CN108016626B - 一种用于航空器机电复合传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于航空器机电复合传动装置，包括双耦合行星排、变速行星排K3、两个发动机、发电机A、电动机B、电动机C、差速器和转向机构；发电机与双耦合排K1排连接，双耦合排K1排与双耦合排K2排互连，双耦合K2排的太阳轮与发电机A相连，双耦合K2排的齿圈通过电动机B与变速行星排K3相连，变速行星排K3的输出端与差速器相连，差速器位于前涵道与后涵道的连接轴上，电动机C与转向机构均设置于轴上。本发明中的复合传动装置，通过采用机电复合传动装置，提高航空器的飞行速度，航空器同时采用电动机、发电机以及发动机作为动力装置，通过储能装置和控制单元使得三种动力有机协调的配合工作，实现最佳能量分配，达到低能耗、低排放和高性能。
Description
技术领域
本发明涉及航空器技术领域，特别是涉及一种用于航空器机电复合传动装置。
背景技术
提高航空器的飞行速度是现代航空器发展的重点方向之一，为了改变航天器飞行速度，通过改变旋翼的转速，目前，改变旋翼转速可以通过三种方式实现，一是通过控制系统改变发动机的转速，从而改变输出转速；二是通过调整发动机动力涡轮迎角或者其他几何参数，在不改变核心机工作状态的情况下改变动力涡轮的输出转速；三是改变传动系统的减速比。
EC135和EC145均采用了第一种方案，但是由于发动机的工作转速是相对固定的，变化过大，会使得发动机不能工作在其最佳工作点，发动机效率下降，如EC135的旋翼转速的变化范围仅有3％。第二种方案能够保证发动机工作效率，但是需要在发动机内部加装各种控制机构，技术难度比较大，并且会增加发动机质量。第三种方案是采用较多的方案，比如NASA、贝尔公司等都采用这种方案，但是他们均采用发动机作为单一动力源，能量消耗比较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于航空器机电复合传动装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过采用机电复合传动装置，提高航空器的飞行速度，航空器同时采用电动机、发电机以及发动机作为动力装置，通过储能装置和控制单元使得三种动力有机协调的配合工作，实现最佳能量分配，达到低能耗、低排放和高性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于航空器机电复合传动装置，包括双耦合行星排、变速行星排K3、两个发动机、发电机A、电动机B、电动机C、差速器和转向机构；所述双耦合行星排包括双耦合排K1排和双耦合排K2排，所述发电机与所述双耦合排K1排连接，所述双耦合排K1排与所述双耦合排K2排互连，所述双耦合排K2排的太阳轮与所述发电机A相连，所述双耦合排K2排的齿圈通过所述电动机B与所述变速行星排K3相连，所述变速行星排K3的输出端与所述差速器相连，所述差速器位于前涵道与后涵道的连接轴上，所述电动机C与转向机构均设置于所述连接轴上。
可选的，两个发动机分别通过锥齿轮组与所述双耦合排K1排的行星架相连。
可选的，两个发动机分别为第一发动机和第二发动机，所述锥齿轮组包括第一主动锥齿轮、第一被动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二被动锥齿轮，所述第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮分别与所述第一发动机和所述第二发动机的输出端相连接；所述第一被动锥齿轮的一端与所述第一主动锥齿轮连接，另一端与所述双耦合排K1排的行星架相连；所述第二被动锥齿轮的一端与所述第二主动锥齿轮连接，另一端与所述双耦合排K1排的行星架相连。
可选的，所述双耦合排K1排的太阳轮与所述双耦合排K2排的行星架互连，所述双耦合排K1排的齿圈与所述双耦合排K2排的齿圈互连。
可选的，所述电动机B与所述双耦合排K2排的齿圈相连，所述双耦合行星排的输出端为所述双耦合排K2排的齿圈，所述双耦合排K2排的齿圈与所述变速行星排K3的太阳轮相连。
可选的，所述变速行星排K3的行星架固定，所述变速行星排K3的输出端为变速行星排K3齿圈，所述变速行星排K3齿圈与所述差速器相连。
可选的，所述差速器与所述变速行星排K3构成减速器。
可选的，所述差速器与所述变速行星排K3通过锥齿轮相连。
可选的，所述电动机C与所述转动机构分别位于所述连接轴上差速器的两侧。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的用于航空器机电复合传动装置，采用两个行星排作为功率耦合机构的实现装置，发动机动力输出至耦合机构的某一构建，耦合机构将转矩按照某一固定比例分配给发电机，发电机发电，电动机将输入的电能转变为机械能，与输出轴转矩进行叠加后输出，从而可以实现机电复合驱动。由于采用了行星轮系，可以在旋翼转速变化的情况下，借助于控制发电机的发电功率来调节发电机转速，从而实现发动机工作在其燃油经济区，优化发动机的工作状态，提高发动机的燃油经济性。可以通过耦合机构和变速行星排组合从而扩大变速装置输出转速的范围。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中用于航空器机电复合传动装置的整体结构示意图；
图2为机电复合装置功率耦合机构中发动机输出功率分流示意图；
图3为机电复合装置功率耦合机构中电动机输出功率以及发电机输入功率分流示意图；
其中，1第一发动机；2第一主动锥齿轮；3第一被动锥齿轮；4发电机A；5第二主动锥齿轮；6第二被动锥齿轮；7第二发动机；8双耦合排K1排的行星架；9双耦合排K1排的太阳轮；10双耦合排K1排的行星轮；11双耦合排K1排的齿圈；12双耦合排K2排的齿圈；13双耦合排K2排的太阳轮；14双耦合排K2排的行星轮；15双耦合排K2排的行星架；16电动机B；17变速行星排K3的行星架；18变速行星排K3的行星轮；19变速行星排K3的太阳轮；20变速行星排K3的齿圈；21后涵道；22电动机C；23差速器；24转向机构；25前涵道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于航空器机电复合传动装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过采用机电复合传动装置，提高航空器的飞行速度，航空器同时采用电动机、发电机以及发动机作为动力装置，通过储能装置和控制单元使得三种动力有机协调的配合工作，实现最佳能量分配，达到低能耗、低排放和高性能。
本发明提供的用于航空器机电复合传动装置，包括双耦合行星排、变速行星排K3、两个发动机、发电机A、电动机B、电动机C、差速器和转向机构；双耦合行星排包括双耦合排K1排和双耦合排K2排，发电机与双耦合排K1排连接，双耦合排K1排与双耦合排K2排互连，双耦合排K2排的太阳轮与发电机A相连，双耦合排K2排的齿圈通过电动机B与变速行星排K3相连，变速行星排K3的输出端与差速器相连，差速器位于前涵道与后涵道的连接轴上，电动机C与转向机构均设置于连接轴上。
采用两个行星排作为功率耦合机构的实现装置，发动机动力输出至耦合机构的某一构建，耦合机构将转矩按照某一固定比例分配给发电机，发电机发电，电动机将输入的电能转变为机械能，与输出轴转矩进行叠加后输出，从而可以实现机电复合驱动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-3，其中，图1为本发明中用于航空器机电复合传动装置的整体结构示意图；图2为机电复合装置功率耦合机构中发动机输出功率分流示意图；图3为机电复合装置功率耦合机构中电动机输出功率以及发电机输入功率分流示意图。
如图1-3所示，本发明提供一种用于航空器机电复合传动装置，包括双耦合行星排、变速行星排K3、两个发动机、发电机A4、电动机B16、电动机C22、差速器23和转向机构24；双耦合行星排包括双耦合排K1排和双耦合排K2排，发电机与双耦合排K1排连接，双耦合排K1排与双耦合排K2排互连，双耦合排K2排的太阳轮与发电机A4相连，双耦合排K2排的齿圈通过电动机B16与变速行星排K3相连，变速行星排K3的输出端与差速器23相连，差速器23位于前涵道25与后涵道21的连接轴上，轴上连接电动机C22，通过主动控制电动机C22的转速使得前后涵道旋翼的输出转速不同，连接轴上连接转向机构24，使得前后涵道旋翼的旋转方向相反。
本发明实施例中的发电机A4为永磁同步电机，电动机B16和电动机C22为永磁同步电机，两个发动机为涡轴发动机。
两个发动机分别为第一发动机1和第二发动机7，锥齿轮组包括第一主动锥齿轮2、第一被动锥齿轮3、第二主动锥齿轮5和第二被动锥齿轮6，第一主动锥齿轮2和第二主动锥齿轮5分别与第一发动机1和第二发动机7的输出端相连接；第一被动锥齿轮3的一端与第一主动锥齿轮2连接，另一端与双耦合排K1排的行星架8相连带动双耦合排K1排的行星轮10转动；第二被动锥齿轮6的一端与第二主动锥齿轮5连接，另一端与双耦合排K1排的行星架8相连。
双耦合排K1排的太阳轮9与双耦合排K2排的行星架15互连带动双耦合排K2排的行星轮14转动，双耦合排K1排的齿圈11与双耦合排K2排的齿圈12互连。
电动机B16与双耦合排K2排的齿圈12相连，双耦合行星排的输出端为双耦合排K2排的齿圈12，双耦合排K2排的齿圈12与变速行星排K3的太阳轮19相连；变速行星排K3的行星架17固定，变速行星排K3的行星轮18由与电动机B16连接的变速行星排K3的太阳轮19带动转动，变速行星排K3的输出端为变速行星排K3的齿圈20，变速行星排K3的齿圈20与差速器23相连。
差速器23与变速行星排K3构成减速器，差速器23与变速行星排K3通过锥齿轮相连，电动机C22与转动机构分别位于连接轴上差速器23的两侧。
本发明中的用于航空器机电复合传动装置，其结构要点在于发动机输出端分别与主动锥齿轮输入端相连，被动锥齿轮功率双耦排K1排的行星架相连。发电机A4与双耦合排K2排的太阳轮13连接。电动机B16与双耦合排K2排的齿圈12相连。双耦合排K1排的太阳轮9与双耦合排K2排的行星架15互连，双耦合排K1排齿圈与双耦合排K2排的齿圈12互连。双耦合排的输出端为双耦合排K2排的齿圈12，并且与变速行星排K3的太阳轮19相连，变速行星排K3的行星架17固定不动，变速行星排的输出端为变速行星排K3的齿圈20，并且与差速器23相连，差速器23位于前后涵道的连接轴上，轴上连接电动机C22，通过主动控制电机C的转速使得前后涵道输出转速不同，轴上连接转向机构24，使得前后涵道旋转方向相反。
图2所示为机电复合装置功率耦合机构中发动机输出功率分流示意图，图3所示为机电复合装置功率耦合机构中电动机输出功率以及发电机输入功率分流示意图。发动机输出功率经过锥齿轮到K1排行星架到K1排太阳轮再到K2排行星架在K2排行星轮处分流，一部分经K2排太阳轮给电机A发电，另一部分通过K1排齿圈和K2排齿圈在K2排齿圈处和电动机B16的功率耦合，共同经过变速行星排K3来驱动旋翼旋转。采用行星轮系，可以在旋翼转速变化的情况下，借助于控制发电机的发电功率来调节发电机转速，从而实现发动机工作在其燃油经济区，优化发动机的工作状态，提高发动机的燃油经济性。可以通过耦合机构和变速行星排组合从而扩大变速装置输出转速的范围。
需要说明的是，本发明中的用于航空器机电复合传动装置，只要与本发明的基本原理相同，仅是单个部件的增删或者显而易见的替换，也均在本发明的保护范围内；本发明中的各个部件的选型并不局限于上述实施例中的选型，实施例仅是一个可以实现的方式，只要能满足相应的动力传动要求等条件，对部件进行适应性的调换也在本发明的保护范围内。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：包括双耦合行星排、变速行星排K3、两个发动机、发电机A、电动机B、电动机C、差速器和转向机构；所述双耦合行星排包括双耦合排K1排和双耦合排K2排，所述发电机A与所述双耦合排K1排连接，所述双耦合排K1排与所述双耦合排K2排互连，所述双耦合排K2排的太阳轮与所述发电机A相连，所述双耦合排K2排的齿圈通过所述电动机B与所述变速行星排K3相连，所述变速行星排K3的输出端与所述差速器相连，所述差速器位于前涵道与后涵道的连接轴上，所述电动机C与转向机构均设置于所述连接轴上；
两个发动机分别通过锥齿轮组与所述双耦合排K1排的行星架相连；两个发动机分别为第一发动机和第二发动机，所述锥齿轮组包括第一主动锥齿轮、第一被动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二被动锥齿轮，所述第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮分别与所述第一发动机和所述第二发动机的输出端相连接；所述第一被动锥齿轮的一端与所述第一主动锥齿轮连接，另一端与所述双耦合排K1排的行星架相连；所述第二被动锥齿轮的一端与所述第二主动锥齿轮连接，另一端与所述双耦合排K1排的行星架相连。
2.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述双耦合排K1排的太阳轮与所述双耦合排K2排的行星架互连，所述双耦合排K1排的齿圈与所述双耦合排K2排的齿圈互连。
3.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述电动机B与所述双耦合排K2排的齿圈相连，所述双耦合行星排的输出端为所述双耦合排K2排的齿圈，所述双耦合排K2排的齿圈与所述变速行星排K3的太阳轮相连。
4.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述变速行星排K3的行星架固定，所述变速行星排K3的输出端为变速行星排K3齿圈，所述变速行星排K3齿圈与所述差速器相连。
5.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述差速器与所述变速行星排K3构成减速器。
6.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述差速器与所述变速行星排K3通过锥齿轮相连。
7.根据权利要求1所述的用于航空器机电复合传动装置，其特征在于：所述电动机C与所述转向机构分别位于所述连接轴上差速器的两侧。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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