CN105882984A - 一种油动多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

在航空活塞引擎应用于多旋翼无人机的实践中，引擎作为机体主要的振动源之一，且为其余振动源的能量源，由于在不同运行功率下，引擎具有不同的振动频率，和机体采取刚性连接的引擎极易在引发其他振动源的共振，轻则影响飞行稳定，重则破坏机体结构。对于油动多旋翼无人机而言，必须隔断引擎的振动，从而保证无人机结构的稳定和可靠。本发明提供了一种油动多旋翼飞行器，能够有效解决引擎的振动问题。经减振改造后，通过悬置、柔性连接等手段减少了振动源引擎向机架结构的振动传递，通过减振孔减小了振动向旋翼支臂的传递，大幅减小了机架振动的幅度，在引擎高转速下振动频率下降，整机振动情况得到有效缓解，能够达到可靠作业的需求。

Description

一种油动多旋翼飞行器

技术领域

本发明属于航空技术领域，具体涉及一种油动多旋翼飞行器。

背景技术

小型航空活塞引擎在固定翼无人机中已经得到了广泛应用，近几年，多旋翼无人机快速发展，采用小型航空活塞引擎的油动多旋翼无人机兼具载重大、续航时间长的优势，有望在农业、物流、航拍航测等诸多领域得到应用。

多旋翼与固定翼相比，拥有数量众多旋转机构，振动源和振动情况更复杂，对引擎振动更敏感。对于引擎减振的要求也因结构不同而呈现出和固定翼不一样的要求。在航空活塞引擎应用于多旋翼无人机的实践中，引擎作为机体主要的振动源之一，且为其余振动源的能量源，由于在不同运行功率下，引擎具有不同的振动频率，和机体采取刚性连接的引擎极易在引发其他振动源的共振，轻则影响飞行稳定，重则破坏机体结构。对于油动多旋翼无人机而言，必须隔断引擎的振动，从而保证无人机结构的稳定和可靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种油动多旋翼飞行器，能够有效解决引擎的振动问题。

本发明的技术方案是：一种油动多旋翼飞行器，包括引擎、机架和引擎减振单元，所述机架包括机架中心板，所述机架中心板包括上机架中心板和下机架中心板，其特征在于：

所述引擎减振单元包括第一引擎减振模块和第二引擎减振模块；

所述第一引擎减振模块，用于将引擎连接于机架下方；

所述第二引擎减振模块，设置于所述引擎与所述第一引擎减振模块之间，用于减小引擎振动向第一引擎减振模块的传导。

进一步地，所述第一引擎减振模块设置在下机架中心板下方，用于将引擎悬置连接于机架，并利用引擎自身重力实现引擎和所述第一引擎减振模块的柔性连接。

进一步地，该飞行器还包括齿轮传动机构和传动减振单元，其中齿轮传动机构设置在上机架中心板和下机架中心板之间，所述传动减振单元柔性连接于引擎的动力输出机构与齿轮传动机构之间，用于减小引擎振动向齿轮传动机构的传导。

进一步地，所述引擎的输出轴安装有离合器，所述离合器的输出轴上安装有驱动同步带轮，所述第一引擎减振模块内设置有从动同步带轮，所述驱动同步带轮通过所述传动减振单元与从动同步带轮连接。

进一步地，所述传动减振单元为同步带；所述从动同步带轮与动力输出齿轮连接，所述动力输出齿轮与安装在限位轴座上四个主齿轮之一啮合；四个主齿轮相互啮合。

进一步地，所述机架中心板与旋翼机臂的连接部设有机体减振单元，用于减小引擎振动向旋翼的传导。

进一步地，所述机体减振单元为圆形减振孔，其能够均匀孔边界的应力分布，并且孔的直径不超过所述连接部宽度的0.7倍。

进一步地，所述上/下机架中心板与每个旋翼机臂的连接处各设置两个减振孔，并且连接部设置有管夹，用于连接旋翼机臂。

进一步地，所述机架中心板设有减重孔，用于减轻机身重量，所述减重孔的形状包括圆形、三角形和/或多边形。

进一步地，所述减重孔按照不同形状交错设置在机体中心板上。

采用本发明的技术方案，可以有效解决引擎的振动问题。其中，引擎的悬置安装优化了整机结构，有利于减振；减振装置可以滤掉引擎高频振动；引擎与传动系统之间的同步带柔性连接，隔断了振动源；机架中心板在其与旋翼机臂的连接部设有减振孔，减小了振动向机臂的传播。

附图说明

图1为本发明整机结构示意图；

图2为本发明的引擎与传动机构装配结构示意图；

图3为本发明的中心机架结构示意图。

具体实施方式

小型航空引擎以活塞引擎为主，活塞引擎是小型航空器的主要振动源之一，其振动主要原因为气缸爆燃、动力输出轴旋转部件动平衡问题。其中，气缸爆燃产生的不对称振动是不可避免的，从引擎转速可以推算气缸爆燃的频率，可以得到爆燃产生的振动是一类振幅较小，频率在千赫兹数量级的振动源，该振动沿引擎与飞行器结构的刚性连接传递到机体结构，在一定频率下，引发共振，对飞行器机体结构造成不可逆的破坏。而旋转部件的动平衡问题，可通过提高旋转部件的加工精度及材料均匀度来改善。

针对引擎振动的特征，结合振动减缓的方法，我们采用改变结构重心和阻尼减振两种方式来实现针对引擎的减振。通过将引擎安装位置及方式由机体结构上方刚性连接改为机体结构下方悬置阻尼连接，一方面通过重心调整，改变机体的振动模态；一方面采用橡胶垫隔断引擎与机架的刚性连接，利用橡胶垫弹性元件属性，减缓振动幅度，削减振动传播路径。

针对传动系统减振，通过在引擎输出端和传动系统输入端之间采用皮带连接，避免振动通过刚性连接的传动机构由引擎传递到传动系统各部分。

针对机架到旋翼的振动传导路径，在悬臂梁和机架连接处设置圆形减振孔，降低悬臂梁-机架连接处刚度，减少悬臂梁-机架连接处传力面积。

下面结合附图1-3说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如附图1-3所示，一种油动多旋翼无人机，其包括机架，带有电启动器3和排气管2的引擎 1、引擎减振单元。所述机架包括机架中心板，所述机架中心板包括上机架中心板和下机架中心板（如图3所示）。所述引擎减振单元包括第一引擎减振模块6和第二引擎减振模块4。

第一引擎减振模块6通常为安装架、安装框或安装梁结构，安装架可以为圆形、三角形或多边形结构，安装框采用闭合式结构、安装梁可采用凹形或凸形结构。

第一引擎减振模块6固定于下机架中心板的下方，用于从引擎的上方连接引擎，使整个引擎 1悬挂在机架下方，悬置安装方式的优点是利用引擎 1 自身的重力来实现引擎和引擎安装架 6 的柔性连接。

第二引擎减振模块4设置在引擎1和第一引擎减震模块6之间，用于减缓引擎 1 振动向机架结构的传导。

第二引擎减振模块4通常为弹性元件或阻尼元件，包括减振块、阻尼材料、橡胶圈、橡胶垫等。

第二引擎减振模块4可以设置多个，其结构可以是如图2所示的在中心轴周围附加弹性材料构成。

实施例二：

在实施例一的基础上，本实施例进一步针对传动系统进行了减振设计。具体方案如下：

引擎 1 输出轴安装了离合器 5 ，离合器 5 输出轴上安装有驱动同步带轮 81 ，驱动同步带轮 81 通过传动减振单元 7与安装在带轮安装架 9 上的从动同步带轮 82 连接，该结构构成了多旋翼飞行器的一级传动系统。

引擎1 动力经由一级传动系统传递到从动同步带轮 82 ，从动同步带轮 82 与动力输出齿轮 10连接，动力输出齿轮 10 与安装在限位轴座 11 上的四个主齿轮 12 中的一个啮合，四个主齿轮 12 相互啮合，限位轴座 11 是传动系统的主要支撑结构，其加工精密程度要求较高，保证主齿轮 12 啮合状况良好，上述结构构成了二级传动系统。动力输出齿轮 10 和主齿轮 12 的齿数比决定了传动系统的减速比，为保证传动效果能满足设计需求，减速比应在1.5-3.5之间。

在上述结构中进一步设置传动减振单元 7 ，实现引擎 1 动力输出端与传动系统动力输入端的柔性连接，起到减缓振动传导的作用。

其中传动减振单元7设置在驱动同步带轮 81和从动同步带轮 82之间，实现驱动同步带轮 81和从动同步带轮 82的柔性连接。

传动减振单元7可采用同步带结构来实现柔性连接。同步带可以采用弹性材料制成。

传动减振单元7也可以采用弹性链条、弹性齿轮等传动结构来实现。

实施例三

在之前实施例的基础上，本实施例进一步在机体上设置了机体减振单元，用于减小引擎振动向旋翼的传导。具体方案如下：

如图3所示，在机臂 15 和机架中心板 14 的连接部设置有机体减振单元13，这是机架结构上的减振关键设计。

机体减振单元可以设计为圆形减振孔结构。一方面起到减重的作用，一方面削减振动从机架中心板 14 向机臂 15 的传导路径，减缓机臂的振动。

圆形减振孔结构还能够均匀孔边界上的应力分布。优选地，圆形孔的直径不超过机架中心板 14 末端宽度（也就是连接部）的0.7倍。

优先地，在上下机架中心板 14 与机臂 15 连接处各设置两个减振孔 13 ，这样，四个机臂 15 上下机架中心板 14 上共设置16个减振孔 13 。

机体减振单元13除了设置成圆形减振孔结构外，还可以设置为肋条形状、凸块形状、凹槽形状等，其作用均是削减振动从机架中心板 14 向机臂 15 的传导路径。

除此之外，在机架中心板上，还可以进一步设置多个减重孔，起到减轻机身重量的作用。减重孔可以为圆形、三角形、长方形、多边形等结构。并且可以按照不同形状交错设置在机体中心板上。

经减振改造后，通过悬置、柔性连接等手段减少了振动源引擎 1 向机架结构的振动传递，通过减振孔减小了振动向旋翼支臂的传递，大幅减小了机架振动的幅度，在引擎1 高转速下振动频率下降，整机振动情况得到有效缓解，能够达到可靠作业的需求。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种油动多旋翼飞行器，包括引擎、机架和引擎减振单元，所述机架包括机架中心板，所述机架中心板包括上机架中心板和下机架中心板，其特征在于：

所述引擎减振单元包括第一引擎减振模块和第二引擎减振模块；

所述第一引擎减振模块，用于将引擎连接于机架下方；

所述第二引擎减振模块，设置于所述引擎与所述第一引擎减振模块之间，用于减小引擎振动向第一引擎减振模块的传导。

2.如权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述第一引擎减振模块设置在下机架中心板下方，用于将引擎悬置连接于机架，并利用引擎自身重力实现引擎和所述第一引擎减振模块的柔性连接；

所述第二引擎减振模块为弹性元件。

3.如权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

该飞行器还包括齿轮传动机构和传动减振单元；

其中齿轮传动机构设置在上机架中心板和下机架中心板之间；

所述传动减振单元柔性连接于引擎的动力输出机构与齿轮传动机构之间，用于减小引擎振动向齿轮传动机构的传导。

4.如权利要求3所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述引擎的输出轴安装有离合器，所述离合器的输出轴上安装有驱动同步带轮；

所述第一引擎减振模块内设置有从动同步带轮；

所述驱动同步带轮通过所述传动减振单元与从动同步带轮连接。

5.如权利要求4所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述传动减振单元为同步带；

所述从动同步带轮与动力输出齿轮连接；

所述动力输出齿轮与安装在限位轴座上四个主齿轮之一啮合；四个主齿轮相互啮合。

6.如权利要求1-5任一项所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述机架中心板与旋翼机臂的连接部设有机体减振单元，用于减小引擎振动向旋翼的传导。

7.如权利要求6所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述机体减振单元为圆形减振孔，其能够均匀孔边界的应力分布

所述圆形振动孔的直径不超过所述连接部宽度的0.7倍。

8.如权利要求7所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述上/下机架中心板与每个旋翼机臂的连接处各设置两个减振孔；

所述连接部设置有管夹，用于连接旋翼机臂。

9.如权利要求1-5任一项所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述机架中心板设有减重孔，用于减轻机身重量；

所述减重孔的形状包括圆形、三角形和/或多边形。

10.如权利要求9所述的多旋翼飞行器，其特征在于：所述减重孔按照不同形状交错设置在机体中心板上。