CN109624628B - 一种螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统 - Google Patents
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Abstract
一种螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统属跨介质飞行器技术领域，本发明中机头伸缩机构通过连接轴与动力机构左侧的电磁离合器Ⅰ相连；空用螺旋桨伸缩机构右侧通过伸缩气缸与飞行器外壳固接在一起，其左侧通过滑套Ⅱ与机头伸缩机构中二级传动杆形成滑动连接；动力机构通过双轴出步进电机与飞行器外壳相连，其右侧通过电磁离合器Ⅱ与水用螺旋桨传动机构相连。本发明可用于跨介质飞行器动力系统设计，在实现空用螺旋桨可伸缩的前提下，还能实现空用螺旋桨和水用螺旋桨共用一个步进电机，完成了动力系统一体化设计，不仅能保证跨介质飞行器在水下具备良好的外形和密封性，而且使跨介质飞行器更轻便，能耗更低。
Description
技术领域
本发明属跨介质飞行器技术领域，具体涉及一种螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统。
背景技术
跨介质飞行器是由飞行器、水下航行器等多专业集成设计的新概念运动平台，既可在空中飞行，还可在水下潜行的多功能一体化新型装备。该飞行器的工作模式可分为空中飞行模式、入水模式、水下潜行模式和出水模式，可根据任务需求在各种工作模式之间进行转换。跨介质无人飞行器可与潜艇、水面舰艇等装备配套，用于执行跨海空的情报搜集、侦查监视、通信中继、电子对抗等任务。
由于跨介质飞行器空中飞行和水下推进存在显著差异，目前普遍采用的设计是在空中飞行时采用空用螺旋桨为飞行器提供动力，在水下潜行时利用水用螺旋桨为飞行器提供动力，空用螺旋桨和水用螺旋桨由两台电机分别驱动，这样会使得跨介质飞行器的重量变大，增加其功率损耗。当跨介质飞行器入水后，一般采用空用螺旋桨的折叠变形降低水下潜行的阻力，此种方法虽然在一定程度上可以降低潜行阻力，但空用螺旋桨仍然处在跨介质飞行器的机头外部，与周围水流仍存在相互作用，对飞行器的水下潜行仍然存在一定的影响，且此种方法会降低飞行器在水下的密封效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统，通过该系统的机头伸缩机构和空用螺旋桨伸缩机构，可以实现空用螺旋桨的伸出与收缩，当飞行器空中飞行时，空用螺旋桨伸出机身并提供飞行的动力，当飞行器水下潜行时，空用螺旋桨收缩至机身内部，从而保证了飞行器具备良好的密封性和较小的水下运行阻力。利用电磁离合器实现了动力输出模式的自由切换，从而简化了跨介质飞行的动力系统，使跨介质飞行器更加轻便。
本发明由机头伸缩机构A、空用螺旋桨伸缩机构B、动力机构C、水用螺旋桨传动机构D组成，其中，机头伸缩机构A中连接轴21的右端与动力机构C中电磁离合器Ⅰ22左端固接；空用螺旋桨伸缩机构B中伸缩气缸31右端与机头伸缩机构A中支撑板15左面固接，支撑板15外端与飞行器外壳16固接；空用螺旋桨伸缩机构B中滑套Ⅱ25内圈与机头伸缩机构A中二级传动杆13表面滑动连接；动力机构C中双出轴步进电机32与飞行器外壳16连接，动力机构C中电磁离合器Ⅱ33右端与水用螺旋桨传动机构D中传动轴34左端固接。
所述的机头伸缩机构A由机头1、挡板Ⅰ2、弹簧Ⅰ3、外卡簧Ⅰ4、普通平键5、轴套Ⅰ6、外卡簧Ⅱ7、深沟球轴承Ⅰ8、机头后盖9、轴承盖10、滑套Ⅰ11、摩擦片Ⅰ12、二级传动杆13、轴套Ⅱ14、支撑板15、挡板Ⅱ17、弹簧Ⅱ18、挡板Ⅲ19、一级传动杆20、连接轴21组成，其中，二级传动杆13左端设有外螺纹Ⅱ43，二级传动杆13中部设有外螺纹Ⅲ44，二级传动杆13右端设有外花键45；一级传动杆20右端设有内花键42；机头1与机头后盖9通过外螺纹Ⅰ40连接；机头后盖9中心孔Ⅱ41内部安装有深沟球轴承Ⅰ8,通过中心孔Ⅰ39与轴承盖10对其进行定位，深沟球轴承Ⅰ8内圈装有滑套Ⅰ11,由外卡簧Ⅱ7对其进行定位，滑套Ⅰ11右端安装有摩擦片Ⅰ12，滑套Ⅰ11内部为内花键，与轴套Ⅰ6外部的外花键形成滑动连接，轴套Ⅰ6安装于二级传动杆近左端，由普通平键5和外卡簧Ⅰ4对其定位；弹簧Ⅰ3套于二级传动杆13左部，弹簧Ⅰ3左端由挡板Ⅰ2限位，弹簧Ⅰ3右端由轴套Ⅰ6限位，挡板Ⅰ2通过外螺纹Ⅱ43与二级传动杆13左端连接；轴套Ⅱ14通过螺栓与支撑板15内孔左边相连，轴套Ⅱ14内孔与二级传动杆13中部的外螺纹Ⅲ44螺纹连接，挡板Ⅱ17固接于一级传动杆20左端，弹簧Ⅱ18套于二级传动杆13右部，弹簧Ⅱ18左端由挡板Ⅱ17限位，弹簧Ⅱ18右端由挡板Ⅲ19限位，一级传动杆20右部与二级传动杆13右部键连接，连接轴21固接于一级传动杆20右端。
所述的空用螺旋桨伸缩机构B由摩擦片Ⅱ23、空用螺旋桨叶片组24、滑套Ⅱ25、滑套Ⅲ26、内卡簧27、深沟球轴承Ⅱ28、外卡簧Ⅲ29、轴承座30、伸缩气缸31组成，滑套Ⅱ25、滑套Ⅲ26、轴承座30和伸缩气缸31自左至右顺序排列，滑套Ⅱ25左端装有摩擦片Ⅱ23，滑套Ⅱ25右端与滑套Ⅲ26左端螺栓连接，滑套Ⅲ26右端装有深沟球轴承Ⅱ28，通过外卡簧Ⅲ29对其定位，深沟球轴承Ⅱ28外圈安装于轴承座30内部，通过内卡簧27对其定位，伸缩气缸31左端固接于轴承座30右面；深沟球轴承Ⅱ28外圈与轴承座30过盈连接，深沟球轴承Ⅱ28内圈与滑套Ⅲ26近右端外圈过盈连接；空用螺旋桨叶片组24由四个叶片组成，其均布、并通过销连接固接于滑套Ⅱ25中安装孔组46的四个安装孔上；伸缩气缸31为可自锁式气缸。
所述的动力机构C由电磁离合器Ⅰ22、双出轴步进电机32、电磁离合器Ⅱ33组成，其中双出轴步进电机32左输出端与电磁离合器Ⅰ22固接，双出轴步进电机32右输出端与电磁离合器Ⅱ33固接。
所述的水用螺旋桨传动机构D由传动轴34、滑套Ⅳ35、水用螺旋桨叶片组36和端盖37组成，其中传动轴34右部设有轴肩，水用螺旋桨叶片组36由四个叶片组成，其均布、并固接于滑套Ⅳ35的圆周面上；端盖37固接于传动轴34右端，滑套Ⅳ35套于传动轴34右部，滑套Ⅳ35左端由传动轴34的轴肩限位，滑套Ⅳ35右端由端盖37限位。
本发明的工作过程如下：当空用螺旋桨叶片组24的四个叶片向外伸出时，电磁离合器Ⅰ22吸合，双出轴步进电机32开始转动，动力由连接轴21传递给一级传动杆20,再由一级传动杆20传递给二级传动杆13，由于二级传动杆13中部设有外螺纹Ⅲ44，其与轴套Ⅱ14内表面的螺纹形成配合，二级传动杆13缓慢向外伸出，从而带动机头1缓慢向外伸出，当伸出距离超过二级传动杆13外螺纹Ⅲ44长度时，机头伸出结束，双出轴步进电机32停止转动，此时弹簧Ⅱ18处于压缩状态，二级传动杆13外螺纹Ⅲ44右端面与轴套Ⅱ14内表面的螺纹左端面处于压紧状态。伸缩气缸31开始推动空用螺旋桨叶片组24的四个叶片向外伸出，当摩擦片Ⅰ12与摩擦片Ⅱ23接触并使弹簧Ⅰ3产生一定的变形且二级传动杆13外螺纹Ⅲ44右端面与轴套Ⅱ14内表面的螺纹左端面处于分开状态时，伸缩气缸31自锁，双出轴步进电机32开始转动，空用螺旋桨叶片组24的四个叶片开始转动。
当空用螺旋桨叶片组24的四个叶片向内收缩时，双出轴步进电机32先停止转动，伸缩气缸31拉动空用螺旋桨叶片组24的四个叶片向内收缩，弹簧Ⅱ18逐渐恢复变形，使二级传动杆13外螺纹Ⅲ44右端面与轴套Ⅱ14内表面的螺纹左端面处于压紧状态，双出轴步进电机32开始反向转动，二级传动杆13向内收缩，拉动机头1向内收缩，当机头1右侧端面接触到机身时，二级传动杆13继续向内收缩，使弹簧Ⅰ3产生一定的变形，实现更好的密封整个机舱。
通过控制电磁离合器Ⅰ22和电磁离合器Ⅱ33是否接触可以自由切换动力输出形式，可以只驱动空用螺旋桨叶片，可以只驱动水用螺旋桨叶片，也可以同时驱动两个螺旋桨。
本发明的有益效果在于：
1.利用空用螺旋桨收缩机构实现跨介质飞行器空中飞行和水下潜行良好过渡，保证了飞行器具备良好的密封性和较小的水下运行阻力。
2.利用电磁离合器完成了动力系统一体化设计，使跨介质飞行器更加轻便，降低运行能耗。
总之，本发明可用于跨介质飞行器动力系统设计，在实现空用螺旋桨可伸缩的前提下，实现了空用螺旋桨和水用螺旋桨共用一个步进电机，完成了动力系统一体化设计，不仅保证跨介质飞行器在水下具备良好的外形和密封性，而且使跨介质飞行器更加轻便，降低运行能耗。
附图说明
图1为螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统的主视图
图2为机头伸缩机构A的示意图
图3为空用螺旋桨伸缩机构B的示意图
图4为动力机构C的示意图
图5为水用螺旋桨传动机构D的示意图
图6为支撑板15的左视图
图7为机头后盖9的主视图
图8为机头后盖9的剖视图
图9为一级传动杆20的主视图
图10为一级传动杆20的剖视图
图11为二级传动杆13的主视图
图12为二级传动杆13的左视图
图13为滑套Ⅱ25的主视图
图14为图13中A-A剖视图
图15为图14中B-B剖视图
图16为跨介质飞行器空中飞行时结构简图
图17为跨介质飞行器水下潜行时结构简图
其中：A.机头伸缩机构 B.空用螺旋桨伸缩机构 C.动力机构 D.水用螺旋桨传动机构1.机头 2.挡板Ⅰ 3.弹簧Ⅰ 4.外卡簧Ⅰ 5.普通平键 6.轴套Ⅰ 7.外卡簧Ⅱ 8.深沟球轴承Ⅰ 9.机头后盖 10.轴承盖 11.滑套Ⅰ 12.摩擦片Ⅰ 13.二级传动杆 14.轴套Ⅱ 15.支撑板 16.飞行器外壳 17.挡板Ⅱ 18.弹簧Ⅱ 19.挡板Ⅲ 20.一级传动杆21.连接轴 22.电磁离合器Ⅰ 23.摩擦片Ⅱ 24.空用螺旋桨叶片组 25.滑套Ⅱ 26.滑套Ⅲ 27.内卡簧 28.深沟球轴承Ⅱ 29.外卡簧Ⅲ 30.轴承座 31.伸缩气缸 32.双出轴步进电机 33.电磁离合器Ⅱ34.传动轴 35.滑套Ⅳ 36.水用螺旋桨叶片组 37.端盖38.螺纹孔 39.中心孔Ⅰ 40.外螺纹Ⅰ 41.中心孔Ⅱ 42.内花键 43.外螺纹Ⅱ 44.外螺纹Ⅲ 45.外花键 46.安装孔组
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步分析。
如图1至图4所示，本发明由机头伸缩机构A、空用螺旋桨伸缩机构B、动力机构C、水用螺旋桨传动机构D组成，其中，机头伸缩机构A中连接轴21的右端与动力机构C中电磁离合器Ⅰ22左端固接；空用螺旋桨伸缩机构B中伸缩气缸31右端与机头伸缩机构A中支撑板15左面固接，支撑板15外端与飞行器外壳16固接；空用螺旋桨伸缩机构B中滑套Ⅱ25内圈与机头伸缩机构A中二级传动杆13表面滑动连接；动力机构C中双出轴步进电机32与飞行器外壳16连接，动力机构C中电磁离合器Ⅱ33右端与水用螺旋桨传动机构D中传动轴34左端固接。
如图2、图6至图12所示，机头伸缩机构A由机头1、挡板Ⅰ2、弹簧Ⅰ3、外卡簧Ⅰ4、普通平键5、轴套Ⅰ6、外卡簧Ⅱ7、深沟球轴承Ⅰ8、机头后盖9、轴承盖10、滑套Ⅰ11、摩擦片Ⅰ12、二级传动杆13、轴套Ⅱ14、支撑板15、挡板Ⅱ17、弹簧Ⅱ18、挡板Ⅲ19、一级传动杆20、连接轴21组成，其中，二级传动杆13左端设有外螺纹Ⅱ43，二级传动杆13中部设有外螺纹Ⅲ44，二级传动杆13右端设有外花键45；一级传动杆20右端设有内花键42；机头1与机头后盖9通过外螺纹Ⅰ40连接；机头后盖9中心孔Ⅱ41内部安装有深沟球轴承Ⅰ8,通过中心孔Ⅰ39与轴承盖10对其进行定位，深沟球轴承Ⅰ8内圈装有滑套Ⅰ11,由外卡簧Ⅱ7对其进行定位，滑套Ⅰ11右端安装有摩擦片Ⅰ12，滑套Ⅰ11内部为内花键，与轴套Ⅰ6外部的外花键形成滑动连接，轴套Ⅰ6安装于二级传动杆近左端，由普通平键5和外卡簧Ⅰ4对其定位；弹簧Ⅰ3套于二级传动杆13左部，弹簧Ⅰ3左端由挡板Ⅰ2限位，弹簧Ⅰ3右端由轴套Ⅰ6限位，挡板Ⅰ2通过外螺纹Ⅱ43与二级传动杆13左端连接；轴套Ⅱ14通过螺栓与支撑板15内孔左边相连，轴套Ⅱ14内孔与二级传动杆13中部的外螺纹Ⅲ44螺纹连接，挡板Ⅱ17固接于一级传动杆20左端，弹簧Ⅱ18套于二级传动杆13右部，弹簧Ⅱ18左端由挡板Ⅱ17限位，弹簧Ⅱ18右端由挡板Ⅲ19限位，一级传动杆20右部与二级传动杆13右部键连接，连接轴21固接于一级传动杆20右端。
如图3、图13至图15所示，空用螺旋桨伸缩机构B由摩擦片Ⅱ23、空用螺旋桨叶片组24、滑套Ⅱ25、滑套Ⅲ26、内卡簧27、深沟球轴承Ⅱ28、外卡簧Ⅲ29、轴承座30、伸缩气缸31组成，滑套Ⅱ25、滑套Ⅲ26、轴承座30和伸缩气缸31自左至右顺序排列，滑套Ⅱ25左端装有摩擦片Ⅱ23，滑套Ⅱ25右端与滑套Ⅲ26左端螺栓连接，滑套Ⅲ26右端装有深沟球轴承Ⅱ28，通过外卡簧Ⅲ29对其定位，深沟球轴承Ⅱ28外圈安装于轴承座30内部，通过内卡簧27对其定位，伸缩气缸31左端固接于轴承座30右面；深沟球轴承Ⅱ28外圈与轴承座30过盈连接，深沟球轴承Ⅱ28内圈与滑套Ⅲ26近右端外圈过盈连接；空用螺旋桨叶片组24由四个叶片组成，其均布、并通过销连接固接于滑套Ⅱ25中安装孔组46的四个安装孔上；伸缩气缸31为可自锁式气缸。
如图4所示，动力机构C由电磁离合器Ⅰ22、双出轴步进电机32、电磁离合器Ⅱ33组成，其中双出轴步进电机32左输出端与电磁离合器Ⅰ22固接，双出轴步进电机32右输出端与电磁离合器Ⅱ33固接。
如图5所示，水用螺旋桨传动机构D由传动轴34、滑套Ⅳ35、水用螺旋桨叶片组36和端盖37组成，其中传动轴34右部设有轴肩，水用螺旋桨叶片组36由四个叶片组成，其均布、并固接于滑套Ⅳ35的圆周面上；端盖37固接于传动轴34右端，滑套Ⅳ35套于传动轴34右部，滑套Ⅳ35左端由传动轴34的轴肩限位，滑套Ⅳ35右端由端盖37限位。
如图6所示，支撑板15的中心为圆环形，圆环上均布有四个安装孔，用以安装轴套Ⅱ14，四周均匀分布四个矩形连接板，其中，竖直方向上的两个连接板分布有四个圆孔，用以安装伸缩气缸31。
如图16和图17所示，该空用螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统可以安装至如图所示的跨介质飞行器中，能够实现跨介质飞行器空中飞行和水下潜行的良好过渡，保证跨介质飞行器在水下具备良好的外形和密封性，而且使跨介质飞行器更加轻便，降低运行能耗。
Claims (4)
1.一种螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统，由机头伸缩机构(A)、空用螺旋桨伸缩机构(B)、动力机构(C)和水用螺旋桨传动机构(D)组成，其中，机头伸缩机构(A)中连接轴(21)的右端与动力机构(C)中电磁离合器Ⅰ(22)左端固接；空用螺旋桨伸缩机构(B)中伸缩气缸(31)右端与机头伸缩机构(A)中支撑板(15)左面固接，支撑板(15)外端与飞行器外壳(16)固接；空用螺旋桨伸缩机构(B)中滑套Ⅱ(25)内圈与机头伸缩机构(A)中二级传动杆(13)表面滑动连接；动力机构(C)中双出轴步进电机(32)与飞行器外壳(16)连接；动力机构(C)中电磁离合器Ⅱ(33)右端与水用螺旋桨传动机构(D)中传动轴(34)左端固接；其特征在于：所述的机头伸缩机构(A)由机头(1)、挡板Ⅰ(2)、弹簧Ⅰ(3)、外卡簧Ⅰ(4)、普通平键(5)、轴套Ⅰ(6)、外卡簧Ⅱ(7)、深沟球轴承Ⅰ(8)、机头后盖(9)、轴承盖(10)、滑套Ⅰ(11)、摩擦片Ⅰ(12)、二级传动杆(13)、轴套Ⅱ(14)、支撑板(15)、挡板Ⅱ(17)、弹簧Ⅱ(18)、挡板Ⅲ(19)、一级传动杆(20)和连接轴(21)组成，其中，二级传动杆(13)左端设有外螺纹Ⅱ(43)，二级传动杆(13)中部设有外螺纹Ⅲ(44)，二级传动杆(13)右端设有外花键(45)；一级传动杆(20)右端设有内花键(42)；机头(1)与机头后盖(9)通过外螺纹Ⅰ(40)连接；机头后盖(9)中心孔Ⅱ(41)内部安装有深沟球轴承Ⅰ(8),通过中心孔Ⅰ(39)和轴承盖(10)对其定位，深沟球轴承Ⅰ(8)内圈装有滑套Ⅰ(11),由外卡簧Ⅱ(7)对其进行定位，滑套Ⅰ(11)右端安装有摩擦片Ⅰ(12)，滑套Ⅰ(11)内部为内花键，与轴套Ⅰ(6)外部的外花键形成滑动连接，轴套Ⅰ(6)安装于二级传动杆近左端，由普通平键(5)和外卡簧Ⅰ(4)对其定位；弹簧Ⅰ(3)套于二级传动杆(13)左部，弹簧Ⅰ(3)左端由挡板Ⅰ(2)限位，弹簧Ⅰ(3)右端由轴套Ⅰ(6)限位，挡板Ⅰ(2)通过外螺纹Ⅱ(43)与二级传动杆(13)左端连接；轴套Ⅱ(14)通过螺栓与支撑板(15)内孔左边相连，轴套Ⅱ(14)内孔与二级传动杆(13)中部的外螺纹Ⅲ(44)螺纹连接，挡板Ⅱ(17)固接于一级传动杆(20)左端，弹簧Ⅱ(18)套于二级传动杆(13)右部，弹簧Ⅱ(18)左端由挡板Ⅱ(17)限位，弹簧Ⅱ(18)右端由挡板Ⅲ(19)限位，一级传动杆(20)右部与二级传动杆(13)右部键连接，连接轴(21)固接于一级传动杆(20)右端。
2.按权利要求1所述的螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统，其特征在于：所述的空用螺旋桨伸缩机构(B)由摩擦片Ⅱ(23)、空用螺旋桨叶片组(24)、滑套Ⅱ(25)、滑套Ⅲ(26)、内卡簧(27)、深沟球轴承Ⅱ(28)、外卡簧Ⅲ(29)、轴承座(30)和伸缩气缸(31)组成，滑套Ⅱ(25)、滑套Ⅲ(26)、轴承座(30)和伸缩气缸(31)自左至右顺序排列，滑套Ⅱ(25)左端装有摩擦片Ⅱ(23)，滑套Ⅱ(25)右端与滑套Ⅲ(26)左端螺栓连接，滑套Ⅲ(26)右端装有深沟球轴承Ⅱ(28)，通过外卡簧Ⅲ(29)对其定位，深沟球轴承Ⅱ(28)外圈装于轴承座(30)内部，通过内卡簧(27)对其定位，伸缩气缸(31)左端固接于轴承座(30)右面；深沟球轴承Ⅱ(28)外圈与轴承座(30)过盈连接，深沟球轴承Ⅱ(28)内圈与滑套Ⅲ(26)近右端外圈过盈连接；空用螺旋桨叶片组(24)由四个叶片组成，其均布、并固接于滑套Ⅱ(25)中安装孔组(46)的四个安装孔上；伸缩气缸(31)为可自锁式气缸。
3.按权利要求1所述的螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统，其特征在于：所述的动力机构(C)由电磁离合器Ⅰ(22)、双出轴步进电机(32)和电磁离合器Ⅱ(33)组成，其中双出轴步进电机(32)左输出端与电磁离合器Ⅰ(22)固接，双出轴步进电机(32)右输出端与电磁离合器Ⅱ(33)固接。
4.按权利要求1所述的螺旋桨可伸缩一体式跨介质飞行器动力系统，其特征在于：所述的水用螺旋桨传动机构(D)由传动轴(34)、滑套Ⅳ(35)、水用螺旋桨叶片组(36)和端盖(37)组成，其中传动轴(34)右部设有轴肩；水用螺旋桨叶片组(36)由四个叶片组成，其均布、并固接于滑套Ⅳ(35)的圆周面上；端盖(37)固接于传动轴(34)右端；滑套Ⅳ(35)套于传动轴(34)右部，滑套Ⅳ(35)左端由传动轴(34)的轴肩限位，滑套Ⅳ(35)右端由端盖(37)限位。
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