CN105480409B - 涵道动力装置及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明设计涵道动力装置和飞行器。涵道动力装置包括驱动装置以及共轴线地布置的涵道和旋翼，旋翼包括共轴线地布置且可绕着共轴线旋转的第一旋翼和第二旋翼，第二旋翼通过一分离机构绕着共轴线相对第一旋翼转动；在需要提升输出动力时，第二旋翼上的桨叶和第一旋翼上的桨叶分离，涵道内的桨叶数量翻倍，随着桨叶数量的增加，在短时间内能够获得较大的动力，从而达到缩短相应时间、装置快速提速的目的，也有效地提升了涵道动力装置的动力极限；此外，也间接地延长了驱动装置的使用寿命；本发明飞行器包含了上述涵道动力装置，涵道动力装置设置在飞行器的机架上。

Description

涵道动力装置及飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体地说，涉及一种具有涵道的动力装置和应用了该涵道动力装置的飞行器。

背景技术

飞行器上装备的涵道动力装置，一般包括涵道、共轴线地设置于涵道内的旋翼及电机，电机也可设置在涵道外围并通过驱动轴装置驱动旋翼转动，实现涵道内的正常工作。

现有技术中，涵道动力装置通常是通过提高电机的功率而达到提高旋翼旋转速度，进而提高飞行速度的目的。如公开号为CN 104401480 A的中国专利申请公开了一种涵道式倾转飞行器。在该专利申请文献中记载了该飞行器包括机身，机身上设有涵道，涵道内安装涵道螺旋桨。该方案通过提高机身内部涵道螺旋桨的转速增加飞行器的升力补给，提高飞行器在转换模式过程中的安全性、稳定性和可靠性，有效降低飞行事故率；同时，通过调整涵道螺旋桨的转速，还便于对飞行器的飞行姿态进行快速调节，以适应不同的飞行环境。

然而，上述旋翼提速方式存在以下问题：

1、提速响应速度慢，不能实现快速提速及获得大动力；

2、只靠提高转速增加动力，转速达到极限，动力无法继续增加，动力增加幅度范围不大；

3、当需要频繁的大幅度加减速时，电机的功率需要响应地调整，容易造成电机损耗，缩短其寿命。

又如，公开号为CN 104085530 A的中国专利申请公开了一种涵道共轴多旋翼飞行器。在该专利申请文献中记载了该飞行器的机体结构上包括有中心涵道、主旋翼和若干个均匀分布在中心涵道外围的副旋翼；主旋翼包括上螺旋桨和下螺旋桨，上螺旋桨和下螺旋桨通过支撑结构支撑在中心涵道内，上螺旋桨和下螺旋桨的中心位于同一竖直轴线上，旋转方向相反，支撑结构的外侧固定连接转动装置，副旋翼通过摇臂与转动装置连接，转动装置控制摇臂带动副旋翼绕其与支撑结构的连接点转动。

在上述方案中，在主旋翼内设置上螺旋桨和下螺旋桨，在主旋翼外围设置若干副旋翼，再通过摇臂与转动装置连接实现副旋翼的转动。但这种结构复杂，占用较大的空间，同时控制系统复杂，成本高昂。

鉴于现有的涵道动力装置存在的问题，亟待需要设计出一种新的涵道动力装置，以达到保证电机寿命，同时提供大动力的情况下，还能具有结构简单紧凑、成本低的目的。

发明内容

本发明的第一目的旨在提供一种涵道动力装置；

本发明的另一目的旨在提供一种应用了上述涵道动力装置的飞行器。

本发明提供的涵道动力装置包括驱动装置以及共轴线地布置的涵道和旋翼，旋翼包括共轴线地布置且可绕着共轴线旋转的第一旋翼和第二旋翼；第二旋翼通过一分离机构绕着共轴线相对第一旋翼转动。

由上述方案可见，由于本发明将旋翼设置为第一旋翼和第二旋翼，第二旋翼可通过一分离机构绕着共轴线相对第一旋翼转动，亦即第一旋翼相对静止，第二旋翼相对第一旋翼发生相对转动，设置在第一旋翼上的桨叶和设置在第二旋翼上的桨叶在分离机构的作用下可分离或贴合；对于涵道动力装置来说，在需要提升输出动力时，可以驱使第一旋翼上的桨叶和设置在第二旋翼上的桨叶分离，从而使涵道内的桨叶数量增加，随着桨叶数量的增加，在短时间内能够获得较大的动力，从而达到缩短响应时间、装置快速提速的目的，与现有技术相比，在不增加驱动装置功率的情况下，本发明有效地提升了涵道动力装置的动力极限；此外，也相对地减少了驱动装置运行在极限功率输出状态的情况，从而间接地延长了驱动装置的使用寿命。

一个优选的方案是，在第一旋翼和第二旋翼上均设置有若干与共轴线之间存在倾斜角度的桨叶，第一旋翼上的桨叶和第二旋翼上的桨叶在第一旋翼与第二旋翼的相对转动过程中实现贴合与分离。

上述方案可见，旋翼上的桨叶数量可以根据需要设定，利用第一旋翼与第二旋翼的相对转动中实现桨叶之间的分离与贴合，其结构稳定简单，制作方便，成本低；可以根据需要精准控制桨叶间的距离，从而精准控制动力提供。

进一步优选的方案是，第一旋翼上的桨叶数量与第二旋翼的桨叶数量相同。

上述方案可见，第一旋翼上的桨叶数目与第二旋翼的桨叶数目一样， 能够保证在两个旋翼上的桨叶分离后，其桨叶间隔是相同的，从而保证了动力输出的稳定性和防止意外发生，且是在原有桨叶数量基础上，增加了一倍桨叶数量，从而能快速获知动力增加速度，使整个动力装置的操控性更好；另外，第二旋翼底部安装有连接环，防止旋翼在轴向上的抖动，防止两旋翼因抖动相互碰撞损坏。

一个优选的方案是，其中的分离机构包括伺服电机和固定连接在伺服电机输出轴上的丝杆、套设在丝杆上的螺纹轴套、通过轴承与螺纹轴套连接的第二转动件、第一转动件，在第一转动件的内壁上设置有第一螺旋驱动面，第二转动件上设置有与第一螺旋驱动面相配合的第二螺旋驱动面，第二转动件与第一转动件之间相对螺旋转动，第一转动件与第一旋翼连接，第二转动件与第二旋翼连接。

上述方案可见，驱动装置带动第一旋翼旋转，第一旋翼通过第一转动件带动第二转动件旋转，第二转动件带动第二旋翼旋转；当需要提高输出动力时，通过伺服电机驱动丝杆带动螺纹轴套上升，螺纹轴套通过轴承带动第二转动件上升，基于第二转动件与第一转动件转动连接，第二转动件在上升过程中带动第二旋翼与第一旋翼分离；此时整个涵道动力装置的浆叶总数增加，从而可达到快速提速的目的，且能够在短时间内获得较大的动力，响应时间短，使得涵道动力装置的动力极限得到提升，且其实施简单方便。

进一步优选的方案是，在第二旋翼的浆毂顶部设置有导向柱和环绕第二旋翼的轴心设置的导向槽口，第二转动件与导向柱滑动配合，第一旋翼的浆毂顶部设置有固定柱，固定柱穿过导向槽口并与第一转动件连接。

以上方案可见，利用导向柱与第二旋翼固定连接，第二转动件与导向柱滑动配合，第一旋翼通过固定柱穿过导向槽口后与第一转动件连接，丝杆上的螺纹轴套的上下直线运动转化为第二转动件的旋转上升运动，而第一转动件与第二转动件之间相对转动，第二转动件通过导向柱与第二旋翼固定连接，第二转动件将带动第二旋翼相对第一旋翼发生转动，从而使第二旋翼上的桨叶与第一旋翼上的桨叶分离或贴合，其中利用了导向槽和导向柱的设置，使得桨叶之间的分离和贴合更加稳定，安全性系数高。

更进一步优选的方案是，导向柱、导向槽口和固定柱的数目均设置为三个，三个导向柱、导向槽口和固定柱分别在各自旋翼的浆毂顶部均匀分布，在第二转动件上均匀设置有三个与导向柱滑动配合的导向套口，第一转动件上均匀设置有三个与固定柱连接的固定套口。

上述方案可见，采用三个导向柱导向槽口和固定柱均匀设置的方式，使得整个结构更加稳定，可靠性大大提高。

更进一步优选的方案是，在第一旋翼的浆毂顶部还设置有垫片固定槽，垫片固定槽内配合有垫片，垫片的上端面高出于第一旋翼的浆毂顶部的端面之上。

上述方案可见，通过垫片使第二旋翼与第一旋翼旋转时平衡性更好，预防两旋翼由于震动、抖动碰撞损坏。

进一步优选的方案是，涵道包括涵筒和设置在涵筒内的支撑环，驱动装置固定设置在支撑环上，第一旋翼通过驱动装置的外转子驱动转动，伺服电机固定设置在驱动装置的底部，丝杆从驱动装置的内定子轴心穿过并露出在驱动装置的上部。

上述方案可见，采用外转子式驱动装置，驱动装置固定在涵筒的支撑环上，伺服电机设置在驱动装置的底部，能够很好地解决整个涵道体积过大的问题，结构更加紧凑，节约成本。

更进一步优选的方案是，在驱动装置的外转子端部还设置有平衡环。

上述方案可见，平衡环随驱动装置高速旋转，相当于机械陀螺仪，通过高速旋转维持涵道分合旋翼的整体平衡。

本发明提供的飞行器包括机架和如上所述的涵道动力装置，涵道动力装置设置在机架上。

由上述方案可见，采用可本发明所述涵道动力装置的飞行器与现有技术相比，在不增加驱动装置极限功率和输出动力的情况下，通过增加旋翼上的桨叶数量和分布，从而可达到快速提速的目的，且能够在短时间内获得较大的动力，响应时间短，使得飞行器的动力极限得到提升。

附图说明

图1是本发明的简易俯视结构示意图；

图2是图1中A-A方向的剖视结构示意图；

图3是图2中B部分的放大结构示意图；

图4是本发明桨叶贴合时的立体结构示意图；

图5是本发明桨叶分离时的立体结构示意图；

图6是所述涵道的简易结构示意图；

图7是所述驱动装置的简易结构示意图；

图8是所述第一旋翼的简易结构示意图；

图9是所述第二旋翼的简易结构示意图；

图10是所述第一转动件的简易结构示意图；

图11是所述第二转动件与所述导向柱配合后的简易结构示意图；

图12是本发明的爆炸结构示意图。

具体实施方式

涵道动力装置实施例

如图1和图12所示，本发明包括涵道2、驱动装置1、第一旋翼3、第二旋翼4、顶盖22、通过轴承与螺纹轴套7连接的第二转动件8及第一转动件9。在本发明中，所述驱动装置1为电机1。如图2所示，涵道2、第一旋翼3及第二旋翼4共轴线地布置。第二旋翼4可通过一分离机构绕着共轴线相对第一旋翼3转动。其中第一旋翼3和第二旋翼4属于整个动力装置的旋翼。如图9所示，第二旋翼4的底部安装有连接环24，该连接环24用于防止旋翼在轴向上的抖动，避免两旋翼因抖动而相互碰撞损坏。电机1为外转子式电机。如图2所示，在电机1内部为中通状态，在其内设置有丝杆6，丝杆6从电机1的内定子轴心穿过并露出在电机的上部。丝杆6上通过一定位销26配合有螺纹轴套7，定位销26固定螺纹轴套7，在伺服电机5的作用下，丝杆6能够与螺纹轴套7发生相对转动，从而丝杆实现上升或下降。丝杆6的一端固定连接有伺服电机5。第一旋翼3、第二旋翼4、伺服电机5、丝杆6、螺纹轴套7、第一转动件9和第二转动件8共同构成分离机构。第一旋翼3上的桨叶和第二旋翼4上的桨叶在第一旋翼3与第二旋翼4的相对转动过程中实现贴合与分离。

如图6所示，涵道2包括涵筒17和支撑环18，电机1固定设置在支撑环18上。伺服电机5设置在位于支撑环处的电机的底部。如图7所示，在电机的外转子端部还设置有平衡环19，平衡环的设置有助于整个电机系统在运转过程中的平衡，平衡环相当于旋转陀螺仪，其具有很好的平衡性。

如图8、图9所示，第一旋翼3和第二旋翼4上均设置有与共轴线之间存在倾斜角度的5片桨叶。当然，第一旋翼3和第二旋翼4上的桨叶设置数量可以是2～6片，这根据动力需求而定。在第一旋翼3的浆毂顶部设置有三个均匀分布的固定柱14和三个均匀分布的垫片固定槽20，垫片固定槽20内配合有垫片21，垫片21的上端面高出于第一旋翼3的浆毂顶部的端面之上。

如图9所示，在第二旋翼4的浆毂顶部均匀设置有三个导向柱12和环绕第二旋翼4的轴心设置的三个导向槽口13，第二转动件8与导向柱12滑动配合。如图11所示，在第二转动件8上均匀设置有三个与导向柱12滑动配合的导向套口15。如图10所示，第一转动件9上均匀设置有三个与固定柱14连接的固定套口16。如图4和图5所示，固定柱14穿过导向槽口13并与第一转动件9连接。在第二旋翼4的浆毂顶部上还均匀设置有通过螺栓连接供顶盖22固定用的三个连接柱23。

如图10和图11所示，在第一转动件9的内壁上设置有第一螺旋驱动面10，第二转动件8上设置有与第一螺旋驱动面10相配合的第二螺旋驱动面11，第二转动件8相对第一转动件9螺旋转动，第一转动件9与第一旋翼3连接，第二转动件8与第二旋翼4连接。

如图2-4所示，本发明涵道动力装置正常工作时，电机1外转子带动第一旋翼3旋转，此时，第二旋翼4上的桨叶与第一旋翼3上的桨叶相贴合，伺服电机5不工作，第一转动件9与第一旋翼3相对静止，第一转动件9和第二转动件8之间相对静止，第二转动件8与第二旋翼相对静止，第一旋翼3与第二旋翼4同步转动，即第二旋翼4上的桨叶与第一旋翼3上的桨叶相贴合并转动。

需要提高动力时，装置发生如图4所示的状态变化到如图5所示的状态。位于电机1底部的伺服电机5通过丝杆6带动螺纹轴套7上升，在螺纹轴套7的外壁的上下两侧套设有卡簧25，螺纹轴套7上升时通过卡簧25带动双轴承上升，双轴承带动第二转动件8上升。由于第一转动件9与第一旋翼3通过固定套口16固定连接，而第一旋翼3在电机带动下只作转动运动，在这种情况下，第一转动件9也无法随螺纹轴套7向上升起。而第二转动件8与第一转动件9通过第一螺旋驱动面10和第二螺旋驱动面11相配合后可以相对螺旋转动，此时，在螺纹轴套7向上运动时，第二转动件8也向上运动，从而第一转动件9与第二转动件8发生相对转动并分离。第二转动件8上的导向套口15上又滑动套设着与第二旋翼4固定连接的导向柱12，第二转动件8在旋转上升过程中，导向套口15也沿着导向柱12上升。第二转动件8相对第一转动件9转动，则带动导向柱12转动，从而带动第二旋翼4相对第一旋翼转动，从而使得第二旋翼4上的桨叶相对第一旋翼3上的桨叶转动，实现分离。

当需要回复到正常动力提供时，伺服电机1发生反向转动，上述动作的反向过程后，第一旋翼3上的桨叶与第二旋翼4的桨叶又重新贴合。

本发明的上述方案，实现第二旋翼4与第一旋翼3的主动分离、贴合，其响应时间短，通过伺服电机5控制分离角度0～35°，主动控制动力大小，动力的提升主要靠旋翼桨叶数量而不是电机，大大提高了电机的使用寿命，也提升了涵道分合旋翼的动力极限。

飞行器实施例

本发明中，飞行器包含了上述涵道动力装置和机架。涵道动力装置固定在机架上。涵道动力装置的设置方式根据具体的飞行器设定，在机架上设置的涵道动力装置的数目也是根据具体需要设定。

此外，驱动旋翼的电机不限于与旋翼共轴线地布置，驱动旋翼的电机还可以布置在涵道外侧，通过传动轴或带传动的方式驱动位于涵道内的旋翼。旋翼也不限于由电机驱动，还可由油机驱动。驱动动力源可以根据资源和需要选择。

本发明的涵道动力装置不限于使用在飞行器上，还可以使用在由气流驱动的船或车上，气垫船和气动滑行车等。

本发明可应用于动力装置领域。

Claims (9)

1.一种涵道动力装置，包括驱动装置（1）以及共轴线地布置的涵道（2）和旋翼，所述旋翼包括共轴线地布置且可绕着共轴线旋转的第一旋翼（3）和第二旋翼（4）；所述第二旋翼（4）通过一分离机构绕着共轴线相对所述第一旋翼（3）转动；其特征在于：在所述第一旋翼（3）和所述第二旋翼（4）上均设置有若干与共轴线之间存在倾斜角度的桨叶，所述第一旋翼（3）上的桨叶和所述第二旋翼（4）上的桨叶在所述分离机构的作用下可实现贴合与分离。

2.根据权利要求1所述的涵道动力装置，其特征在于：所述分离机构包括伺服电机（5）和固定连接在所述伺服电机（5）输出轴上的丝杆（6）、套设在所述丝杆（6）上的螺纹轴套（7）、通过轴承与所述螺纹轴套（7）连接的第二转动件（8）、第一转动件（9），在所述第一转动件（9）的内壁上设置有第一螺旋驱动面（10），所述第二转动件（8）上设置有与所述第一螺旋驱动面（10）相配合的第二螺旋驱动面（11），所述第二转动件（8）与所述第一转动件（9）之间相对螺旋转动，所述第一转动件（9）与所述第一旋翼（3）连接，所述第二转动件（8）与所述第二旋翼（4）连接。

3.根据权利要求2所述的涵道动力装置，其特征在于：在所述第二旋翼（4）的桨 毂顶部设置有导向柱（12）和环绕所述第二旋翼（4）的轴心设置的导向槽口（13），所述第二转动件（8）与所述导向柱（12）滑动配合，所述第一旋翼（3）的桨 毂顶部设置有固定柱（14），所述固定柱（14）穿过所述导向槽口（13）并与所述第一转动件（9）连接。

4.根据权利要求3所述的涵道动力装置，其特征在于：所述导向柱（12）、所述导向槽口（13）和所述固定柱（14）的数目均设置为三个，三个所述导向柱（12）、所述导向槽口（13）和所述固定柱（14）分别在各自旋翼的桨 毂顶部均匀分布，在所述第二转动件（8）上均匀设置有三个与所述导向柱（12）滑动配合的导向套口（15），所述第一转动件（9）上均匀设置有三个与所述固定柱（14）连接的固定套口（16）。

5.根据权利要求1所述的涵道动力装置，其特征在于：所述第一旋翼（3）上的桨叶数量与所述第二旋翼（4）的桨叶数量相同。

6.根据权利要求2所述的涵道动力装置，其特征在于：所述涵道（2）包括涵筒（17）和设置在所述涵筒（17）内的支撑环（18），所述驱动装置（1）固定设置在所述支撑环（18）上，所述第一旋翼（3）通过所述驱动装置（1）的外转子驱动转动，所述伺服电机（5）固定设置在所述驱动装置（1）的底部，所述丝杆（6）从所述驱动装置（1）的内定子轴心穿过并露出在驱动装置的上部。

7.根据权利要求6所述的涵道动力装置，其特征在于：在所述驱动装置（1）的外转子端部还设置有平衡环（19）。

8.根据权利要求3所述的涵道动力装置，其特征在于：在所述第一旋翼（3）的桨 毂顶部还设置有垫片固定槽（20），所述垫片固定槽（20）内配合有垫片（21），所述垫片（21）的上端面高出于所述第一旋翼（3）的桨 毂顶部的端面之上。

9.一种飞行器，包括机架，其特征在于：它还包括如权利要求1所述的涵道动力装置，所述涵道动力装置设置在所述机架上。