CN113562183A - 一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统 - Google Patents
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Abstract
一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，减振系统包括支架和减振垫，支架包括竖直安装板和水平安装板，散热系统包括涵道风扇和风罩，发动机的竖直安装面通过多个减震垫安装于竖直安装板，风罩的下半部分通过紧固装置和多个减震垫连接在水平安装板上，由涵道风扇与风罩形成从上方进风，从两侧排风的风道，对混合动力装置进行散热，充分利用了发动机竖直方向空间，使得混合动力装置散热结构简单，重量轻，散热效果好；发动机与支架之间的减振垫与支架到无人机机身的两级减振使得振动对无人机其他设备影响小；在中小型全电推进无人机平台上具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，属于中小型无人机技术领域，可用于给中小型全电推进的无人机混合动力装置提供良好的散热和减振功能。
背景技术
中小型全电推进无人机的供电方案大体上可分为两种：蓄电池供电方案和活塞式发动机混合动力装置供电方案。采用蓄电池供电方案的无人机载重量小，续航时间短；采用活塞式发动机混合动力供电方案的无人机载重量大，续航时间长。目前制约油电混合动力供电方案发展最主要的因素有三点，一是活塞发动机发热功率与轴输出功率相当，发热量大，发动机必须配备强劲的散热系统；二是起动发电机受自身发热影响以及活塞发动机传热影响，温度较高，需要进行散热；三是小型航空活塞发动机通常为两冲发动机，喷油点火时转速冲击大，导致混合动力装置振动大，对无人机姿态测量的惯性测量传感器以及其他精密传感器影响大。
现有的中小型无人机用活塞式发动机混合动力装置技术方案中的散热系统比较复杂。以北京炫影智能科技公司的双散热油电混合动力装置(申请公开号CN112357094A)为例，其发动机采用水冷系统散热，包括了水箱、水管、水泵等一系列结构；而发电机采用风冷散热，安装有风扇等结构；两套散热系统使得散热系统结构复杂，集成度低。
现有的中小型无人机用活塞式发动机混合动力装置技术方案中的减振系统也比较复杂。以扬州翊翔航空科技公司的一种无人机混合动力单元的减振装置(申请公开号CN111605718A)为例，为了提高减振效果，将减振系统分为两级减振，第一级减振中布置了音圈电机、联轴器等结构，第二级减振中布置了减振材料和磁力减振机构，总的来看，其减振系统结构复杂。
现有的中小型无人机用活塞式发动机混合动力装置技术方案中没有将混合动力装置、散热系统、减振系统集成设计为一个整体装置，不利于无人机的模块化设计。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于克服混合动力装置技术方案中散热系统复杂、发动机与发电机不能共用一套散热系统的问题，提供一种具有高效散热系统的混合动力装置。
本发明的第二个目的在于克服现有技术的无人机动力装置中采用的减振系统复杂的问题，提供一种以支架和减振垫配合构成的减振系统。
本发明的第三个目的在于克服现有技术无人机动力装置技术方案中没有将混合动力装置，散热系统、减振系统集成设计为一个整体装置，不利于无人机模块化设计的问题，将混合动力装置、散热系统、减振系统集成安装到一起，组成一个独立的混合动力装置。
一方面，本发明的第一技术方案如下：一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，该发动机直驱式混合动力装置包括起动发电机和发动机，所述起动发电机串联安装在发动机的输出轴上；该散热减振系统包括集成模块化的散热系统和减振系统；所述减振系统包括支架和减振垫；支架包括竖直安装板和水平安装板，发动机的竖直安装面通过多个减震垫安装于所述竖直安装板，所述散热系统包括涵道风扇和风罩；所述风罩包括风罩上半部分和风罩下半部分，其中，风罩的下半部分通过紧固装置和多个减震垫连接在水平安装板上，风罩的上半部分安装于起动发电机上侧，并通过紧固装置连接在风罩的下半部分上；
所述涵道风扇水平定位于风罩上，通过紧固装置固定在所述风罩的上半部分，其产生竖直冷却风；所述风罩为流线型结构，其将涵道风扇产生的竖直冷却风首先从上到下直吹到起动发电机上，后整流为水平冷却风，吹到发动机两侧的缸体上，再由两侧的排风口排出；涵道风扇布置在发动机排气口航向前方，发动机进气口布置于涵道风扇下方，保证散热系统和发动机不会吸入发动机尾气；散热系统的排气口布置在无人机机身的左右两侧，朝向航向侧后方，在排出散热废气的同时，还能够为无人机提供一定的推力。
进一步的，起动发电机的壳体上设有环形散热翅，所述环形散热翅的上方半径大，可以充分利用从上到下的冷却风进行散热，所述环形散热翅的下方半径小，在风罩对冷却风整流时风阻小。
进一步的，所述涵道风扇还配置有电子调速器，通过所述电子调速器来调节涵道风扇的转速。
进一步的，在风罩上半部分和风罩下半部分的配合处设有唇缘凹槽，安装时相互卡紧。
进一步的，所述发动机为双缸对置两冲程航空发动机。
进一步的，所述减振垫包括上半部分和下半部分，分别安装在支架上的通孔两侧配套使用。
进一步的，所述紧固装置为螺栓，所述减振垫中间有通孔用于穿过螺栓进行固定。
进一步的，所述减振垫为圆台形，且其为软橡胶材质。
进一步的，所述涵道风扇通过风罩上的圆止口定位安装。
进一步的，所述减振垫表面有圆形垫片。
另一方面，本发明的第二技术方案如下：一种如上述结构无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统的装配组装方法，该方法包括如下步骤：
首先，将发动机安装到支架的竖直安装板上，通过定位止口定位，并通过紧固装置连接压在多个减振垫上固定好；
其次，将风罩下半部分安装到起动发电机下侧，并通过紧固装置固定到支架的水平安装板上；
然后，再将风罩上半部分安装到起动发电机上侧，通过紧固装置与风罩下半部分固定；
最后，将涵道风扇通过风罩止口定位到风罩上，通过紧固装置连接到风罩上固定好；在风罩上半部分和风罩下半部分的配合处设有唇缘凹槽，安装时相互卡紧，保证风罩上半部分和风罩下半部分连接紧密不漏风。
本发明的上述技术方案中采用了风冷散热系统，由于起动发电机发热比发动机发热小很多，风冷散热系统应该首先给起动发电机进行散热，然后给发动机散热，最后将热风排出，因此将风罩内冷却风的流向布置为首先从上到下直吹到起动发电机上，经风罩整流为水平风，吹到发动机两侧的缸体上，再由两侧的排风口排出。
减振系统由两级减振构成，发动机与发电机装配后，通过减振垫安装到支架上的竖直安装板，发动机振动由减振垫传递到支架上，在发动机发电机与支架之间构成一级减振；通过支架上的水平安装板和减振垫安装到无人机上，支架振动经减振垫传递到无人机机身上，在支架与无人机之间构成二级减振。在发动机到无人机机身之间形成的两级减振将发动机振动充分减小后再传递到无人机机身上。
混合动力装置、散热系统、减振系统的集成模块化的结构设计体现在：
1、从整体的角度布局进气口和排气口，将涵道风扇布置在发动机排气口航向前方，发动机进气口布置在涵道风扇下方，保证散热系统和发动机不会吸入发动机尾气；散热系统排气口布置在机身左右两侧，朝向航向侧后方，在排出散热废气的同时，可以为无人机提供一定的推力。
2、支架结构由一个竖直安装板和一个水平安装板组成，混合动力装置安装在竖直安装板上，由于安装后混合动力装置重心距竖直安装板较远，为了增加支撑稳定性，延长了水平面安装板的长度，同时也使安装板与发动机在竖直方向上错开，便于拆装；散热系统的风罩直接安装在支架侧面，通过支架上水平面安装板的四个安装孔直接将混合动力装置安装到无人机上。
本发明的技术方案能够获得如下的有益技术效果：
1、发动机与起动发电机共用一套风冷散热系统，冷却风首先对发电机散热，然后风罩整形为水平风对发动机散热，最后排除散热废气，散热系统集成度高，结构简单。
2、安装在发动机和支架之间的减振垫以及支架与无人机机身之间的减振垫形成两级减振，发动机传递到无人机机身的振动被大大减小，对无人机上的传感器影响小。
3、混合动力装置与散热系统集成安装到支架上组成混合动力装置，进出风口布局合理，进风口不会吸入发动机尾气；散热排风口朝向航向侧后方，有效利用散热废气为无人机提供推力。
4、混合动力装置、散热系统、减振系统全部安装到支架上组成混合动力装置，支架与无人机之间通过四个安装孔安装，有利于无人机模块化设计，拆装方便。
附图说明
图1为本发明提出的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统的整体结构示意图。
图2为本发明提出的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统的冷却风流向示意图。
图3为本发明提出的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置中的起动发电机与发动机的示意图。
图4为本发明提出的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统中减振系统所包括的支架的示意图。
图5为本发明提出的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统中减振系统所包括的减震垫的示意图。
附图标记说明：
发动机1，涵道风扇2，风罩3，减振垫4，支架5，起动发电机6，环形散热翅7。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。并且，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，本申请实施例中所述的“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，或者用于区别对同一对象的不同处理，而不是用于描述对象的特定顺序。
以下结合附图1-5对本发明的一具体实施例进行进一步的说明。
如图1、3所示，本发明的具体实施例一提出了一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，该发动机直驱式混合动力装置包括起动发电机6和双缸对置二冲程航空发动机1，起动发电机6为直接串联安装在双缸对置二冲程航空发动机1的输出轴上；该散热减振系统包括集成模块化的散热系统和减振系统；所述减振系统包括支架5和圆台形减振垫4，支架5包括竖直安装板和水平安装板，发动机1的竖直安装面通过多个圆台形减振垫4安装于竖直安装板，混合动力装置通过多个圆台形减振垫4和水平安装板安装于无人机机身。
如图2所示，所述风罩3由上半部分、下半部分两部分组成，风罩3的下半部分通过螺栓连接在支架5上，而风罩3的上半部分通过螺栓连接在风罩3的下半部分上。
涵道风扇2通过风罩3上的圆止口定位，也即涵道风扇2通过风罩3上的圆安装面竖直安装在风罩3上。
通过螺栓固定在所述风罩3的上半部分上，所述涵道风扇2还配置有电子调速器，通过所述电子调速器来调节涵道风扇2的转速。
如图2所示，起动发电机6的壳体上设有环形散热翅7，环形散热翅7的上方半径大，可以充分利用从上到下的冷却风进行散热，环形散热翅7的下方半径小，在风罩3对冷却风整流时风阻小。
涵道风扇2通电后将冷风吹入风罩3中，自上而下首先对起动发电机6进行冷却，而后由于风罩3的作用，风流向转为横向直吹到双缸对置二冲程航空发动机1的两个缸体外侧，对双缸对置二冲程发动机1进行冷却，最后热风由侧面排出。
如图4所示，所述支架5上有通孔，竖直平面内的通孔通过螺栓与发动机1后侧的螺纹孔连接并将减振垫4压在接触面之间，从而将发动机1固定到支架5上，发动机1到支架5之间的减振垫为第一级减振；所述支架5上水平面内的通孔通过螺栓将混合动力装置安装到无人机上，并将减振垫4压在接触面之间，混合动力装置与无人机之间的减振垫为第二级减振。
由于发动机1与起动发电机6的扭矩传递已经闭合，支架5上不再承担扭矩，只需起到安装固定与减振的作用。因此将支架5上多余的材料去掉，只在安装和减振处额外加厚，保证其抗振性能，降低支架5的重量。
如图5所示，圆台形减振垫4分为上半部分、下半部分两部分，分别嵌入支架5上的通孔中，用螺栓将圆台形减振垫4的上半部分、下半部分两部分连接固定。圆台形减振垫4为软橡胶材质，可以吸收振动能量。将其设计为圆台形，可以卡在支架5上的通孔中，防止振动严重时出现滑动；此外，减振垫4的表面还设有圆形垫片，用来防止减振垫4被螺栓压坏，减振垫4中间为通孔，用螺栓拧紧即可安装到支架5上；发动机1固定到支架5竖直安装面上时，之间安装的四个减振垫4可以阻隔由发动机到支架的振动传递，起到了第一级减振作用；混合动力装置固定到无人机上时，支架5水平安装面与无人机之间安装的四个减振垫4可以阻隔由混合动力装置到无人机的振动传递，起到了第二级减振作用。
如图1所示，将双缸对置二冲程发动机1安装到支架5的竖直安装板上，通过定位止口定位，通过螺栓连接压在多个减振垫4上固定好；将风罩3下半部分安装到起动发电机6下侧，并通过螺栓固定到支架5的水平安装板上；然后再将风罩3上半部分安装到起动发电机6上侧，通过螺栓与风罩3下半部分固定；最后将涵道风扇2通过风罩止口定位到风罩3上，通过螺栓连接到风罩3上固定好；上下风罩3的配合处设计有唇缘凹槽，安装时相互卡紧，保证风罩3上、下两部分连接紧密不漏风。
本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明的上述实施例是对方案的说明而不能用于限制本发明，与本发明有保护范围相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明保护的范围内。
Claims (10)
1.一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，该发动机直驱式混合动力装置包括起动发电机(6)和发动机(1)，所述起动发电机为直接串联安装在发动机(1)的输出轴上；其特征在于，该散热减振系统包括集成模块化的散热系统和减振系统；所述减振系统包括支架(5)和减振垫(4)，支架(5)包括竖直安装板和水平安装板，发动机(1)的竖直安装面通过多个减震垫(4)安装于所述竖直安装板；
所述散热系统包括涵道风扇(2)和风罩(3)；所述风罩(3)包括风罩上半部分和风罩下半部分，其中，风罩(3)的下半部分通过紧固装置和多个减震垫(4)连接于水平安装板上，风罩(3)的上半部分安装于起动发电机(6)上侧，并通过紧固装置连接在风罩(3)的下半部分上；所述涵道风扇(2)水平定位于风罩(3)上，并通过紧固装置固定在所述风罩(3)的上半部分，其产生竖直冷却风；所述风罩(3)为流线型结构，其将涵道风扇(2)产生的竖直冷却风首先从上到下直吹到起动发电机(6)上，后整流为水平冷却风，吹到发动机(1)两侧的缸体上，再由两侧的排风口排出；
涵道风扇(2)布置于发动机(1)排气口航向前方，发动机(1)进气口布置于涵道风扇(2)下方；散热系统的排气口布置在无人机机身的左右两侧，朝向航向侧后方。
2.如权利要求1所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述散热系统还包括环形散热翅，其设置于起动发电机(6)的壳体上，所述环形散热翅的上方半径大、下方半径小。
3.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述涵道风扇(2)还配置有电子调速器，通过所述电子调速器来调节涵道风扇(2)的转速。
4.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，在风罩上半部分和风罩下半部分的配合处设有唇缘凹槽，安装时相互卡紧。
5.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述发动机(1)为双缸对置两冲程航空发动机。
6.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述减振垫(4)包括上半部分和下半部分，分别安装在支架(5)上的通孔两侧配套使用。
7.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述紧固装置为螺栓，所述减振垫(4)中间有通孔用于穿过螺栓进行固定。
8.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述减振垫(4)为圆台形，且其为软橡胶材质。
9.如权利要求1或2所述的一种无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统，其特征在于，所述减振垫(4)表面设有圆形垫片。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的无人机用发动机直驱式混合动力装置的散热减振系统的装配组装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
首先，将发动机(1)与起动发电机(6)装配到一起，然后通过发动机(1)的竖直安装面安装到支架(5)的竖直安装板上，通过定位止口定位，并通过紧固装置连接压在多个减振垫(4)上固定好；
其次，将风罩(3)下半部分安装到起动发电机(6)的下侧，并通过紧固装置固定到支架(5)的水平安装板上；
然后，再将风罩上半部分安装到起动发电机(6)上侧，通过紧固装置与风罩下半部分固定；
然后，将涵道风扇(2)通过风罩止口定位到风罩(3)上，通过紧固装置连接到风罩(3)上固定好；在风罩上半部分和风罩下半部分的配合处设有唇缘凹槽，安装时相互卡紧，保证风罩上半部分和风罩下半部分连接紧密不漏风；
最后，将安装好的混合动力装置通过多个减震垫(4)和所述支架的水平安装板安装于无人机机身。
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