CN104229132A - 共轴反桨球形飞行器传动系统 - Google Patents

Abstract

共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统，它是由竖直轴、起落架，内轴承、外轴承、齿轮、转轴、中央机舱及对称转动机构所组成。对称传动机构中的齿轮、转轴、飞轮对称配置，两主动齿轮分别由同型号两发动机分别驱动；上位螺旋桨传动机构和下位螺旋桨传动机构分别用球面传动面来传递动力，上位螺旋桨传动机构和下位螺旋桨传动机构的转动惯量相同，两球面传动面分别安装于内轴承和外轴承上，内轴承和外轴承绕一竖直轴转动，对称传动机构及两发动机均安装于球壳内，球形机舱设置在飞行器桨盘中央位置。球形飞行器F-1型具有空中摩托之称，体积小、重量轻，机动性好。适合边防巡逻、灾情急求、旅游观光、森林防火、交通疏导、穿越雷处、高空拍摄、追踪逃犯等场合。

Description

共轴反桨球形飞行器传动系统

技术领域

本发明属于飞行器类，具体涉及一种共轴反桨球形飞行器F1型传动系统。 

背景技术

单旋翼直升机的旋翼系统由主旋翼、尾旋翼和稳定陀螺仪组成。单旋翼直升机尾旋翼是为了抵消主旋翼旋转时产生反向力矩。因此尾旋翼旋转动时要额外消耗一部分功率；单旋翼直升机的尾桨直径为主旋翼的16％-22％，这样，假设尾旋翼桨盘紧邻主旋翼桨盘，则单旋翼直升机主旋翼桨盘最前端到尾旋翼桨盘最后端是主桨盘直径的1.16-1.22倍，长长尾梁的传动结构复杂，飞行过程中尾梁振动和变形是引起传动机构的故障隐患。针对单旋翼直升机的缺陷，目前，人们设计共轴反桨直升机，它是由一正一反的上下两副机翼构成，这种直升机无需尾翼。由于上下旋翼转向相反，两副旋翼产生的扭矩在航向不变飞行状态下相互平衡，改变飞行航向通常是通过上下机翼总距差动产生不平衡扭矩来实现操纵的。共轴反桨双旋翼直升机上述特征决定了它与传统的单机翼、带尾桨直升机相比有着自身的特点。20世纪40年代初，这种结构引起了航空爱好者极大的兴趣，并试图其将变成可实用的飞行器。然而由于当时人们对共轴反桨气动特性认识的缺乏以及在结构设计方面遇到的困难，许多设计者最终放弃了努力，而在很长一段时间内对共轴反桨直升机的研究仍停留在实验阶段。由于共轴反桨直升机需要解决两螺旋桨桨叶的 周期变距及变总距问题，结构非常复杂，也非常难于实现。迄今为止，也只有俄罗斯独家掌握了载人直升机共轴式螺旋桨技术。如目前投入使用的俄罗斯的卡-28。共轴反桨直升机有很大的优点：共轴反桨直升机与同重量的单旋翼直升机相比，由于没有尾桨，既可以省去一部分复杂的传动结构，又不需要用额外功率来用于航向操纵；共轴反桨直升机机身部分一般情况下均在桨盘面积之内，机体总共纵向尺寸就是桨盘尺寸。这样，在桨盘载荷、发动机和相同载重的情况下，共轴反桨直升机的总体纵向尺寸仅为单旋翼直升机的60％左右；共轴反桨直升机主要靠它的倾斜器和变距机构来实行操纵的，大部分飞行状态时，旋翼的迎角是在每周不停的改变着，通过不断地改变旋翼不同角度的迎角，使直升机可以悬停、前后左右飞行自如；由于双桨叶提供升力，在相同的拉力和旋翼直径下，刚性共轴旋翼的诱导阻力比单旋翼机低20％-30％；共轴反桨直升机可以提供较大的升力，又可用直径较小的主桨，所以占用的停飞的空间小了很多，低空飞行时受障碍物的影响也小了很多，无论对战斗还是舰载都有好处的。然而，目前共轴反桨直升机也存在不少缺陷：共轴反桨直升机的操纵系统部分非流线形状的上下桨毂及其他部件暴露在气流中，因而废面阻力增大；共轴反桨直升机的机身部分一般情况均在桨盘面积之内，桨叶带动的气流冲击机身要损耗掉一部分功率；共轴反桨直升机在飞行过程中，旋翼变距机构以及倾斜角始终在非常高频率的动作下工作，故障率相对于固定旋翼飞机来说，要多得多。因此， 在对共轴反桨直升机研究成果的基础上，设计共轴反桨球形飞行器F-1型，其核心技术共分四个部分：1、共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统；2、共轴反桨球形飞行器F-1型控制系统；3、共轴反桨球形飞行器F-1型转向显示器；4、共轴反桨球形飞行器F-1型双轴离合器 

发明内容

本发明的目的是：解决共轴反桨球形飞行器F-1型传动问题。 

本发明的技术方案是：共轴反桨球形飞行器F-1型，传动系统主要包括转轴、齿轮、飞轮、起落架、发动机I和II、对称传动机构，机舱盖、球形机舱设置在桨盘中央；所述的对称传动机构是：竖直轴13安装于起落架12上，在竖直轴13上安装内轴承14，内轴承14中间位置安装外轴承11，内轴承14比外轴承11长；内轴承14上端外侧齿轮啮合右侧水平放置的齿轮16，齿轮16的转轴17上端安装台形齿轮18，齿轮16、齿轮18及转轴17同步转动，台形齿轮18与右侧竖直放置的主动齿轮21前位啮合，主动齿轮21转轴中央安装飞轮19，飞轮19由发动机I驱动；外轴承11上端外侧齿轮啮合左侧水平放置的齿轮10，齿轮10的转轴9上端安装台型齿轮7，齿轮10、齿轮7及转轴9同步转动，齿轮7与左侧竖直放置的主动齿轮5后位啮合，主动齿轮5转轴中央安装飞轮6，飞轮6由发动机II驱动；转轴9的轴承和转轴17的轴承固定于横杆8上，横杆8固定于竖直轴13。内轴承14上端外侧齿轮和外轴承11上端外侧齿轮的半径及齿数相等，齿轮16和齿轮10的半径及齿数相等，主动齿轮21和主动齿轮5的半径及齿数相等，台形齿 轮18和台形齿轮7形状及齿数分别相同。上位螺旋桨传动机构中的球面传动面20上面部分为球环面，球环面的半径等于飞行器的球形半径，球环面下端圆周连接一个半径小于飞行器球形半径的球缺面网，球缺面网的下端圆周固定于外轴承11下端圆周上，球面传动面20上端圆周固定上位螺旋桨桨叶3；下位螺旋桨传动机构中的球面传动面15为球缺面，球缺面半径等于飞行器球形半径，球缺面上端圆周半径与上位螺旋桨机构中球面传动面的球环面下端圆口半径相等，球面传动面15下端圆周固定于内轴承14下端圆周上，球面传动面15上端圆周固定下位螺旋桨桨叶4；机舱底板2固定于竖直轴13和横杆8上，机舱上方安装半球形机舱盖，机舱配置在桨盘中央位置。 

本发明的有益效果是：1、飞行器操纵系统非流线形状部件均在球壳内，减小废面阻力；2、飞行器球形机身处在桨盘中央，桨叶带动的流体冲击不到机身而减小一部分功率损耗；3、飞行器无需旋翼机构高频率变距及上下机翼改变倾斜角，减小故障率；4、飞行器体积小、重量轻，操纵方便，升降灵活，机动性好。 

附图说明：

图1为本发明截面主视示意图。 

图2为本发明局部剖面示意图。 

图中：1、半球面机舱盖；2、机舱底板；3、上位螺旋桨桨叶；4、下位螺旋桨桨叶；5、齿轮；6、飞轮；7、齿轮；8、横杆；9、转轴； 10、齿轮；11、外轴承12、起落架13、竖直轴14、内轴承；15、球面传动面；16、齿轮；17、转轴；18、齿轮19飞轮20、球面传动面21、齿轮；22、铰链、23、座椅。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例加以说明。 

如图1、2所示，共轴反桨球形飞行器F-1型，传动系统主要包括转轴、齿轮、飞轮、发动机I和II、对称传动机构、球形机舱配置在桨盘中央位置；对称传动机构的构造是：竖直轴13安装于起落架12上，在竖直轴13上安装内轴承14，内轴承14中间位置安装外轴承11，内轴承14比外轴承11长，内轴承14上端外侧为齿轮，内轴承14上端外侧齿轮啮合右侧水平放置的从动齿轮16，从动齿轮16固定于竖直转轴17上，转轴17上端固定从动台形齿轮18，从动齿轮16、从动台形齿轮18与转轴17同步转动，从动台形齿轮18与右侧竖直放置的主动齿轮21前位啮合，主动齿轮21转轴中央安装飞轮19，飞轮19由发动机I驱动作顺时针方向转动；外轴承11上端外侧为齿轮，外轴承11上端外侧齿轮啮合左侧水平放置的从动齿轮10，从动齿轮10固定于竖直转轴9上，转轴9上端固定从动台型齿轮7，从动齿轮10、从动台形齿轮7及转轴9同步转动，从动台形齿轮7与左侧竖直放置的主动齿轮5后位啮合，主动齿轮5转轴中央安装飞轮6，飞轮6由发动机II驱动作逆时针方向转动；转轴9的轴承和转轴17的轴承均固定于横杆8上，横杆8固定于竖直轴13上，横杆8和竖直轴13共同支撑机舱底板2；内轴承14 上端外侧齿轮和外轴承11上端外侧齿轮半径及齿数相等，主动齿轮21和主动齿轮5的半径及齿数分别相等，从动齿轮16和从动齿轮10的半径及齿数分别相等，从动台形齿轮18和从动台形齿轮7形状及齿数分别相同。上位螺旋桨传动机构：上位螺旋桨传动机构中的球面传动面20的构造是：球面传动面20的上面部分为球环面，球环面的半径等于飞行器的球形半径，球环面下端圆周连接一个半径小于飞行器球形半径的球缺面网，球缺面网便于发动机吸气和排气，球缺面网的下端圆周固定于外轴承11下端圆周上，球面传动面20上端圆周固定上位螺旋桨桨叶3，上位螺旋桨桨叶3在球面传动面20的驱动下作顺时针方向旋转；下位螺旋桨传动机构：下位螺旋桨传动机构中的球面传动面15的构造是：球面传动面15为球缺面，球缺面半径等于飞行器的球形半径，球缺面上端圆周半径与上位螺旋桨传动机构中球面传动面的球环面下端圆周半径相等，球面传动面15下端圆周固定于内轴承14下端圆周上，球面传动面15上端圆周固定下位螺旋桨桨叶4，下位螺旋桨桨叶4在球面传动面15的驱动下作逆时针方向旋转。上位螺旋桨传动机构与下位螺旋桨传动机构的转动惯量相等，发动机I和发动机II型号相同。共轴反桨球形飞行器F-1型的机舱底板2固定于横杆8和竖直轴13上，机舱底板2上方安装半球形机舱盖，机舱设置在桨盘中央位置。 

Claims (4)

1.一种共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统，如图(1)、(2)所示，主要包括转轴、齿轮、飞轮、起落架、发动机、螺旋桨、机舱；其特征在于共轴反桨、双发动机配置、对称传动机构、桨盘中央设置球形机舱；所述的对称传动机构是：竖直轴13安装于起落架12上，在竖直轴13上安装内轴承14，内轴承14中间位置安装外轴承11；内轴承14上端外侧齿轮啮合齿轮16，齿轮16的转轴17上端安装齿轮18，齿轮16、齿轮18及转轴17同步转动，齿轮18与齿轮21啮合，齿轮21转轴中央安装飞轮19，飞轮19由发动机I驱动；外轴承11外侧齿轮啮合齿轮10，齿轮10的转轴9上端安装齿轮7，齿轮10、齿轮7及转轴9同步转动，齿轮7与齿轮5啮合，齿轮5转轴中央安装飞轮6，飞轮6由发动机II驱动；转轴9的轴承和转轴17的轴承固定于横杆8上，横杆8固定于竖直轴13上；上位螺旋桨传动机构：球面传动面20下端圆周固定于外轴承11下端圆周上，球面传动面20上端圆周上固定上位螺旋桨桨叶3；下位螺旋桨传动机构：球面传动面15下端圆周固定于内轴承14下端圆周上，球面传动面15上端圆周固定下位螺旋桨桨叶4，机舱底板2固定于横杆8和竖直轴13上，机舱盖为半球形并且铰链1固定在机舱底板2上。 

2.根据权利要求1所述的共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统，其特征在于所述的上位螺旋桨机构中的球面传动面20上面部分为球环面，球环面半径等于飞行器球形半径，球环面下端圆周连接一个半径小于飞行器球形半径的球缺面网。 

3.根据权利要求1所述的共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统，其特征在于所述的下位螺旋桨机构中的球面传动面15为球缺面，球缺面半径等于飞行器的球形半径，球缺面上端圆周半径与上位螺旋桨机构中球面传动面的球环面下端圆周半径相等。 

4.根据权利要求1所述的共轴反桨球形飞行器F-1型传动系统，其特征在于所述的对称传动机构的内轴承14上端外侧齿轮和外轴承11上端外侧齿轮的半径及齿数分别相等，齿轮21和齿轮5半径及齿数分别相等，齿轮16和齿轮10半径及齿数分别相等，齿轮18和齿轮7形状和齿数分别相同，发动机I和发动机II型号相同，上位螺旋桨传动机构与下位螺旋桨传动机构的转动惯量相等。