动机Ⅱ（14），驱动其工作；
所述减速系统包括传动轴Ⅰ（5）、减速箱Ⅱ（6）、传动轴Ⅱ（7）、差速箱（8）、传动轴Ⅴ（36）、减速箱Ⅰ（37）、传动轴Ⅵ（38）、伞齿箱（39）；所述力矩耦合器Ⅰ（35）和力矩耦合器Ⅱ（12）以并联形式，分别通过传动轴Ⅳ（34）和传动轴Ⅲ（9）链接到差速箱（8）上，差速箱（8）通过传动轴Ⅴ（36）和传动轴Ⅱ（7）分别与减速箱Ⅰ（37）、减速箱Ⅱ（6）链接，减速箱Ⅰ（37）和减速箱Ⅱ（6）以并联形式分别通过传动轴Ⅵ（38）和传动轴Ⅰ（5）链接到伞齿箱（39）上；
伞齿箱（39）分别通过两条输出轴主轴Ⅰ（3）、主轴Ⅱ（4）分别带动上桨（1）和下桨（2）转动。
2.根据权利要求1所述的混合动力双发式共轴双桨直升机，其特征在于，所述控制系统包括控制器（25）、伺服舵机组（27）、伺服舵机Ⅰ（17）、伺服舵机Ⅱ（18）、伺服舵机Ⅲ（21）、伺服舵机Ⅳ（24）、伺服舵机Ⅴ（26）和伺服舵机Ⅵ（28）；所述控制器（25）分别与伺服舵机Ⅰ（17）、伺服舵机Ⅱ（18）、伺服舵机Ⅲ（21）、伺服舵机Ⅳ（24）、伺服舵机Ⅴ（26）和伺服舵机Ⅵ（28）连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力双发式共轴双桨直升机，其特征在于，所述辅助系统包括搭载设备电源（16）、起落架驱动（19）、通信系统（22）和导航系统（23）；超级电容组（20）分别与搭载设备电源（16）、起落架驱动（19）、通信系统（22）、导航系统（23）连接。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20151021 Termination date: 20190328 |
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