CN103921948B - 混合动力双发式共轴双桨直升机 - Google Patents

混合动力双发式共轴双桨直升机 Download PDF

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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

混合动力双发式共轴双桨直升机
技术领域
[0001] 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
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 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;
[0005] 所述动力系统包括离合器1、发动机I1、力矩耦合器I1、离合器I1、电动或发电机
I1、整流或逆变器I1、超级电容组、整流或逆变器1、离合器II1、电动或发电机1、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II1、离合器IV分别与电动或发电机1、发动机I相连,力矩耦合器II通过离合器1、离合器II分别与发动机I1、电动或发电机II相连,电动或发电机I1、电动或发电机I分别通过整流或逆变器I1、整流或逆变器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或逆变器I和整流或逆变器II传递给电动或发电机I和电动或发电机II,驱动其工作;
[0006] 所述减速系统包括传动轴1、减速箱I1、传动轴I1、差速箱、传动轴V、减速箱1、传动轴V1、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1、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;
[0007] 伞齿箱分别通过两条输出轴主轴1、主轴II分别带动上桨和下桨转动。
[0008] 所述控制系统包括控制器、伺服舵机组、伺服舵机1、伺服舵机I1、伺服舵机II1、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1、伺服舵机I1、伺服舵机II1、伺服舵机IV、伺服舵机V和伺服舵机VI连接。
[0009] 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。
[0010] 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或发电机,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,电动或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,电动或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
[0011]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;
[0012] 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、电动或发电机II,15、整流或逆变器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、整流或逆变器I,30、离合器III,31、电动或发电机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
[0013] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0014] 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;
[0015] 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、电动或发电机II 14、整流或逆变器II 15、超级电容组20、整流或逆变器I 29、离合器III 30、电动或发电机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分别与电动或发电机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、电动或发电机II 14相连,电动或发电机II 14、电动或发电机I 31分别通过整流或逆变器II 15、整流或逆变器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或逆变器I 29和整流或逆变器II 15传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14,驱动其工作;
[0016] 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;
[0017] 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I和下桨2转动。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 发动机I 33和电动或发电机I 31以并联形式,分别通过离合器IV 32和离合器III 30链接到力矩耦合器I 35上;发动机II 11和电动或发电机II 14以并联形式,分别通过离合器I 10和离合器II 13链接到力矩耦合器II 12上,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又通过传动轴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VI38和传动轴I 5链接到伞齿箱39上,伞齿箱39又分别通过两条输出轴主轴I 3、主轴II 4分别带动上桨I和下桨2转动,形成机械传动系统。电动或发电机I 31和电动或发电机II 14分别与整流或逆变器I 29和整流或逆变器II 15连接,整流或逆变器I 29和整流或逆变器II 15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组成。
[0021] 发动机I 33和电动或发电机I 31分别通过离合器IV 32和离合器III 30与力矩耦合器I 35相连,发动机II 11和电动或发电机II 14分别通过离合器I 10和离合器II 13与力矩耦合器II 12相连,将发动机I 33和发动机II 11中多余的动能分别通过力矩耦合器I 35和力矩耦合器II 12传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14。
[0022] 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,将传动轴IV 34和传动轴III 9的有差别地转速转化为同一种转速。
[0023] 电动或发电机I 31和电动或发电机II 14分别通过整流或逆变器I和整流或逆变器II 15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或逆变器I 29和整流或逆变器II 15传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14,驱动其工作。
[0024] 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:
[0025] 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
I 33、发动机II 11工作在低转速阶段。此时发动机I 33、发动机II 11输出的扭矩分别通过离合器IV 32和离合器I 10链接到力矩耦合器I 35和力矩耦合器II 12上,然后通过差速箱8、减速箱II 6、减速箱I 37、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或逆变器I 29和整流或逆变器II 15传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14,驱动其工作并通过力矩耦合器I 35和力矩耦合器II 12将不同的力矩耦合在一起带动负载,补充发动机I 33、发动机II 11输出扭矩不足部分,加速起飞减少起飞时间。
[0026] 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I 33、发动机II 11工作在最佳燃油区及其附近。发动机I 33和电动或发电机I 31以并联形式,分别通过离合器IV 32 (32)和离合器III 30链接到力矩耦合器I 35上;发动机II 11和电动或发电机II 14并联形式,分别通过离合器I 10和离合器II 13链接到力矩耦合器II 12上,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又通过减速箱II 6、减速箱I 37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。若发动机I 33、发动机II 11输出的扭矩大于负载扭矩,则发动机I 33、发动机II 11多余的扭矩分别通过力矩耦合器I 35和力矩耦合器II 12驱动电动或发电机I 31和电动或发电机II 14发电,通过整流或逆变器I 29和整流或逆变器II 15存储到超级电容组20中。若发动机I 33、发动机II 11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或逆变器I 29和整流或逆变器II 15传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14,驱动其工作,补充发动机I 33、发动机II 11输出扭矩不足部分。
[0027] 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
I 33、发动机II 11工作在最佳燃油区及其附近。发动机I 33和电动或发电机I 31以并联形式,分别通过离合器IV 32和离合器III 30链接到力矩耦合器I 35上;发动机II 11和电动或发电机II 14以并联形式,分别通过离合器I 10和离合器II 13链接到力矩耦合器II 12上,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又通过减速箱II 6、减速箱I 37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。发动机I 33、发动机II 11输出的扭矩大于负载扭矩,则发动机I 33、发动机
II 11多余的扭矩分别通过力矩耦合器I 35和力矩耦合器II 12驱动电动或发电机I 31和电动或发电机II 14发电,通过整流或逆变器I 29和整流或逆变器II 15存储到超级电容组20中。
[0028] 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I 33、发动机II 11工作在最佳燃油区及其附近。发动机I 33和电动或发电机I 31以并联形式,分别通过离合器IV 32和离合器III 30链接到力矩耦合器I 35上;发动机II 11和电动或发电机II 14以并联形式,分别通过离合器I 10和离合器II 13链接到力矩耦合器II 12上,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又通过减速箱II 6、减速箱I 37、伞齿箱39带动负载上桨1、下桨2工作。发动机I 33、发动机II 11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或逆变器I 29和整流或逆变器II 15传递给电动或发电机I 31和电动或发电机II 14,驱动其工作,补充发动机I 33、发动机II 11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)、电动或发电机II (14)、整流或逆变器II (15)、超级电容组(20)、整流或逆变器I (29)、离合器III (30)、电动或发电机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)分别与电动或发电机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)、电动或发电机II (14)相连,电动或发电机II (14)、电动或发电机I (31)分别通过整流或逆变器II (15)、整流或逆变器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或逆变器I (29)和整流或逆变器II (15)传递给电动或发电机I (31)和电动或发电机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(I)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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