CN112572754A - 一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法 - Google Patents
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Abstract
本本发明属于飞艇技术领域,公开了一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法,包括:螺旋桨、螺旋桨轮毂、转向管、滑动轴承组件、支架、锥齿轮、齿轮箱、滚动轴承、长传动轴、推力矢量转向机构、发动机,所述飞艇动力装置固定在飞艇吊舱外壁上;滑动轴承组件和支架提供螺旋桨、齿轮箱的支撑,所述锥齿轮设置在齿轮箱内,一端与长传动轴连接,另一端与滚动轴承连接,滚动轴承另一端与螺旋桨轮毂连接,所述转向管设置在长传动轴外,且一端与齿轮箱连接,另一端与推力矢量转向装置连接;齿轮箱通过支架连接到推力矢量转向装置,推力矢量转向装置旋转时,带动齿轮箱旋转,齿轮箱旋转,带动螺旋桨旋转。
Description
技术领域
本发明属于飞艇技术领域,尤其涉及一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法。
背景技术
飞艇是利用艇体充入小于空气比重的气体,如氦气或氢气,利用浮力升空,能量消耗较少。
一般地,飞艇由气囊、尾翼、吊舱、动力与推进装置、起落架、飞行控制等构成。气囊提供飞艇浮力,尾翼在飞艇飞行时用于控制飞行方向,动力推进装置提供飞艇动力与推力,吊舱为设备和人员提供安装和乘座的空间,起落架提供飞艇在地面时的艇体支撑。
一般地,飞艇使用发动机螺旋桨提供推力后,操纵尾翼舵面控制飞行。不具有推力矢量转向能力的飞艇,采用滑跑方式或人工推举方式起飞降落。在现有飞艇中,若要实现垂直或短距离起飞降落功能,一般是使用推力矢量转向装置来实现的:需要垂直起飞时,推力矢量转向装置使飞艇螺旋桨的拉力向上倾转90度来实现向上的推力,实现飞行起飞时的上升,完成垂直起飞后再使螺旋桨拉力转向前向飞行方向;需要降落时,推力矢量转向装置使螺旋桨拉力向下,实现飞艇近似垂直着陆。另外,可以利用推力矢量转向装置实现其他角度的转向,实现对应的飞艇姿态调整。
一般地,推力矢量转向装置转向驱动方式为:采用发动机作为动力的推力矢量转向的飞艇,螺旋桨由齿轮箱驱动,齿轮箱和转向管连接。转向管可由电机驱动旋转,或者由发动机旋转间接驱动旋转。即电机或发动机通过齿轮驱动转向管旋转,转向管带动齿轮箱和安装在齿轮箱内的螺旋桨旋转。
因此,采用上述方法时,如果螺旋桨垂直方向旋转时,驱动转向管的驱动装置失效或者卡住,则螺旋桨无法继续垂直方向旋转,而此时螺旋桨不在预定设置角度,因此对飞艇飞行安全造成影响无法正常飞行,甚至带来安全事故。
一般的推力矢量转向装置,都是单个电机或者通过发动机联动单个齿轮驱动进行转向。这样一旦齿轮卡死或者电机失效,则转向失效,无法转动,风险极大。
如果采用两个或多个电机直接并行同时驱动转向管,则如果一个电机齿轮卡死,则会直接卡住转向管,此时另外其他电机由于转向管齿轮被卡住,也无法继续驱动转向管,因此这种方式也不可靠。
发明内容
针对飞艇垂直起飞降落问题,本发明提供一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法,可以使螺旋桨倾转,并且在旋转发生一次故障时,可使用辅助装置继续旋转,增强转向的可靠性,安全性。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一:
一种飞艇动力装置,所述动力装置包括:螺旋桨1、螺旋桨轮毂2、转向管3、滑动轴承组件4、支架5、锥齿轮6、齿轮箱7、滚动轴承8、长传动轴9、推力矢量转向机构10、发动机11,所述飞艇动力装置固定在飞艇吊舱外壁12上;
滑动轴承组件4和支架5提供螺旋桨1、齿轮箱7的支撑,所述锥齿轮6设置在齿轮箱7内,一端与长传动轴9连接,另一端与滚动轴承8连接,滚动轴承8另一端与螺旋桨轮毂2连接,所述转向管3设置在长传动轴9外,且一端与齿轮箱7连接,另一端与推力矢量转向装置10连接;
齿轮箱7通过支架5连接到推力矢量转向装置10,推力矢量转向装置10旋转时,带动齿轮箱7旋转,齿轮箱7旋转,带动螺旋桨1旋转。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为:
(1)所述推力矢量转向机构10包括:内驱动电机101、内驱动电机齿轮102、外转动轴承104、外电机齿轮105、外驱动电机106;
其中,外转动轴承104上固定安装有内驱动电机101,内驱动电机101轴的顶部安装内驱动电机齿轮102;外驱动电机106轴的顶端安装外电机齿轮105,外电机齿轮105与外转动轴承104表面齿轮啮合;内驱动电机101、外驱动电机106内部分别设置有锁死机构。
(2)所述转向管3上与推力矢量转向装置10连接的一端为转向管齿轮103;所述内驱动电机齿轮102与转向管齿轮103啮合。
(3)所述外驱动电机106固定在支架5上。
技术方案二:
一种飞艇动力装置转向控制方法,应用于如技术方案一所述的装置,所述方法包括:
正常情况下,外驱动电机106锁死,内驱动电机101转动时,内驱动电机齿轮102带动转向管齿轮103转动,转向管齿轮103与齿轮箱7支架固定为一体,带动齿轮箱7转动,从而带动螺旋桨1转动。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为:
(1)齿轮箱7带动螺旋桨1旋转时,若内驱动电机101故障或者内驱动电机齿轮102卡住,螺旋桨无法继续倾转;此时控制内驱动电机101锁死;
内驱动电机101锁死后,使用外驱动电机106驱动外转动轴承104转动,从而带动齿轮箱转动,进而使螺旋桨跟随转动。
(2)当内驱动电机101锁死后,外转动轴承104和转向管齿轮103为一个整体,外驱动电机106对外转动轴承104和转向管齿轮103进行整体转动。
技术方案三:
一种飞艇,所述飞艇具有如技术方案一所述的飞艇动力装置。
一般的转向装置,都是单个电机或者通过发动机联动单个齿轮驱动进行转向。这样一旦齿轮卡死或者电机失效,则转向失效,无法转动,风险极大。如果采用两个或多个电机直接并行驱动转向管,则如果一个电机上齿轮卡死,则直接会卡住转向管,则另外其他电机由于转向管齿轮被卡住,也无法继续驱动转向管。使用本发明,如果第一套电机无法正常驱动,则通过操作,使第一套电机和转向管固定成一个整体,然后使用第二套电机对该整体驱动旋转。通过两套电机驱动,减小螺旋桨角度旋转过程中选择机构卡滞的风险。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种螺旋桨转向示意图;
图2为本发明实施例提供的一种飞艇动力装置示意图;
图3为本发明实施例提供的推力矢量转向机构原理示意图;
图4为本发明实施例提供的推力矢量转向机构立体机构示意图;
其中,1-螺旋桨、2-螺旋桨轮毂、3-转向管、4-滑动轴承组件、5-支架、6-锥齿轮、7-齿轮箱、8-滚动轴承、9-长传动轴、10-推力矢量转向机构、11-发动机,12-飞艇吊舱外壁、101-内驱动电机、102-内驱动电机齿轮、103-转向管齿轮、104-外转动轴承、105-外电机齿轮、106-外驱动电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的,技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
飞艇飞行中,螺旋桨垂直于艇头航向方向,需要螺旋桨垂直方向旋转时,齿轮箱带动螺旋桨一起按设定角度旋转,图1所示为螺旋桨旋转示意图,常用旋转角度为图中-90°到﹢120°。
为了更好的描述推力矢量转向装置,结合飞艇动力系统原理图进行说明,见图2。图2中,飞艇动力装置由螺旋桨1、螺旋桨轮毂2、转向管3、滑动轴承组件4、支架5、锥齿轮6、齿轮箱7、滚动轴承8、长传动轴9、推力矢量转向装置10、发动机11组成,动力装置固定在飞艇吊舱外壁12上。滑动轴承组件4和支架5提供螺旋桨、齿轮箱等的支撑。齿轮箱7旋转,从而带动螺旋桨等机构旋转。齿轮箱7通过支架,连接到推力矢量转向机构10。推力矢量转向机构10旋转时,带动齿轮箱旋转。
飞艇常规飞行时,螺旋桨2垂直艇头飞行方向,发动机11转动时,带动长传动轴9转动,经过锥齿轮6进行方向变换转动后,驱动螺旋桨2沿轴心转动,从而给飞艇提供飞行动力。特别地,如飞艇需进行垂直起飞降落等灵活飞行,通常方法是,在飞行时使螺旋桨轴在垂直方向上倾转一定角度来实现。倾转螺旋桨一般使用推力矢量转向机构完成。
为了更好的描述本发明推力矢量转向机构的特征,图3、图4将图2的推力矢量转向机构10进行详细的说明。推力矢量转向机构由内驱动电机101、内驱动电机齿轮102、转向管齿轮103、外转动轴承104(外表面为齿轮)、外电机齿轮105、外驱动电机106组成。
外驱动电机106固定在支架上,外驱动电机轴的顶端安装外电机齿轮105,外电机齿轮105与外转动轴承104表面齿轮啮合。外驱动电机106内部有锁死装置,不工作时电机轴锁死,从而可以使通过齿轮连接的外转动轴承104锁死。
外转动轴承104上固定安装有内驱动电机101,内驱动电机101轴的顶部安装内驱动电机齿轮102,内驱动电机齿轮102与转向管齿轮103啮合。内驱动电机101转动时,内驱动电机齿轮102带动转向管齿轮103转动,转向管齿轮103与齿轮箱支架固定为一体,从而带动齿轮箱转动,从而带动螺旋桨转动。
若齿轮箱带动螺旋桨旋转时,内驱动电机101忽然无法工作或者内驱动电机齿轮102卡住,螺旋桨无法继续倾转。此时飞艇可以通过操作,使内驱动电机101锁死。内驱动电机101锁死后,使用外驱动电机106驱动外转动轴承104转动。由于内驱动电机101锁死,此时外转动轴承104和转向管齿轮103为一个整体,进行整体转动,从而带动齿轮箱转动,进而使螺旋桨跟随转动。
针对飞艇推力矢量转向存在卡滞等问题,本发明提出的一种推力矢量转向装置,该装置可以使螺旋桨旋转,并且在旋转发生一次故障时,可使用辅助装置继续旋转,完成旋转任务,增强转向的可靠性,提高飞行的安全性。
推力矢量转向装置驱动方式为:采用发动机作为动力的推力矢量的飞艇,螺旋桨由齿轮箱驱动,齿轮箱和转向管连接。转向管可由电机驱动旋转,或者由发动机旋转间接驱动旋转。即电机或发动机通过齿轮驱动转向管旋转,转向管带动齿轮箱和安装在齿轮箱内的螺旋桨旋转。
因此,采用上述方法时,如果螺旋桨在转向管旋转时,驱动转向管的驱动装置失效或者卡住,则螺旋桨无法继续旋转,而此时螺旋桨不在预定设置角度,因此对飞艇飞行安全造成影响无法正常飞行,甚至带来安全事故。
本发明采用了两套电机驱动,在转向管驱动装置第一套电机无法正常驱动时,可以迅速使用第二套电机驱动,使转向装置继续转向。同理也扩展到可以使用第三套等更多个电机驱动。
Claims (8)
1.一种飞艇动力装置,其特征在于,所述动力装置包括:螺旋桨(1)、螺旋桨轮毂(2)、转向管(3)、滑动轴承组件(4)、支架(5)、锥齿轮(6)、齿轮箱(7)、滚动轴承(8)、长传动轴(9)、推力矢量转向机构(10)、发动机(11),所述飞艇动力装置固定在飞艇吊舱外壁(12)上;
滑动轴承组件(4)和支架(5)提供螺旋桨(1)、齿轮箱(7)的支撑,所述锥齿轮(6)设置在齿轮箱(7)内,一端与长传动轴(9)连接,另一端与滚动轴承(8)连接,滚动轴承(8)另一端与螺旋桨轮毂(2)连接,所述转向管(3)设置在长传动轴(9)外,且一端与齿轮箱(7)连接,另一端与推力矢量转向装置(1)0连接;
齿轮箱(7)通过支架(5)连接到推力矢量转向装置(10),推力矢量转向装置(10)旋转时,带动齿轮箱(7)旋转,齿轮箱(7)旋转,带动螺旋桨(1)旋转。
2.根据权利要求1所述的一种飞艇动力装置,其特征在于,所述推力矢量转向机构(10)包括:内驱动电机(101)、内驱动电机齿轮(102)、外转动轴承(104)、外电机齿轮(105)、外驱动电机(106);
其中,外转动轴承(104)上固定安装有内驱动电机(101),内驱动电机(101)轴的顶部安装内驱动电机齿轮(102);外驱动电机106轴的顶端安装外电机齿轮(105),外电机齿轮(105)与外转动轴承(104)表面齿轮啮合;内驱动电机(101)、外驱动电机(106)内部分别设置有锁死机构。
3.根据权利要求2所述的一种飞艇动力装置,其特征在于,所述转向管(3)上与推力矢量转向装置(10)连接的一端为转向管齿轮(103);所述内驱动电机齿轮(102)与转向管齿轮(103)啮合。
4.根据权利要求2所述的一种飞艇动力装置,其特征在于,所述外驱动电机(106)固定在支架(5)上。
5.一种飞艇动力装置转向控制方法,应用于如权利要求1-4中任一项所述的装置,其特征在于,所述方法包括:
正常情况下,外驱动电机(106)锁死,内驱动电机(101)转动时,内驱动电机齿轮(102)带动转向管齿轮(103)转动,转向管齿轮(103)与齿轮箱(7)支架固定为一体,带动齿轮箱(7)转动,从而带动螺旋桨(1)转动。
6.根据权利要求5所述的一种飞艇动力装置转向控制方法,其特征在于,
齿轮箱(7)带动螺旋桨(1)旋转时,若内驱动电机(101)故障或者内驱动电机齿轮(102)卡住,螺旋桨无法继续倾转;此时控制内驱动电机(101)锁死;
内驱动电机(101)锁死后,使用外驱动电机(106)驱动外转动轴承(104)转动,从而带动齿轮箱转动,进而使螺旋桨跟随转动。
7.根据权利要求6所述的一种飞艇动力系统转向控制方法,其特征在于,当内驱动电机(101)锁死后,外转动轴承(104)和转向管齿轮(103)为一个整体,外驱动电机(106)对外转动轴承(104)和转向管齿轮(103)进行整体转动。
8.一种飞艇,其特征在于,所述飞艇具有如权利要求1-4中任一项的飞艇动力装置。
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