CN112572754A - 一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法 - Google Patents

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

一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法

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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