CN104875899B - 一种可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法。可停转旋翼飞行器驱动系统包含旋翼系统、一个或多个发动机、可变速传动系统、齿轮减速系统及尾传动系统。当主旋翼停止转动时，行星齿轮装置内齿圈为空转状态不输出功率，发动机功率通过尾传动系统全部供给尾部螺旋桨；当主旋翼以额定速度转动时，行星齿轮装置内齿圈完全制动，发动机功率分别供给主旋翼(约占总功率的85％)和尾部螺旋桨(约占总功率的15％)。

Description

一种可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状 态的方法

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器系统的领域，并且更具体地涉及可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法。

现有技术

为了设计一种飞行器，使其兼顾直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速度、大航程性能，人类提出了多种方案的垂直起降飞机，包括复合式直升飞机、装备推力矢量发动机或升力发动机的喷气式飞机、倾转涵道螺旋桨飞机、倾转旋翼飞机、可停转旋翼飞机等。

可停转旋翼飞机由于机构利用率高、航程和飞行速度都较大，在众多垂直起降方案中受到关注。美国先期开发的HV-2A，验证了从固定翼到旋转翼的转换，后续美国又开展了X-50新型垂直起降验证机的研究。此类可停转旋翼直升机的一般工作原理为，在垂直起降时，发动机功率大部分输入主旋翼，提供整机所需要的升力；当可停转旋翼飞机达到一定的飞行高度和飞行速度时，主旋翼转换为固定翼，不再有功率输入，由固定翼提供机体所需的升力，全部功率输入尾部螺旋桨，提供前飞推进力，实现可停转旋翼飞机的高速巡航。

综上所述，需要一种可靠的驱动系统方案和方法实现可停转旋翼直升机的功率在主旋翼和尾部螺旋桨之间的分配以及主旋翼在旋转翼工作状态和固定翼工作状态之间的切换。

发明内容

为了实现上述功能，本发明提供了一种可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可停转旋翼飞行器驱动系统，包括旋翼系统、一个或多个发动机、可变速传动系统、齿轮减速系统及尾传动系统。所述旋翼系统包括一个主旋翼和一个尾部螺旋桨。一个或多个发动机中每个发动机通过齿轮减速系统、可变速传动系统和尾传动系统联接于旋翼系统。所述可变速传动系统包括联接于齿轮减速系统、联接于主旋翼的输出轴、联结于尾传动系统的输出轴、行星齿轮装置、联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器以及联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器。所述齿轮减速系统是联结于一个或多个发动机中的各发动机输入轴、可变速传动系统以及尾传动系统的用于减速的齿轮系统。所述尾传动系统是联结于齿轮减速系统和尾部螺旋桨的齿轮系统。联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器是一种盘式制动器，可制动行星齿轮传动装置的行星架从而使主旋翼从额定转速减速至停止转动，也可逐渐解脱制动行星齿轮传动装置的行星架从而使主旋翼逐步启动并达额定转速。联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器也是一种盘式制动器，可制动行星齿轮传动装置的内齿圈从而使内齿圈减速至停止转动，也可逐渐解脱制动行星齿轮传动装置的内齿圈从而使内齿圈逐步启动并达最大转速。可变速传动系统通过分别制动、半制动和解脱制动行星架制动器或内齿圈制动器，而使主旋翼在停止转动、启动转动逐步增速至额定转速的状态间进行切换。所述具体包括以下步骤：

在一个实施方式中，旋翼系统的转速从静止启动逐渐上升达到额定转速。首先对联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器进行制动，内齿圈保持固定，同时解脱联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器，启动发动机，功率通过可变速主传动系统传递给主旋翼，通过尾传动系统传递给尾部螺旋桨，主旋翼由静止转速逐渐上升达到额定转速，尾部螺旋桨由静止转速逐渐上升达到额定转速，此时发动机功率分别供给主旋翼(约占总功率的85％)和尾部螺旋桨(约占总功率的15％)。

在一个实施方式中，旋翼系统中的主旋翼从额定转速逐渐降低转速直至停转。联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器松脱，主旋翼失去动力，联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器半制动，主旋翼转速逐渐降低，联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器松脱，联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器半制动，主旋翼低速拖转至固定位置，主旋翼停转，联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器制动，联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器松脱，工作状态转换为固定翼飞行器状态。此时内齿圈空转，主旋翼不再有功率输入，全部功率通过尾传动系统输入尾部螺旋桨。

在一个实施方式中，旋翼系统中的主旋翼从固定翼状态逐渐提升直至额定转速。联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器解脱，联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器半制动，主旋翼转速逐渐提升，可变速齿轮系统的内齿圈制动器制动，主旋翼达到额定转速，工作状态转换为旋转翼飞行器状态。此时发动机功率分别供给主旋翼(约占总功率的85％)和尾部螺旋桨(约占总功率的15％)。

如本文中所大致描述，根据本文中所描述的各种实施方式的目的，本专利的主题涉及具有可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法。

附图说明

图1是根据本发明的可停转旋翼飞行器驱动系统示意图；

图2是根据一个实施方式的可停转旋翼飞行器驱动系统的示例性旋转翼飞行器工作状态；

图3是根据一个实施方式的可停转旋翼飞行器驱动系统的示例性主旋翼逐渐减速工作状态；

图4是根据一个实施方式的可停转旋翼飞行器驱动系统的示例性主旋翼低速拖转工作状态；

图5是根据一个实施方式的可停转旋翼飞行器驱动系统的示例性固定翼飞行器工作状态；

图6是根据一个实施方式的主旋翼和尾部螺旋桨从静止状态逐渐提升转速达到额定转速的示例性框图；

图7是根据一个实施方式的主旋翼从额定转速逐渐降低转速直至停转、飞行器从旋转翼工作状态切换到固定翼工作状态的示例性框图；

图8是根据一个实施方式的主旋翼从停转逐渐提升转速达到额定转速、飞行器从固定翼工作状态切换到旋转翼工作状态的示例性框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1显示出根据本发明的可停转旋翼飞行器驱动系统示意。该旋翼飞行器系统100具有两个发动机101a和101b，可变速主传动系统110，齿轮减速系统102，旋翼系统120。两个发动机(101a和101b)和可变速主传动系统通过齿轮减速系统102连接在一起。可变速主传动系统110装置包括：联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器(111)和联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器(114)；行星齿轮传动系统(112)。旋翼系统(120)包括一个主旋翼(121)和尾部螺旋桨(122)。齿轮减速系统(102)通过尾传动系统(125)与尾部螺旋桨(122)相连。

图6示出根据一个实施方式的主旋翼和尾部螺旋桨从静止状态逐渐提升转速达到额定转速的示例性框图。旋翼系统(120)的转速从静止启动逐渐上升达到额定转速，如图2所示。联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器(111)制动，内齿圈保持固定，同时联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器(114)解脱。启动发动机(101a和101b)，大部分功率通过可变速主传动系统(112)传递给主旋翼，另一部分通过尾传动系统(125)传递给尾部螺旋桨(122)，主旋翼转速逐渐上升达到额定转速，尾部螺旋桨转速逐渐上升达到额定转速，此时发动机功率分别供给主旋翼(约占总功率的85％)和尾部螺旋桨(约占总功率的15％)。

图7示出根据一个实施方式的主旋翼从额定转速逐渐降低转速直至停转、飞行器从旋转翼工作状态切换到固定翼工作状态的示例性框图。联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器(111)瞬间解脱，内齿圈空转，主旋翼(121)失去动力，联接于可变速齿轮系统的行星架制动器(114)半制动，主旋翼(121)转速逐渐降低，如图3所示；联接于可变速齿轮系统的行星架制动器(114)解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器(111)半制动，带动主旋翼(121)低速拖转至固定位置，如图4所示；可变速齿轮系统的内齿圈制动器(111)解脱，可变速齿轮系统的行星架制动器(114)制动，如图5所示，此时行星架不再有功率输入，全部功率输入尾部螺旋桨(122)，工作状态转换为固定翼飞行器状态。

图8是根据一个实施方式的主旋翼从停转逐渐提升转速达到额定转速、飞行器从固定翼工作状态切换到旋转翼工作状态的示例性框图。联接于可变速齿轮系统的行星架制动器(114)解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器(111)半制动，主旋翼(121)转速逐渐提升；可变速齿轮系统的内齿圈制动器(111)制动，主旋翼(121)达到额定转速，此时工作状态转换为旋转翼飞行器状态，发动机功率分别供给主旋翼(约占总功率的85％)和尾部螺旋桨(约占总功率的15％)。

已经根据特定示例和子系统描述了一种可停转旋翼飞行器驱动系统以及改变其旋翼系统工作状态的方法。本发明并不局限于这些特定的示例或者子系统，而且还能延伸至其他实施方式。

Claims (6)

1.一种可停转旋翼飞行器驱动系统，其特征在于：包括旋翼系统、一个或多个发动机、可变速传动系统、齿轮减速系统及尾传动系统；

所述旋翼系统包括一个主旋翼和一个尾部螺旋桨；主旋翼在旋转翼和固定翼工作状态下均提供飞行器所需的升力，尾部螺旋桨在旋转翼工作状态下主要起到平衡扭矩的作用，在固定翼状态下提供飞行器所需的前飞推进力；

所述一个或多个发动机中每个发动机通过齿轮减速系统、可变速传动系统和尾传动系统联接于旋翼系统；

所述可变速传动系统包括联接于齿轮减速系统的输入轴、联接于主旋翼的输出轴、行星齿轮传动装置、联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器以及联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器；所述联接于行星齿轮传动装置的行星架制动器是一种盘式制动器，可制动行星齿轮传动装置的行星架从而使主旋翼从额定转速减速至停止转动，也可逐渐解脱制动行星齿轮传动装置的行星架从而使主旋翼逐步启动并达额定转速；

所述齿轮减速系统是联结于一个或多个发动机中的各发动机输入轴、可变速传动系统以及尾传动系统的用于减速的齿轮系统；

所述尾传动系统是联结于齿轮减速系统和尾部螺旋桨的齿轮系统。

2.根据权利要求1所述的可停转旋翼飞行器驱动系统，其特征在于：所述联接于行星齿轮传动装置的内齿圈制动器也是一种盘式制动器，可制动行星齿轮传动装置的内齿圈从而使内齿圈减速至停止转动，也可逐渐解脱制动行星齿轮传动装置的内齿圈从而使内齿圈逐步启动并达最大转速。

3.根据权利要求1或2所述之一的可停转旋翼飞行器驱动系统，其特征在于：所述可变速传动系统通过分别制动、半制动和解脱制动行星架制动器或内齿圈制动器，而使主旋翼在停止转动、启动转动逐步增速至额定转速的状态间进行切换，其中半制动状态通过反馈可以主动控制行星架和内齿圈的转速。

4.改变如权利要求1所述的可停转旋翼飞行器驱动系统旋翼工作状态的方法，其特征在于：

当可变速齿轮系统的行星架制动器解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器制动，此时行星架将部分功率输出至主旋翼，由主旋翼提供飞行器所需的升力；尾传动系统将其余部分功率输出至尾部螺旋桨，由尾部螺旋桨平衡扭矩，处于旋转翼飞行器工作状态；

当可变速齿轮系统的行星架制动器制动，可变速齿轮系统的内齿圈制动器解脱，此时主旋翼停止转动不再有功率输入，其转化为固定翼提供飞行器所需的升力；尾传动系统将全部功率输出至尾部螺旋桨，由尾部螺旋桨提供前飞推进力，处于固定翼飞行器工作状态；

当可变速齿轮系统的行星架制动器逐渐制动，可变速齿轮系统的内齿圈制动器逐渐解脱，使所述主旋翼由额定转速工作状态逐渐降低转速并最终停转，转换为固定翼飞行器工作状态；

当可变速齿轮系统的行星架制动器逐渐解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器逐渐制动，使所述主旋翼由停转状态逐渐增速最终达到额定转速，转换为旋转翼飞行器工作状态。

5.根据权利要求4所述的改变旋翼工作状态的方法，其特征在于，所述使主旋翼由额定转速状态逐渐降低转速并最终停转的步骤进一步包括：

飞行器初始工作状态为旋翼状态，可变速齿轮系统的行星架制动器解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器制动；

可变速齿轮系统的内齿圈制动器瞬间解脱，内齿圈空转，主旋翼失去动力；

可变速齿轮系统的行星架制动器逐渐制动，主旋翼转速逐渐降低；

可变速齿轮系统的行星架制动器解脱，可变速齿轮系统的内齿圈制动器半制动，带动主旋翼低速拖转至固定位置；

可变速齿轮系统的内齿圈制动器解脱，可变速齿轮系统的行星架制动器制动，工作状态转换为固定翼飞行器状态。

6.根据权利要求4所述的改变旋翼工作状态的方法，其特征在于，所述使主旋翼由停转状态逐渐提高转速最终达到额定转速的步骤进一步包括：

飞行器初始工作状态为固定翼状态，可变速齿轮系统的行星架制动器制动，可变速齿轮系统的内齿圈制动器解脱；

可变速齿轮系统的行星架制动器解脱；

可变速齿轮系统的内齿圈制动器半制动，主旋翼转速逐渐提升；

可变速齿轮系统的内齿圈制动器制动，主旋翼达到额定转速，工作状态转换为旋转翼飞行器状态。