CN112339984A - 一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，采用的是油电混合动力系统，其中涡轮轴发动机仅用于发电。四个变桨距的涵道风扇作为飞行器的升力装置，仅由两个电动机通过减速箱体提供动力。机身为可折叠形式，可减小对存放及运输空间的尺寸要求。通过本发明的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，可实现升力效率高，噪声及振动小的特点，满足四旋翼飞行器大载重、长续航的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力多旋翼飞行器，尤其涉及一种变桨距四涵道风扇飞行器。
背景技术
目前的多旋翼飞行器主要是电驱动的中小型无人机，且采用的是定桨距的螺旋桨，通过改变每个桨的转速来实现飞行器的姿态控制。桨的尺寸越大，姿态控制也变得越困难，主要原因是大尺寸螺旋桨转速变化对升力影响较大，不如小螺旋桨对升力变化控制得那么精准。另外，由于锂聚合物电池目前的能量密度比较低，导致这类飞行器续航时间短，且载重能力小。
如果要同时实现大载重和长续航两个特点，目前比较好的方式是替换动力系统。燃油的能量密度要比锂聚合物电池的能量密度高出很多倍，所以目前也出现了一些燃油驱动的多旋翼飞行器或者油转电的混合动力多旋翼飞行器，发动机普遍采用的是活塞式的发动机。但由于活塞式发动机的振动大，导致这些燃油驱动系统或者油转电的多旋翼飞行器振动大，噪音大。而旋翼多为定桨距螺旋桨，大载重状态下姿态控制也有待提高。因此，需要更加简洁可靠的动力及传动方案，以便减小噪音，提高航时。
发明内容
本发明提供了一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，是为了解决现有燃油驱动型多旋翼飞行器噪音大、振动大的问题，提高多旋翼飞行器的航时和载重能力，使之在大载重状态下也能够兼顾机动性和飞行稳定性。同时，解决大型多旋翼飞行器在存放和运输时尺寸过大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，包括主机身框架、设在主机身框架上的混合动力驱动系统，混合动力驱动系统包括带燃油箱的涡轮轴发动机，涡轮轴发动机位于主机身框架中间位置，燃油箱与涡轮轴发动机一体式设置；
发电机，连接在涡轮轴发动机的动力输出端，置于涡轮轴发动机的一侧；
动力电池组，与发电机稳压端线路连接，位于主机身框架上，由涡轮轴发动机将化学能转为动能，再带动发电机将动能转为电能，储存在动力电池组内；
两个双涵道风扇动力单元总成，对称的设置在主机身框架上；
其中，双涵道风扇动力单元总成包括一个永磁直流电动机、减速齿轮箱和两个变桨距涵道风扇，永磁直流电动机与减速齿轮箱连接，减速齿轮箱的动力输出端与两个变桨距涵道风扇连接，永磁直流电动机通过减速齿轮箱驱动两个变桨距涵道风扇，使涵道内的两个风扇旋转方向相反；
所述变桨距涵道风扇还包括变桨距装置，通过变桨距装置调节每个涵道风扇的桨叶桨距，改变各个涵道风扇的升力值，进而实现四涵道飞行器在空中的姿态控制。
优选的，变桨距装置包括变距推拉杆、桨矩定位盘、桨毂头、深沟球轴承组，桨矩定位盘与每片桨叶铰接，桨矩定位盘置于桨毂头内，桨矩定位盘与变距推拉杆通过深沟球轴承组连接；当桨矩定位盘上下移动时，会带动桨叶扭转，改变桨矩，进而改变相同转速下的升力；桨矩定位盘会随桨毂头同步旋转，而深沟球轴承组可保证变距推拉杆在不旋转的状态下，控制桨矩定位盘在旋转过程中上下移动。
优选的，双涵道风扇动力单元总成还包括联轴器、传动轴、锥齿轮组，永磁直流电动机供电端与动力电池组线路连通，永磁直流电动机的动力输出端与减速齿轮箱连接，变桨距涵道风扇减速齿轮箱的动力输出端通过对称的两个联轴器分别与两根传动轴连接，两根传动轴的自由端均通过锥齿轮组与两个变桨距涵道风扇连接；锥齿轮组与变桨距涵道风扇之间采用伸缩传动轴连接。
优选的，主机身框架中设置四个定位铰链，使左右两个双涵道风扇动力单元总成可沿定位铰链旋转进行折叠，双涵道风扇动力单元总成可呈现水平状态和竖直状态，利于飞行器的存放和运输。
优选的，定位铰链包括带有一字定位孔槽的活动端、带有十字定位孔槽的固定端、带有一字卡销的旋转定位轴、弹簧、顶盖，所述一字定位孔槽为一字通孔槽，十字定位孔槽一条为一字通孔槽，另一条为盲孔槽；所述弹簧套入旋转定位轴，并通过螺钉将顶盖固定在活动端上；活动端与固定端定位孔槽的旋转中心对齐后，将旋转定位轴穿过定位孔槽；旋转定位轴的一字卡销会穿过活动端和固定端的一字通孔槽将其卡住；双涵道风扇动力单元总成需要进行旋转时，将旋转定位轴的一字卡销退出活动端的一字定位孔槽，旋转90°后，将旋转定位轴的一字卡销卡在活动端的盲孔槽上，完成定位。
优选的，四个变桨距涵道风扇中互相相邻的两个，风扇旋转方向相反。
优选的，永磁直流电动机的转子与减速齿轮箱第一级的主动齿轮固定，永磁直流电动机的转子为空心轴，两边变桨距涵道风扇的传动轴从中间穿过。
优选的，减速齿轮箱为两级圆柱齿轮传动，将永磁直流电动机的高转速转换成低转速，增大扭矩。
本发明的有益效果是：通过本发明的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，传动效率高，噪声及振动小，收纳尺寸小。相比于定桨距的螺旋桨，变桨距的涵道风扇姿态控制更加灵敏，气动效率更高，适用于更大载重和更长续航时间的应用需求。
为进一步理解本发明的特征和优点，可参考附图和说明书的其余部分。
附图说明
图1为双涵道风扇动力单元总成的传动结构示意图。
图2为本发明变桨距四涵道风扇飞行器的系统说明图。
图3为本发明涵道风扇的变桨距结构示意图。
图4为本发明机身的可折叠结构示意图。
在图中，1.减速齿轮箱 2.主动齿轮 3.永磁直流电动机 4.联轴器 5.传动轴 6.锥齿轮组 7.风扇 8.涡轮轴发动机 9.发电机 10.动力电池组 11.双涵道风扇动力单元总成 12.涵道风扇 13.定位铰链 14.桨矩定位盘 15.桨毂头 16.深沟球轴承组 17.变距推拉杆 18.活动端 19.固定端 20.旋转定位轴 21.弹簧 22.顶盖。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。在说明书和附图中，对具有相同功能和结构的元件用相同的附图标号表示，并且省略对这些结构元件的重复说明。
图1中，一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，包括主机身框架、设在主机身框架上的混合动力驱动系统，混合动力驱动系统包括带燃油箱的涡轮轴发动机8，涡轮轴发动机位于主机身框架中间位置，燃油箱与涡轮轴发动机一体式设置；
发电机9，连接在涡轮轴发动机的动力输出端，置于涡轮轴发动机的一侧；
动力电池组10，与发电机稳压端线路连接，位于主机身框架上，由涡轮轴发动机8将化学能转为动能，再带动发电机9将动能转为电能，储存在动力电池组10内；
两个双涵道风扇动力单元总成11，对称的设置在主机身框架上；
其中，双涵道风扇动力单元总成11包括一个永磁直流电动机3、减速齿轮箱1和两个变桨距涵道风扇12，永磁直流电动机3与减速齿轮箱1连接，减速齿轮箱1的动力输出端与两个变桨距涵道风扇12连接，永磁直流电动机3通过减速齿轮箱1驱动两个变桨距涵道风扇12，使涵道内的两个风扇7旋转方向相反；
所述变桨距涵道风扇12还包括变桨距装置，通过变桨距装置调节每个涵道风扇的桨叶桨距，改变各个涵道风扇的升力值，进而实现四涵道飞行器在空中的姿态控制。
双涵道风扇动力单元总成还包括联轴器4、传动轴5、锥齿轮组6，永磁直流电动机3供电端与动力电池组10线路连通，永磁直流电动机3的动力输出端与减速齿轮箱1连接，变桨距涵道风扇减速齿轮箱的动力输出端通过对称的两个联轴器4分别与两根传动轴5连接，两根传动轴5的自由端均通过锥齿轮组6与两个变桨距涵道风扇12连接；锥齿轮组6与变桨距涵道风扇12之间采用伸缩传动轴连接，伸缩传动轴采用现有通用的伸缩轴。其中伸缩传动轴的桨距可通过手动调节，手动调节模式采用下拉卡口式；缩传动轴的桨距还可通过电动调节，电动调节模式采用电动机控制式(具体控制方式与现有电磁控制原理相同)；还可以采用其他方式控制。
图1中，减速齿轮箱1为两级圆柱齿轮减速箱，减速箱中的主动齿轮2与永磁直流电动机3的转子固定，且转子轴为空心轴。经过减速齿轮箱1，永磁直流电动机3的输出转速由高变低，并通过联轴器4带动传动轴5。传动轴5经锥齿轮组6带动涵道内的风扇7旋转，左、右涵道内的风扇将会以相反方向进行旋转，如图1中的箭头所示。
图2中，涡轮轴发动机8带动发电机9，给动力电池组10充电。然后由电池组10给双涵道风扇动力单元总成11中的电机供电，从而实现四个涵道风扇12以图2中箭头所示的方向进行旋转。
图3为涵道风扇内部的变桨距结构示意图。桨矩定位盘14与每片桨叶的变距定位头相连，当桨矩定位盘14上下移动时，会带动桨叶扭转，改变桨矩，进而改变相同转速下的升力。桨矩定位盘14会随桨毂头15同步旋转，而深沟球轴承组16可以保证变距推拉杆17在不旋转的状态下，控制桨矩定位盘14在旋转过程中上下移动。
主机身框架中设置四个定位铰链13，使左右两个双涵道风扇动力单元总成11可沿铰链旋转，减小存放及运输时的尺寸。其中有两个铰链是具有90°旋转定位功能的，可使左右两个双涵道风扇动力单元总成11，在飞行时呈现水平状态，在存放和运输时呈现竖直状态。
图4为机身的可折叠结构示意图，定位铰链13包括带有一字定位孔槽的活动端18、带有十字定位孔槽的固定端19、带有一字卡销的旋转定位轴20、弹簧21、顶盖22，所述一字定位孔槽为一字通孔槽，十字定位孔槽一条为一字通孔槽，另一条为盲孔槽；所述弹簧21套入旋转定位轴20，并通过螺钉将顶盖固定在活动端上；活动端18与固定端19定位孔槽的旋转中心对齐后，将旋转定位轴穿过定位孔槽；旋转定位轴20的一字卡销会穿过活动端18和固定端19的一字通孔槽将其卡住；双涵道风扇动力单元总成需要进行旋转时，将旋转定位轴20的一字卡销退出活动端的一字定位孔槽，旋转90°后，将旋转定位轴20的一字卡销卡在活动端的盲孔槽上，完成定位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：包括主机身框架、设在主机身框架上的混合动力驱动系统，混合动力驱动系统包括带燃油箱的涡轮轴发动机，涡轮轴发动机位于主机身框架中间位置，燃油箱与涡轮轴发动机一体式设置；
发电机，连接在涡轮轴发动机的动力输出端，置于涡轮轴发动机的一侧；
动力电池组，与发电机稳压端线路连接，位于主机身框架上，由涡轮轴发动机将化学能转为动能，再带动发电机将动能转为电能，储存在动力电池组内；两个双涵道风扇动力单元总成，对称的设置在主机身框架上；
其中，双涵道风扇动力单元总成包括一个永磁直流电动机、减速齿轮箱和两个变桨距涵道风扇，永磁直流电动机与减速齿轮箱连接，减速齿轮箱的动力输出端与两个变桨距涵道风扇连接，永磁直流电动机通过减速齿轮箱驱动两个变桨距涵道风扇，使涵道内的两个风扇旋转方向相反；
所述变桨距涵道风扇还包括变桨距装置，通过变桨距装置调节每个涵道风扇的桨叶桨距，改变各个涵道风扇的升力值，进而实现四涵道飞行器在空中的姿态控制。
2.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：变桨距装置包括变距推拉杆、桨矩定位盘、桨毂头、深沟球轴承组，桨矩定位盘与每片桨叶铰接，桨矩定位盘置于桨毂头内，桨矩定位盘与变距推拉杆通过深沟球轴承组连接；当桨矩定位盘上下移动时，会带动桨叶扭转，改变桨矩，进而改变相同转速下的升力；桨矩定位盘会随桨毂头同步旋转，而深沟球轴承组可保证变距推拉杆在不旋转的状态下，控制桨矩定位盘在旋转过程中上下移动。
3.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：双涵道风扇动力单元总成还包括联轴器、传动轴、锥齿轮组，永磁直流电动机供电端与动力电池组线路连通，永磁直流电动机的动力输出端与减速齿轮箱连接，变桨距涵道风扇减速齿轮箱的动力输出端通过对称的两个联轴器分别与两根传动轴连接，两根传动轴的自由端均通过锥齿轮组与两个变桨距涵道风扇连接；锥齿轮组与变桨距涵道风扇之间采用伸缩传动轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：主机身框架中设置四个定位铰链，使左右两个双涵道风扇动力单元总成可沿定位铰链旋转进行折叠，双涵道风扇动力单元总成可呈现水平状态和竖直状态，利于飞行器的存放和运输。
5.根据权利要求4所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：定位铰链包括带有一字定位孔槽的活动端、带有十字定位孔槽的固定端、带有一字卡销的旋转定位轴、弹簧、顶盖，所述一字定位孔槽为一字通孔槽，十字定位孔槽一条为一字通孔槽，另一条为盲孔槽；所述弹簧套入旋转定位轴，并通过螺钉将顶盖固定在活动端上；活动端与固定端定位孔槽的旋转中心对齐后，将旋转定位轴穿过定位孔槽；旋转定位轴的一字卡销会穿过活动端和固定端的一字通孔槽将其卡住；双涵道风扇动力单元总成需要进行旋转时，将旋转定位轴的一字卡销退出活动端的一字定位孔槽，旋转90°后，将旋转定位轴的一字卡销卡在活动端的盲孔槽上，完成定位。
6.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：四个变桨距涵道风扇中互相相邻的两个，风扇旋转方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：永磁直流电动机的转子与减速齿轮箱第一级的主动齿轮固定，永磁直流电动机的转子为空心轴，两边变桨距涵道风扇的传动轴从中间穿过。
8.根据权利要求1所述的一种机身可折叠的变桨距四涵道风扇飞行器，其特征在于：减速齿轮箱为两级圆柱齿轮传动，将永磁直流电动机的高转速转换成低转速，增大扭矩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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