CN105966633B - 一种用于复合式飞行器的传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于复合式飞行器的传动系统，属于复合式飞行器传动系统设计领域。所述传动系统包括减速齿轮系、减速器主轴、离合器、并车锥齿轮、并车输入轴、发动机换向齿轮、发动机输出轴、发动机、螺旋桨换向减速齿轮A、螺旋桨传动轴和螺旋桨换向减速齿轮B；两台发动机产生动力，分别经各自的发动机输出轴先传递到发动机换向齿轮处，在换向后分别由各自的并车输入轴传递到并车锥齿轮处进行并车，并车之后动力传递给减速器主轴，减速器主轴向上给旋翼传递动力，向下给螺旋桨传递动力。本发明适用于复合式飞行器多个功率消耗点的总体布局，能够同时驱动多个旋转部件，也能控制旋翼的接合和脱开；传动部件上功能容易实现和可靠。
Description
技术领域
本发明属于复合式飞行器传动系统设计领域，具体涉及复合式飞行器的传动系统的布局设计、传动路线安排及传动部件的选择。
背景技术
复合式飞行器(参见参考文献[1]:Christopher Eden Mesrobian,et.al ConceptStudy of a High-Speed,Vertical Take-Off and Landing Aircraft[M],Blacksburg,Virginia；June 12,2009；参考文献[2]:胡冬冬,李文杰.波音公司正在研究旋翼/后掠翼组合飞机——DiscRotor[J].飞航导弹,2009(8):8-9；)的概念综合了直升机和固定翼飞机各自的优越性能，直升机起降方便，固定翼飞机飞行速度快，综合二者优点的复合式飞行器有着广阔的应用前景。但是在设计方面，复合式飞行器布局新颖，很多方面都要打破原有的局限。复合式飞行器的总体布局的求新必然带来传动系统的改变，总体设计方面对传动系统提出了新要求。
复合式飞行器不仅要满足直升机模式起降的实现，还要考虑固定翼模式飞行器的推进。于是从发动机产生的功率要经过传动系统传输到三个功率消耗点上去，所述的三个功率消耗点分别是机身顶部旋翼、机身右侧螺旋桨和机身左侧螺旋桨。这种总体上的气动布局方案提出了传动系统布局上的要求。传动系统的功能是实现功率的传递，复合式飞行器模式上的切换必然要求旋翼那一路的传动能够脱开和接合。发动机输出轴的转速很高，而旋翼及螺旋桨的转速不高，又必然涉及减速的问题。
发明内容
本发明针对复合式飞行器传动系统的设计要求，研究传统直升机的传动系统，在此基础上改进设计，提出了用于复合式飞行器的传动系统设计。
本发明的设计点主要在于传动布局的安排和传动部件的选择。为了使结构紧凑、功能可靠、重量小、可靠性高，传动部件采用齿轮和轴，在较大的传动比变化时应用行星齿轮，传动方向变化时采用锥齿轮换向。为了保证复合式飞行器模式的切换，在向旋翼传动的路径中布置离合器。这样的布局和设计实现了动力的传递，两台发动机同时工作输出功率，从发动机轴出来后，先经一次换向，而后再并车，之后一分为二：上路经离合器后再经行星齿轮系减速，最终传递到旋翼；下路又一分为二，分别经二次换向减速齿轮后驱动左右两侧的螺旋桨。
本发明提供的传动系统包括减速齿轮系、减速器主轴、离合器、并车锥齿轮、并车输入轴、发动机换向齿轮、发动机输出轴、发动机、螺旋桨换向减速齿轮A、螺旋桨传动轴和螺旋桨换向减速齿轮B；两台发动机产生动力，分别经各自的发动机输出轴先传递到发动机换向齿轮处，在换向后分别由各自的并车输入轴传递到并车锥齿轮处，在并车锥齿轮处两台发动机进行并车，将动力合并在一起，并车之后动力传递给减速器主轴的下半部分，动力在此一分为二，减速器主轴向上是向旋翼传递部分动力，向下是向两副螺旋桨传递部分动力；所述的减速器主轴包括上、下两部分，上下两部分之间通过离合器连接；所述的并车锥齿轮、发动机换向齿轮、螺旋桨换向减速齿轮A和螺旋桨换向减速齿轮B分别包括一个大齿轮和一个小齿轮，并且各自的大齿轮和小齿轮相互啮合连接。
本发明的优点在于：
(1)传动方案适用于复合式飞行器多个功率消耗点的总体布局，能够同时驱动多个旋转部件，也能控制旋翼的接合和脱开。
(2)传动部件上考虑功能的容易实现和可靠，采用行星齿轮进行大减速比减速，采用锥齿轮换向。
附图说明
图1是复合式飞行器传动系统总体布局图；
图2是发动机功率输出后换向齿轮及并车示意图；
图3是行星齿轮系布置图；
图4是螺旋桨第一次换向减速齿轮。
图中：
1.旋翼； 2.旋翼主轴； 3.减速齿轮系； 4.减速器主轴；
5.离合器；6.并车锥齿轮； 7.并车输入轴； 8.发动机换向齿轮；
9.发动机输出轴； 10.发动机； 11.螺旋桨换向减速齿轮A； 12.螺旋桨传动轴；
13.螺旋桨换向减速齿轮B； 14.螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提出的传动系统进行详细说明。
本发明提供一种用于复合式飞行器的传动系统，所述的复合式飞行器是指具有螺旋桨和固定翼的飞机，螺旋桨可以实现垂直起降；增加螺旋桨推进，可以保证巡航，同时也能保证克服旋翼的反扭力矩；为了模式转换，本发明汇总设置了离合器5，控制旋翼主轴2的脱开与接合；为了保证足够的动力，设置两台发动机10在并车锥齿轮6上并车；为了保证旋翼1的转速，设置两级行星齿轮的减速齿轮系3减速。
如图1所示，本发明提供的用于复合式飞行器的传动系统，包括减速齿轮系3、减速器主轴4、离合器5、并车锥齿轮6、并车输入轴7、发动机换向齿轮8、发动机输出轴9、发动机10、螺旋桨换向减速齿轮A11、螺旋桨传动轴12、螺旋桨换向减速齿轮B13。
本发明是针对新型的复合式飞行器设计的，为实现功能改进了各部件，其中：、旋翼1、螺旋桨14是功率的产生和消耗部件，是根据复合式飞行器的总体设计确定的，不在本发明的保护范畴。减速齿轮系3是两级行星齿轮，是根据传递的功率、转速及减速比等约束条件设计的；离合器5的设计采用多片湿式方案；并车、换向等都采用锥齿轮传动，各自根据使用条件并考虑传动比做不同的修改。本发明的创新点在于解决了复合式飞行器布局的传动需求，为了实现这种传动，设计了减速器主轴4、并车输入轴7、发动机输出轴9、螺旋桨传动轴12的长度、直径和空间布置，设计了减速齿轮系3，增加了离合器5以实现主旋翼1的空中停转。
功率的传递总路线是由发动机10传递到旋翼1和螺旋桨14上去。
如图2，两台发动机10产生动力，分别经各自的发动机输出轴9先传递到发动机换向齿轮8处，在换向后分别由各自的并车输入轴7传递到并车锥齿轮6处。在并车锥齿轮6处两台发动机10进行并车，将动力合并在一起。并车之后动力传递给减速器主轴4的下半部分，动力在此一分为二，减速器主轴4向上是向旋翼1传递部分动力，向下是向两副螺旋桨14传递部分动力。所述的减速器主轴4包括上、下两部分，上下两部分之间通过离合器5连接，即下部分的顶端和上半部分的底端分别固定离合器5的两个部分，实现连接。所述的离合器5为常见的湿式多片电磁离合器。
向上传递动力的路径详见图3，并车之后，减速器主轴4的下部分的动力经过离合器5传递到减速器主轴4的上部分，减速器主轴4的上部分的顶端与齿轮减速系3的第一级齿轮系的太阳轮相连，能够一起转动。再经两级行星减速齿轮系3减速后传递给旋翼主轴2，从而驱动旋翼1的转动。
具体的连接形式为：发动机10通过悬吊安装固定在复合式飞行器的发动机平台上(参见参考文献[3]:刘亚军,刘道庆.浅析现代战斗机发动机安装连接形式[J].飞机设计,2010,30(5):27-30)，发动机平台是与所述的复合式飞行器机身固定的。两台发动机10并列布置(如图1)在旋翼主轴2的后面，每台发动机10的发动机输出轴9通过键(或者直接做成一体)分别与相应发动机换向齿轮8的小齿轮固接；发动机换向齿轮8的大齿轮通过键(或者直接一体)与相应的并车输入轴7固接，发动机换向齿轮8实现发动机输出轴9和并车输入轴7之间的动力换向。并车输入轴7的另一端固接并车锥齿轮6的小齿轮，并车锥齿轮6的大齿轮通过键(或者直接一体)与减速器主轴4下部分某一位置固接，减速器主轴4的上半部分的顶端固接齿轮减速系3的第一级齿轮系的太阳轮，齿轮减速系3最终的输出端固接旋翼主轴2，从而给旋翼1提供动力控制。
另外，减速器主轴4和并车输入轴7是通过轴承固定到主减速器平台上的，这点比较灵活，也比较普通，在此没有给出。
向下传递动力的路径详见图4，减速器主轴4的下半部分向下去接螺旋桨换向减速齿轮A11，动力在此又一分为二，分别向着以机身对称面对称的螺旋桨传递。经过螺旋桨换向减速齿轮A11换向后由螺旋桨传动轴12传递到螺旋桨处，再经螺旋桨换向减速齿轮B13作用，最终减速到合适的转速，驱动螺旋桨14的转动。
这部分的具体连接形式为：减速器主轴4的下半部分的底端与螺旋桨换向减速齿轮A11的小齿轮固接，螺旋桨换向减速齿轮A11的大齿轮与螺旋桨传动轴12一端固接，螺旋桨传动轴12的另一端固接螺旋桨换向减速齿轮B13的小齿轮，螺旋桨换向减速齿轮B13的大齿轮固接在螺旋桨14的旋转轴上。
上述连接形式中，所述的并车锥齿轮6、发动机换向齿轮8、螺旋桨换向减速齿轮A11和螺旋桨换向减速齿轮B13分别包括一个大齿轮和一个小齿轮，并且各自的大齿轮和小齿轮相互啮合连接。
Claims (2)
1.一种用于复合式飞行器的传动系统，其特征在于：所述传动系统包括减速齿轮系、减速器主轴、离合器、并车锥齿轮、并车输入轴、发动机换向齿轮、发动机输出轴、发动机、螺旋桨换向减速齿轮A、螺旋桨传动轴和螺旋桨换向减速齿轮B；
两台发动机产生动力，分别经各自的发动机输出轴先传递到发动机换向齿轮处，在换向后分别由各自的并车输入轴传递到并车锥齿轮处，在并车锥齿轮处两台发动机进行并车，将动力合并在一起，并车之后动力传递给减速器主轴的下半部分，动力在此一分为二，减速器主轴向上是向旋翼传递部分动力，向下是向两副螺旋桨传递部分动力；所述的减速器主轴包括上、下两部分，上下两部分之间通过离合器连接；
所述的并车锥齿轮、发动机换向齿轮、螺旋桨换向减速齿轮A和螺旋桨换向减速齿轮B分别包括一个大齿轮和一个小齿轮，并且各自的大齿轮和小齿轮相互啮合连接；
向上传递动力的路径为：并车之后，减速器主轴的下部分的动力经过离合器传递到减速器主轴的上部分，减速器主轴的上部分的顶端与减速齿轮系的第一级齿轮系的太阳轮相连，能够一起转动；再经两级行星减速齿轮系减速后传递给旋翼主轴，从而驱动旋翼的转动，具体的连接形式为：两台发动机并列布置在旋翼主轴的后面，每台发动机的发动机输出轴分别与相应发动机换向齿轮的小齿轮固接；发动机换向齿轮的大齿轮与相应的并车输入轴固接，发动机换向齿轮实现发动机输出轴和并车输入轴之间的动力换向；并车输入轴的另一端固接并车锥齿轮的小齿轮，并车锥齿轮的大齿轮与减速器主轴下部分固接，减速器主轴的上半部分的顶端固接减速齿轮系的第一级齿轮系的太阳轮，减速齿轮系最终的输出端固接旋翼主轴，从而给旋翼提供动力控制；
向下传递动力的路径为：减速器主轴的下半部分向下去接螺旋桨换向减速齿轮A，动力在此又一分为二，分别向着以机身对称面对称的螺旋桨传递，经过螺旋桨换向减速齿轮A换向后由螺旋桨传动轴传递到螺旋桨处，再经螺旋桨换向减速齿轮B作用，最终减速到合适的转速，驱动螺旋桨的转动；具体连接形式为：减速器主轴的下半部分的底端与螺旋桨换向减速齿轮A的小齿轮固接，螺旋桨换向减速齿轮A的大齿轮与螺旋桨传动轴一端固接，螺旋桨传动轴的另一端固接螺旋桨换向减速齿轮B的小齿轮，螺旋桨换向减速齿轮B的大齿轮固接在螺旋桨的旋转轴上。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合式飞行器的传动系统，其特征在于：所述的离合器为湿式多片电磁离合器。
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