CN107539485A - 适用于通用航空飞机的引擎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于通用航空飞机的引擎，创新在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构，有助于舒缓曲轴扭矩峰值脉冲，使齿轮具有更长使用寿命，与现有技术中大于200HP的飞机发动机比较，本引擎是小容积的发动机，该发动机有相对较小的曲轴行程，且可以在曲轴速度大于5000rpm的情况下运转，适用于大于150kw的客、货运输或紧急航空服务工作。

Description

适用于通用航空飞机的引擎

技术领域

本发明属于发动机制造领域，涉及飞行引擎，尤其是一种适用于通用航空飞机的引擎。

背景技术

现有技术中通用航空飞机所使用的引擎主要为涡轮发动机和活塞式发动机，但是无论是涡轮发动机还是活塞式发动机，都存在一定的缺点：

涡轮发动机和涡轮螺旋桨发动机通常需要一个昂贵的多齿轮减速系统，才能将涡轮机的旋转速度降低到可以高效率操作的速度，常见的多齿轮减速系统通常设置多级齿轮，以20:1或更大比例将旋转速度降低，造价高且重量重；另外，涡轮发动机和涡轮螺旋桨必须使用特殊的金属和其他材料，才能在非常高的温度下工作，此时若产生极高的转速，就需要有很好的质量平衡、特殊轴承和润滑油，对部件要求较高，同时质量较大。

在过去的30-40年里，适用于非游乐用途的飞机的活塞式发动机，可见的发展很小，现有技术中的活塞式发动机是典型的低速大容积引擎，发动机曲轴的一端与螺旋桨直接安装在一起，对于高于200马力大小的发动机，高效螺旋桨运转发生在1000-2500rpm左右，因此一般来说目前可直接安装螺旋桨的飞机活塞发动机运行速度不超过2500rpm；另外，活塞式发动机需要长时间的空气冷却，以保持发动机的低重量，但是这会导致发动机某些地方过热，这个缺点的常见解决办法是燃烧比正常所需更多的燃料来供发动机运转，这可以冷却其发热部分的温度，但会造成额外的污染和高油耗。

飞机发动机的燃料有特殊要求，火花点火式通用航空使用的活塞式飞机发动机的燃料具有高辛烷比和低汽压值。大汽缸容量、运行缓慢、风冷发动机尤其需要高辛烷值。因为大型汽缸燃烧和空冷的特性很容易引爆，爆炸将导致引擎失效，这是对飞机是非常严重的问题。要防止燃料正常使用时爆炸的可能性，就需要高辛烷值，因此在航空燃油中加入了大量的铅，而铅已经被认定对儿童健康有严重危害；另外，航空燃油还要求低汽压，以便飞机可以在高空飞行，如果使用火花点火式汽车的燃油，在高空可以蒸发或导致飞机燃料泵入口端出现问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有相对较小的曲轴行程、且可以在曲轴速度大于5000rpm的情况下运转、体积较小的适用于通用航空飞机的引擎。

本发明解决上述技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种适用于通用航空飞机的引擎，包括发动机总成和螺旋桨，螺旋桨安装在发动机总成的前端，发动机总成包括内燃发动机及齿轮减速装置，在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构，所述齿轮减速装置内设置有第一动轮和第二动轮，在所述扭转弹性联轴机构内设置有驱动轴，在该驱动轴上同轴安装有扭转弹性驱动总成，驱动轴后端连接内燃发动机的曲轴，在驱动轴上，所述曲轴和扭转弹性驱动总成之间同轴安装有飞轮，驱动轴的前端穿装过所述齿轮减速装置，所述第一动轮同轴套装在所述驱动轴的前端，所述第一动轮和第二动轮相啮合安装，在第二动轮内同轴穿装有输出轴，该输出轴连接所述螺旋桨。

而且，所述扭转弹性驱动总成包括主体套筒、输出套筒及若干个板簧包，输出套筒同轴穿装在所述驱动轴上，主体套筒同轴套装在该输出套筒外，在输出套筒和主体套筒之间设置有所述板簧包，每个板簧包的一端连接在输出套筒的外壁上，另一端连接到主体套筒的内壁上，在主体套筒的内壁上，相邻的两个板簧包之间设置有叶片。

而且，在所述扭转弹性联轴机构内还设置有螺旋桨供油箱，该螺旋桨供油箱与所述输出轴连接，螺旋桨供油箱通过油泵供油，该油泵设置在扭转弹性联轴机构内，同轴套装在所述驱动轴上，在所述螺旋桨供油箱与输出轴之间设置有面封。

而且，所述齿轮减速装置内的第二动轮后设置有齿轮组，该齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮分别与所述的第二动轮啮合。

而且，在齿轮减速装置的背面安装有螺旋桨速度控制器，该螺旋桨速度控制器的轴通过球状轴承同轴与第一齿轮的轴连接。

本发明的优点和有益效果为：

1、本引擎应用于非娱乐用途的，通用航空飞机，创新在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构，在扭转弹性联轴机构内设置扭转弹性驱动总成，该扭转弹性驱动总成中的板簧包作为弹性元件，有助于舒缓曲轴扭矩峰值脉冲，使齿轮具有更长使用寿命，由于螺旋桨、齿轮、发动机等旋转部件共同运转会产生扭转共振频率。与现有技术中大于200HP的飞机发动机比较，本引擎是小容积的发动机，该发动机有相对较小的曲轴行程，且可以在曲轴速度大于5000rpm的情况下运转。

2、本引擎机通过一个齿轮减速系统驱动螺旋桨，其发动机曲轴到螺旋桨的减速比≥2.2:1，其相伴系统和减速组件，使用许多当前汽车发动机及其系统常用的零件，大幅降低成本，该发动机使用一般传统机车用汽油、柴油或其他煤油衍生燃料，成本低，效果好。

3、本引擎采用液体冷却，这样可以保障其温度的均衡，以及关键区域的冷却，如燃烧室，本引擎还可以在齿轮减速装置后部的安装类似螺旋桨速度控制器的附件，控制螺旋桨的速度，方便高效，螺旋桨供油系统方便螺旋桨的螺距改变，可操作性强，稳定性高。

4、本发明提供一种适用于通用航空飞机的引擎，创新在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构，有助于舒缓曲轴扭矩峰值脉冲，使齿轮具有更长使用寿命，与现有技术中大于200HP的飞机发动机比较，本引擎是小容积的发动机，该发动机有相对较小的曲轴行程，且可以在曲轴速度大于5000rpm的情况下运转，适用于大于150kw的客、货运输或紧急航空服务工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中发动机总成的俯视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2中A-A面剖视图；

图5为图2的主视图；

图6为图5中B-B面剖视图，即扭转弹性驱动总成主视图；

图7为图5中C-C面剖视图；

图8为图5中D-D面剖视图；

图9为图5中E-E面剖面仰视图；

图10为图5中F-F面剖视图；

图11为图10中G-G面剖视图；

图12为本发明的使用状态图；

图13为图12的主视图；

图14为图12的侧视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种适用于通用航空飞机的引擎，如图1所示，包括发动机总成1和螺旋桨2，螺旋桨安装在发动机总成的前端，如图2，发动机总成包括内燃发动机3及齿轮减速装置5，本发明的创新点在于：

1、在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构4，如图3，所述齿轮减速装置内设置有第一动轮8和第二动轮7，如图4，在所述扭转弹性联轴机构内设置有驱动轴13，在该驱动轴上同轴安装有扭转弹性驱动总成14，驱动轴后端连接内燃发动机的曲轴16，在驱动轴上，所述曲轴和扭转弹性驱动总成之间同轴安装有飞轮15，驱动轴的前端穿装过所述齿轮减速装置，所述第一动轮同轴套装在所述驱动轴的前端，所述第一动轮和第二动轮相啮合安装，在第二动轮内同轴穿装有输出轴11，该输出轴连接所述螺旋桨。

2、如图5、图6所示，所述扭转弹性驱动总成包括主体套筒17、输出套筒20及若干个板簧包18，输出套筒同轴穿装在所述驱动轴上，主体套筒同轴套装在该输出套筒外，在输出套筒和主体套筒之间设置有所述板簧包，每个板簧包的一端连接在输出套筒的外壁上，另一端连接到主体套筒的内壁上，在主体套筒的内壁上，相邻的两个板簧包之间设置有叶片19，在每片叶片的四周均涂抹有为主体套筒和输出套筒之间的相对转动提供阻尼的粘性物质。

3、在所述扭转弹性联轴机构内还设置有螺旋桨供油箱9，该螺旋桨供油箱与所述输出轴连接，螺旋桨供油箱通过油泵12供油，该油泵设置在扭转弹性联轴机构内，同轴套装在所述驱动轴上，在所述螺旋桨供油箱与输出轴之间设置有面封10。

4、如图7、图8所示，所述齿轮减速装置内的第二动轮后设置有齿轮组，该齿轮组包括第一齿轮21和第二齿轮22，第一齿轮和第二齿轮分别与所述的第二动轮啮合。

5、如图9所示，在齿轮减速装置的背面安装有螺旋桨速度控制器6，如图10、图11所示，所述螺旋桨速度控制器的轴23通过球状轴承24同轴与第一齿轮的轴连接。

本发明的工作原理：

如图12、图13及图14所示，将本装置安装在一架双引擎通用航空飞机上，机身25装有两台引擎。内燃发动机是一个高速运转的机构，通常情况下转速≥5000rpm，本装置中的内燃发动机通过曲轴和飞轮输出其动力，驱动驱动轴带动输出套筒转动，输出套筒将旋转动作通过板簧包传递到主体套筒上，峰值扭矩会使板簧包弯曲，当峰值扭矩过去后，板簧包变直，释放储蓄的能量，舒缓输出的扭矩至驱动轴，驱动轴通过带花键的连接轴将动力从扭矩弹性驱动总成传递至第一动轮，齿轮减速装置主要包括第一动轮和第二动轮，第一动轮和第二动轮相啮合安装，在第二动轮内同轴穿装有输出轴，进而将动力传动给输出轴，扭矩弹性驱动总成将驱动轴输入的速度降低，并由输出轴输出，该输出轴连接着螺旋桨，从而达到减速的目的。

在主体套筒的内壁上设置有若干叶片，在每片叶片的四周均涂抹有为主体套筒和输出套筒之间的相对转动提供阻尼的粘性物质，即本装置中的扭矩弹性驱动总成为引擎提供了一个阻尼功能。齿轮减速装置可以由双级减速系统组成，该系统包含两个以上的齿轮，如本装置的第一动轮和第二动轮，也可以安装惰轮实现反转。

本装置在扭转弹性联轴机构内还可以安装一个油泵，油泵连接螺旋桨供油箱，该螺旋桨供油箱通过压力供油来调节螺旋桨螺距，螺旋桨安装在输出轴上，该输出轴可以设置为空心的，螺旋桨供油箱与输出轴之间设置有面封，它可以防止旋转的输出轴和螺旋桨供油箱之间的缝隙，有油在压力下溢出。螺旋桨油在压力作用下从箱体流出，穿过输出轴的空心体，进入至螺旋桨，来确保轴承和齿轮的供油，以及其他需要润滑或者冷却的部件。

驱动轴通过花键安装第一动轮，输出轴通过花键安装第二动轮，第一动轮和第二动轮内均设置有滚动轴承，第一动轮和第二动轮及齿轮组都装在壳体内，这可以屏蔽油和其他外来物，这对油泵、驱动轴、扭矩弹性驱动总成和飞轮均起到了保护作用。它还为齿轮减速系统和发动机之间提供了结构性支撑件，这可以对螺旋桨或发动机载荷，又或对两者同时提供支撑。

本发明提供的一种适用于通用航空飞机的引擎，可产生140kW动力，齿轮减速比是2.2:1，曲轴速度大于5000rpm，使得发动机输出端进入至减速箱的速度超过4900转/分钟。

Claims (5)

1.一种适用于通用航空飞机的引擎，包括发动机总成和螺旋桨，螺旋桨安装在发动机总成的前端，发动机总成包括内燃发动机及齿轮减速装置，其特征在于：在内燃发动机和齿轮减速装置之间设置有扭转弹性联轴机构，所述齿轮减速装置内设置有第一动轮和第二动轮，在所述扭转弹性联轴机构内设置有驱动轴，在该驱动轴上同轴安装有扭转弹性驱动总成，驱动轴后端连接内燃发动机的曲轴，在驱动轴上，所述曲轴和扭转弹性驱动总成之间同轴安装有飞轮，驱动轴的前端穿装过所述齿轮减速装置，所述第一动轮同轴套装在所述驱动轴的前端，所述第一动轮和第二动轮相啮合安装，在第二动轮内同轴穿装有输出轴，该输出轴连接所述螺旋桨。

2.根据权利要求1所述的一种适用于通用航空飞机的引擎，其特征在于：所述扭转弹性驱动总成包括主体套筒、输出套筒及若干个板簧包，输出套筒同轴穿装在所述驱动轴上，主体套筒同轴套装在该输出套筒外，在输出套筒和主体套筒之间设置有所述板簧包，每个板簧包的一端连接在输出套筒的外壁上，另一端连接到主体套筒的内壁上，在主体套筒的内壁上，相邻的两个板簧包之间设置有叶片。

3.根据权利要求1所述的一种适用于通用航空飞机的引擎，其特征在于：在所述扭转弹性联轴机构内还设置有螺旋桨供油箱，该螺旋桨供油箱与所述输出轴连接，螺旋桨供油箱通过油泵供油，该油泵设置在扭转弹性联轴机构内，同轴套装在所述驱动轴上，在所述螺旋桨供油箱与输出轴之间设置有面封。

4.根据权利要求1所述的一种适用于通用航空飞机的引擎，其特征在于：所述齿轮减速装置内的第二动轮后设置有齿轮组，该齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮分别与所述的第二动轮啮合。

5.根据权利要求4所述的一种适用于通用航空飞机的引擎，其特征在于：在齿轮减速装置的背面安装有螺旋桨速度控制器，该螺旋桨速度控制器的轴通过球状轴承同轴与第一齿轮的轴连接。