CN106828906A - 双发涡轮轴动力无人直升机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双发涡轮轴动力无人直升机，它包括机身、主旋翼和为主旋翼提供动力的动力系统，所述动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器、两组涡轮轴发动机系统和与两组涡轮轴发动机系统分别电性连接的控制器，所述主减速器的动力输入端为两个且分别与两组涡轮轴发动机系统连接，所述动力输出端与主旋翼连接。本发明所公开的双发涡轮轴动力无人直升机，既能节省机舱内部空间，又能增大有效载荷质量，还能保障无人机、地面人员和地面设施的安全。

Description

双发涡轮轴动力无人直升机

技术领域

本发明涉及一种无人直升机，具体涉及一种双发涡轮轴动力无人直升机。

背景技术

无人直升机是指由无线电遥控飞行或自主控制飞行的无人驾驶、不载人的垂直起落旋翼飞行器。它依靠电动机或活塞式发动机驱动旋翼产生升力和操纵力，能垂直起落、空中悬停，能向任何一个方向灵活飞行。

无人直升机无论在现代战争还是经济建设、日常生活中都具有独特作用。以民用为例，无人直升机具有成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，广泛应用于包括：航空拍摄、航空摄影、地质地貌测绘、森林防火、地震调查、边境巡逻、应急救灾、禁毒、反恐、警用侦查巡逻、治安监控、消防航拍侦查、通信中继、城市规划等多个领域。近年来，无人机在民用市场的潜在需求也将逐步显现，我国民用无人机将进入快速发展期。

现有无人直升机主要依靠电动机或活塞式发动机驱动，但是随着用户对无人机平台的载荷重量、续航时间等指标的需求不断增加，原有的动力来源已不能满足无人机对输出功率、机身重量等多方面的需求：如果增大电动机的功率，同时会导致机载电池的体积和重量也大大增加，严重降低了无人机的有效载荷；活塞式发动机功率提高后，发动机和配套冷却系统体积和重量也都会大大增加，发动机振动也会更加剧烈。另外，发动机失效通常会造成单一发动机的无人机直接坠毁，除了无人机自身的损毁，也会威胁到地面人员与财产的安全。

发明内容

本发明的目的是提出一种既节省机舱内部空间，又能增大有效载荷质量，还能保障无人机、地面人员和地面设施安全的双发涡轮轴动力无人直升机。

本发明的目的是下述技术方案来实现的：

一种双发涡轮轴动力无人直升机，包括机身、主旋翼和为主旋翼提供动力的动力系统，所述动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器、两组涡轮轴发动机系统和与两组涡轮轴发动机系统分别电性连接的控制器，所述主减速器的动力输入端为两个且分别与两组涡轮轴发动机系统连接，所述动力输出端与主旋翼连接。

进一步的，所述主减速器包括壳体和与壳体相匹配的上盖，所述壳体内设有两套伞齿轮传动副，且每套伞齿轮传动副的动力输入轴与动力输出轴分别连接涡轮轴发动机系统与主旋翼。

进一步的，所述每套伞齿轮传动副均包括套设在输出轴上的螺旋伞齿轮一、与螺旋伞齿轮一啮合传动的螺旋伞齿轮二，与螺旋伞齿轮二同轴传动的螺旋伞齿轮三，与螺旋伞齿轮三啮合传动的螺旋伞齿轮四；所述螺旋伞齿轮四套设在动力输入轴的一端，动力输入轴的另一端伸出主减速器的壳体与涡轮轴发动机系统连接。

进一步的，所述壳体为上端敞口的长方体形，在壳体上开设有第一孔位、第二孔位和第三孔位；所述第一孔位设置在壳体的底部，所述动力输出轴从第一孔位穿出与主旋翼连接；所述第二孔位设置在壳体的两侧，且在该第二孔位上设有侧壁端盖，侧壁端盖的设置是为了方便安装和维护；所述第三孔位设置在靠近涡轮轴发动机系统的一侧，所述动力输出轴从第三孔位穿出与与涡轮轴发动机系统连接；所述上盖上开设有动力输出轴穿出的第四孔位和用于滑油注入的注油口。

进一步的，所述两组涡轮轴发动机系统设置于机身轴线的两侧，且平行于机身轴线对称设置。

进一步的，所述每组涡轮轴发动机系统均包括依次连接的涡轮轴发动机、柔性联轴器和超越单向离合器，且每组涡轮轴发动机系统中的涡轮轴发动机均与控制器电性连接。

进一步的，所述柔性联轴器的输入端连接在涡轮轴发动机的输出轴上；柔性联轴器的输出端与超越单向离合器的外圈配合连接；所述每套伞齿轮传动副的动力输入轴均与其对应的超越单向离合器的内圈配合连接。

进一步的，所述柔性联轴器的输出端与超越单向离合器的外圈间的连接为键连接、法兰盘连接或销轴连接；所述每套伞齿轮传动副的动力输入轴均与其对应的超越单向离合器的内圈键连接。

进一步的，所述两个涡轮轴发动机的排气口分别朝向两侧，且排气方向均背离机身轴线设置。

进一步的，所述机身上在对应排气口的位置开有排气出口。

超越单向离合器的简述：

超越离合器俗称单向轴承，也是仅能单一方向(顺时针方向或逆时针方向)传动的机械传动基础件。当动力源驱动被动元件时只能单一方向传动，当动力源转变方向时(如顺时针变为逆时针方向)，被动元件则会自动脱离不产生任何动力传动的功能。

超越单向离合器的运动方式：

(1)转矩传递或称接合(楔合)；

(2)空转或称超越(解脱)。

超越单向离合器的功能：

当超越单向离合器的动力输出部分(内环或外环)转速比动力源(外环或内环)还快时，离合器处于解脱状态，内外环没有任何连动关系，这就是单向离合器的单向超越功能。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中的动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器、两组涡轮轴发动机系统和控制所述两组涡轮轴发动机系统工作或停止工作的控制器，所述主减速器的动力输入端与动力输出端分别连接两组涡轮轴发动机系统与主旋翼；本发明采用的是双发动力源，并且使用超越单向离合器解决了动力输出部分与动力源部分不同步的问题；使用单向离合器的双发动力源，两组涡轮轴发动机系统机互为备份，在空中作业时，两台涡轮轴发动机同时工作，如果其中一台涡轮轴发动机出现故障或停止工作，另一台涡轮轴发动机可继续工作，并安全降落，这样就不会出现因为发动机失效造成无人直升机直接坠毁的情况，可以保证无人直升机安全受控降落，保障了无人直升机与地面人员和设施的安全，避免造成经济损失；

(2)本发明中使用两台涡轮轴发动机可以满足大中型无人直升机对主旋翼轴功率的需求，涡轮轴发动机功率质量比更大，既节省机舱内部空间，又能增大有效载荷质量；

(3)由于本发明中的主减速器多处采用了轴—齿轮一体化设计，不仅提高了主减速器可靠性，同时还减轻了主减速器的重量；

(4)在本发明中采用柔性联轴器连接涡轮轴发动机和超越单向离合器可以补偿径向、角向和轴向偏差，增加系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中主减速器安装完成后的结构示意图；

图3是本发明实施例主减速器中两套伞齿轮副的结构示意图；

图4是本发明实施例主减速器中壳体的结构示意图；

图5是本发明实施例中主减速器的安装示意图；

图6是本发明实施例中涡轮轴发动机系统的安装示意图。

图中1-机身；2-主旋翼；3-涡轮轴发动机系统；4-涡轮轴发动机；5-柔性联轴器；6-超越单向离合器；7-排气口；8-主减速器；9-壳体；10-第一孔位、11-第二孔位；12-第三孔位；13-侧壁端盖；14-上盖；15-伞齿轮传动副；16-动力输入轴；17-动力输出轴；18-螺旋伞齿轮一；19-螺旋伞齿轮二；20-螺旋伞齿轮三；21-螺旋伞齿轮四；22-齿轮固定座；23-齿轮固定夹；24-油封一、25-油封二、26-油封三；27-滑油孔；28-深沟球轴承一；29-深沟球轴承二；30-深沟球轴承三；31-角接触球轴承；32-深沟球轴承四；33-深沟球轴承五；34-侧边齿轮固定套；35-齿轮支撑套；36-轴承隔套1；37-轴承座；38-堵塞；39-注油口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-图6所示：

一种双发涡轮轴动力无人直升机，包括机身1、主旋翼2和为主旋翼2提供动力的动力系统，所述动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器8、两组涡轮轴发动机系统3和与两组涡轮轴发动机系统3分别电性连接的控制器，所述主减速器8的动力输入端为两个且分别与两组涡轮轴发动机系统3连接，所述动力输出端与主旋翼2连接。

主减速器8：

包括壳体9和与壳体9相匹配的上盖14，所述壳体9内设有两套伞齿轮传动副15，且每套伞齿轮传动副15的动力输入轴16与动力输出轴17分别连接涡轮轴发动机系统3与主旋翼2。所述每套伞齿轮传动副15均包括套设在输出轴上的螺旋伞齿轮一18、与螺旋伞齿轮一18啮合传动的螺旋伞齿轮二19，与螺旋伞齿轮二19同轴传动的螺旋伞齿轮三20，与螺旋伞齿轮三20啮合传动的螺旋伞齿轮四21；所述螺旋伞齿轮四21套设在动力输入轴16的一端，动力输入轴16的另一端伸出主减速器8的壳体9与涡轮轴发动机系统3连接。

所述壳体9为上端敞口的长方体形，在壳体9上开设有第一孔位10、第二孔位11和第三孔位12；所述第一孔位10设置在壳体9底部的中心，所述动力输出轴17从第一孔位10穿出与主旋翼2连接，在第一孔位10的两侧均设有螺旋伞齿轮二19的齿轮固定座22，在齿轮固定座22上设有与其相匹配的齿轮固定夹23；所述第二孔位11设置在壳体9的两侧，且在该第二孔位11上设有侧壁端盖13，侧壁端盖13的设置是为了方便安装和维护，也是作为螺旋伞齿轮二19与同轴传动的螺旋伞齿轮三20的轴承座使用；所述第三孔位12设置在靠近涡轮轴发动机系统3的一侧，所述动力输出轴17从第三孔位12穿出与与涡轮轴发动机系统3连接；所述上盖14上开设有动力输出轴17穿出的第四孔位和用于滑油注入的注油口39。

所述壳体9在第三孔位12的下侧开设有滑油孔27，所述动力输入轴16上设有与其相匹配的轴承座37，在轴承座37的下部设置有滑油道，且轴承座37的内孔(即滑油道入口)和壳体9的滑油孔27连通；为了防止滑油的泄露，在第二孔位11和第三孔位12的安装端面分别设有密封圈一和密封圈二；在轴承座37和动力输入轴16间采用油封一24密封，在壳体9与动力输出轴17间采用油封二25密封；在动力输出轴17与主减速器8的上盖14间采用油封三26密封。

本发明中的主减速器8由于多处采用了轴—齿轮一体化设计，不仅提高了主减速器8可靠性，同时还减轻了主减速器8的重量。

涡轮轴发动机系统3：

所述两组涡轮轴发动机系统3设置于机身1轴线的两侧，且平行于机身1轴线对称设置。每组涡轮轴发动机系统3均包括依次连接的涡轮轴发动机4、柔性联轴器5和超越单向离合器6，且每组涡轮轴发动机系统3中的涡轮轴发动机4均与控制器电性连接；柔性联轴器5的输入端连接在涡轮轴发动机4的输出轴上；柔性联轴器5的输出端与超越单向离合器6的外圈配合连接；所述每套伞齿轮传动副15的动力输入轴均与其对应的超越单向离合器6的内圈配合连接。

在本实施例中，所述所述柔性联轴器5的输出端与超越单向离合器6的外圈间的连接为键连接，当然还可以为法兰盘连接或销轴连接；所述每套伞齿轮传动副15的动力输入轴16均与其对应的超越单向离合器6的内圈键连接。

所述两个涡轮轴发动机4的排气口7分别朝向两侧，且排气方向均背离机身1轴线设置。所述机身1上在对应排气口7的位置开有排气出口。

本发明中使用两台涡轮轴发动机4可以满足大中型无人直升机对主旋翼轴功率的需求，涡轮轴发动机4功率质量比更大，既节省机舱内部空间，又能增大有效载荷质量。而且采用柔性联轴器5连接涡轮轴发动机4和超越单向离合器6可以补偿径向、角向和轴向偏差，增加系统的稳定性。

本发明中的动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器8、两组涡轮轴发动机系统3和控制所述两组涡轮轴发动机系统3工作或停止工作的控制器，所述主减速器8的动力输入端与动力输出端分别连接两组涡轮轴发动机系统3与主旋翼2；本发明采用的是双发动力源，并且使用超越单向离合器6解决了动力输出部分与动力源部分不同步的问题；使用单向离合器的双发动力源，两组涡轮轴发动机系统3机互为备份，在空中作业时，两台涡轮轴发动机4同时工作，如果其中一台涡轮轴发动机4出现故障或停止工作，另一台涡轮轴发动机4可继续工作并安全降落，这样就不会出现因为发动机失效造成无人直升机直接坠毁的情况，可以保证无人直升机安全受控降落，保障了无人直升机与地面人员和设施的安全，避免造成经济损失。

在本实施例中，主减速器8和涡轮轴发动机系统3的安装步骤如下：

1、主减速器8的安装步骤如下：

(1)在主减速器8壳体9的第一孔位10上安装深沟球轴承一28；将主减速器8的动力输出轴17安装到位；

(2)将螺旋伞齿轮一18穿过动力输出轴17，使用键连接安装到位；

(3)将深沟球轴承二29、螺旋伞齿轮三20、侧边齿轮固定套34依次安装在螺旋伞齿轮二19所在的传动轴上，且安装到位；

(4)分别将安装好的传动轴安装在主减速器8的壳体9内的螺旋伞齿轮二19的齿轮固定座22上；

(5)继续安装主减速器8壳体9的两侧的侧壁端盖13，且所述侧壁端盖13内有深沟球轴承三30；分别将安装好的侧壁端盖13和深沟球轴承三30穿过主减速器8壳体9的第二孔位11，使所述深沟球轴承三30紧密的安装在所述螺旋伞齿轮二19的轴上，并使螺旋伞齿轮一18和螺旋伞齿轮二19充分啮合，

(6)将齿轮固定夹23安装在齿轮固定座22上，使用螺钉固定，为防止滑油泄露需使用密封圈一对第二孔位11的安装端面进行密封，确认各个连接位置合适之后，再将所述侧壁端盖13使用螺钉固定在主减速器8的壳体9上；

(7)将角接触球轴承31、轴承隔套36、深沟球轴承四32依次安装在所述螺旋伞齿轮四21的动力输入轴16上，且安装到位；

(8)将主减速器8前端的轴承座37安装在螺旋伞齿轮四21的动力输入轴16上，且动力输入轴16与所述减速器8前端的轴承座37紧密配合；

(9)调整减速器8前端的轴承座37的内孔(即滑油道入口)和主减速器8壳体9前端的滑油孔27连通；

(10)将安装好的螺旋伞齿轮四18穿过减速器8壳体9的第三孔位12，使螺旋伞齿轮三20和螺旋伞齿轮四21充分啮合，为防止滑油泄露需使用密封圈二对第三孔位12的安装端面进行密封，确认各个连接位置合适之后，再将主减速器8前端的轴承座37使用螺钉固定在所述主减速器8的壳体9上；

(11)为防止滑油泄露，在轴承座37的最外侧安装有油封二25；在轴承座37的下端安装有堵塞38，堵塞38需加密封圈；

(12)为防止滑油泄露在主减速器8的壳体9的下部安装有油封一24；

(13)主减速器8上盖14的中心处设有用于安装深沟球轴承五33的凹槽，深沟球轴承五33安装在凹槽内，且在深沟球轴承五33与螺旋伞齿轮一18之间设置了支撑深沟球轴承五33与螺旋伞齿轮一18的齿轮支撑套35；动力输出轴17向上穿出主减速器8的上盖14，并采用油封三26密封动力输出轴17与主减速器8上盖14的连接处。

(14)将主减速器8的上盖14与壳体9使用螺钉连接，完成主减速器8的安装。

2、涡轮轴发动机系统3的安装步骤如下：

(1)将超越单向离合器6的内圈与动力输入轴16键连接；

(2)将柔性联轴器5的输出端与超越单向离合器6的外圈配合连接，根据超越离合器的不同型号，连接的方式有键连接、法兰盘连接及销轴连接；

(3)将柔性联轴器5的输入端与涡轮轴发动机4的输出端连接，并用螺钉紧固好；

(4)按照上述步骤(1)、(2)和(3)的安装方式，将并列一侧的涡轮轴发动机系统3安装好，并使其两个涡轮轴发动机4的排气口7分别朝向两侧。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双发涡轮轴动力无人直升机，包括机身、主旋翼和为主旋翼提供动力的动力系统，其特征在于：所述动力系统为双发涡轮轴动力系统，该双发涡轮轴动力系统包括主减速器、两组涡轮轴发动机系统和与两组涡轮轴发动机系统分别电性连接的控制器，所述主减速器的动力输入端为两个且分别与两组涡轮轴发动机系统连接，所述动力输出端与主旋翼连接。

2.根据权利要求1所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述主减速器包括壳体和与壳体相匹配的上盖，所述壳体内设有两套伞齿轮传动副，且每套伞齿轮传动副的动力输入轴与动力输出轴分别连接涡轮轴发动机系统与主旋翼。

3.根据权利要求2所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述每套伞齿轮传动副均包括套设在动力输出轴上的螺旋伞齿轮一、与螺旋伞齿轮一啮合传动的螺旋伞齿轮二，与螺旋伞齿轮二同轴传动的螺旋伞齿轮三，与螺旋伞齿轮三啮合传动的螺旋伞齿轮四；所述螺旋伞齿轮四套设在动力输入轴的一端，动力输入轴的另一端伸出主减速器的壳体与涡轮轴发动机系统连接。

4.根据权利要求3所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述壳体为上端敞口的长方体形，在壳体上开设有第一孔位、第二孔位和第三孔位；所述第一孔位设置在壳体的底部，所述动力输出轴从第一孔位穿出与主旋翼连接；所述第二孔位设置在壳体的两侧，且在该第二孔位上设有侧壁端盖；所述第三孔位设置在靠近涡轮轴发动机系统的一侧，所述动力输出轴从第三孔位穿出与涡轮轴发动机系统连接；所述上盖上开设有动力输出轴穿出的第四孔位和用于滑油注入的注油口。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述两组涡轮轴发动机系统设置于机身轴线的两侧，且平行于机身轴线对称设置。

6.根据权利要求5所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述每组涡轮轴发动机系统均包括依次连接的涡轮轴发动机、柔性联轴器和超越单向离合器，且每组涡轮轴发动机系统中的涡轮轴发动机均与控制器电性连接。

7.根据权利要求6所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述柔性联轴器的输入端连接在涡轮轴发动机的输出轴上；柔性联轴器的输出端与超越单向离合器的外圈配合连接；所述每套伞齿轮传动副的动力输入轴均与其对应的超越单向离合器的内圈配合连接。

8.根据权利要求7所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述柔性联轴器的输出端与超越单向离合器的外圈间的连接为键连接、法兰盘连接或销轴连接；所述每套伞齿轮传动副的动力输入轴均与其对应的超越单向离合器的内圈键连接。

9.根据权利要求8所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述两个涡轮轴发动机的排气口分别朝向两侧，且排气方向均背离机身轴线设置。

10.根据权利要求9所述的双发涡轮轴动力无人直升机，其特征在于：所述机身上在对应排气口的位置开有排气出口。