CN113799963A - 螺旋桨链接驱动装置轴系和平流层飞艇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平流层飞艇技术领域，公开一种螺旋桨链接驱动装置轴系和平流层飞艇。包括：外转子、内定子、第一轴承、第二轴承、外转子轴、外转子轴支撑架、内定子轴和内定子轴支撑架；外转子轴的一端与螺旋桨固定连接，另一端与外转子固定连接；外转子包围内定子，内定子轴的一端与内定子固定连接，另一端与内定子轴支撑架固定连接；第一轴承和第二轴承均设置在外转子轴上，第一轴承和第二轴承相距预定距离；第一轴承和第二轴承的内圈均与外转子轴固定连接，外圈均与外转子轴支撑架固定连接；外转子轴支撑架和内定子轴支撑架固定连接。本发明采用增大两个受力轴承之间的跨距，减小第一轴承承受的扭力，从而延长轴承的使用寿命。

Description

螺旋桨链接驱动装置轴系和平流层飞艇

技术领域

本发明涉及平流层飞艇技术领域，具体涉及一种螺旋桨链接驱动装置轴系和平流层飞艇。

背景技术

平流层飞艇具有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。

目前研究设计的平流层飞艇动力系统一般为了节省重量采用轴系直接驱动螺旋桨方式。但由于平流层飞艇动力系统螺旋桨半径大，在螺旋桨旋转时产生的推力或拉力对于动力驱动装置的轴系产生交变径向力、轴向力和交变轴向弯矩。

目前的平流层飞艇动力驱动装置采用径向轴承支撑方式，这种方式对于螺旋桨产生的轴向推力或轴向拉力不能起到止推作用。同时螺旋桨旋转产生的轴向推力或轴向拉力以及动不平衡力产生的轴向弯矩对于跨距较小的支点会产生很大的轴向扭力，从而破坏轴承外径滑道、轴承内径滑道以及轴承滚珠支撑架，致使轴承寿命减少。

另外，由于平流层空气稀薄空气对流散热能力小所以轴承在使用时热量不易散发使轴承温度升高也很容易造成轴承外径滑道和轴承内径滑道的磨损致使轴承寿命减少。

为了减小螺旋桨旋转对轴系的影响，现有技术采用电机加减速器方式驱动平流层飞艇的螺旋桨。这种方式由于加上了减速器，使飞艇驱动装置的重量加大并使其机械效率降低。机械效率的降低会增大平流层飞艇动力系统对于电池的能量需求，这在平流层飞艇系统总体顶层设计上是需要尽量避免的，况且对于减速器的轴系设计也需要考虑其轴承受力方式。

因此，亟需开发一种驱动装置轴系，能够减小螺旋桨旋转产生的力的影响，延长轴系的寿命。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种螺旋桨链接驱动装置轴系和平流层飞艇，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的第一方面，本发明公开一种螺旋桨链接驱动装置轴系，包括：

外转子、内定子、第一轴承、第二轴承、外转子轴、外转子轴支撑架、内定子轴和内定子轴支撑架；

所述外转子轴的一端与螺旋桨固定连接，另一端与外转子固定连接；

所述外转子包围内定子，外转子上设有一通孔，内定子轴穿过该通孔，内定子轴的一端与内定子固定连接，另一端与内定子轴支撑架固定连接；

所述第一轴承和第二轴承均设置在外转子轴上，第一轴承和第二轴承相距预定距离；第一轴承和第二轴承的内圈均与外转子轴连接，外圈均与所述外转子轴支撑架连接。

根据本发明一示例实施方式，所述螺旋桨链接驱动装置轴系还包括动力系统安装支架，所述动力系统安装支架连接外转子轴支撑架和内定子轴支撑架。外转子轴支撑架和内定子轴支撑架通过动力系统安装支架固定连接。

根据本发明一示例实施方式，所述螺旋桨链接驱动装置轴系还包括法兰盘，所述外转子轴通过法兰盘与螺旋桨连接。

根据本发明一示例实施方式，所述第一轴承包括调心轴承或向心推力轴承，所述第二轴承包括调心轴承或向心推力轴承。向心推力轴承包括角轴承、圆锥滚子轴承。

根据本发明一示例实施方式，所述第一轴承能够承受150℃至350℃的温度。所述第二轴承能够承受150℃至350℃的温度。

根据本发明一示例实施方式，所述螺旋桨半径为R，1米≤R≤3.5米, 则所述预定距离为L，0.05×R≤L≤0.5×R。

根据本发明的第二方面，本发明公开一种平流层飞艇，包括一个或多个螺旋桨、一个或多个动力装置、一个或多个所述的螺旋桨链接驱动装置轴系和艇体；

动力装置设置在艇体上，每个动力装置为一个轴系提供外转子旋转的动力；

一个螺旋桨连接一个轴系。

根据本发明一示例实施方式，每个螺旋桨包括多个叶片一个毂；毂设置在螺旋桨的中心，每个叶片的一端与毂固定连接；毂与法兰盘固定连接；所述轴系的外转子轴与该法兰盘固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过在外转子轴上设置第一轴承和第二轴承，延长两个受力轴承的跨距，从而减小第一轴承承受的扭力延长轴承的使用寿命。同时将径向轴承改为调心轴承或向心推力轴承改善了轴承承受轴向推力和轴向扭力的能力延长轴系的寿命。

另外第一轴承和第二轴承采用耐高温轴承，使电机轴系在平流层环境下能够适应轴承在高温下持续工作，从而延长轴系的使用寿命。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1示出本发明螺旋桨链接驱动装置轴系及螺旋桨的结构图。

其中，1—螺旋桨，2—外转子轴支撑架，3—第一轴承，4—第二轴承， 5—内定子，6—内定子轴，7—内定子轴支撑架，8—外转子，9—外转子轴， 10—动力系统安装支架，11—法兰盘，R—螺旋桨半径，L—第一轴承和第二轴承相距的预定距离。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

作为本发明的第一种实施方式，本发明的目的在于公开一种螺旋桨链接驱动装置轴系，如图1所示，包括：外转子8、内定子5、第一轴承3、第二轴承4、外转子轴9、外转子轴支撑架2、内定子轴6、内定子轴支撑架7、动力系统安装支架10和法兰盘11。

外转子轴9的一端通过法兰盘11与螺旋桨1的中心固定连接，另一端与外转子8固定连接。

外转子8包围内定子5，外转子8在动力装置的驱动下旋转，并带动外转子轴9旋转，外转子轴9带动螺旋桨1旋转。外转子8上设有一通孔。内定子轴6穿过该通孔，内定子轴6的一端伸入外转子8内，与内定子5 的中心部分固定连接；另一端与外转子8外的内定子轴支撑架7固定连接。

第一轴承3和第二轴承4均设置在外转子轴9上，第一轴承3和第二轴承4相距预定距离。螺旋桨1半径为R，1米≤R≤3.5米,则预定距离为 L，0.05×R≤L≤0.5×R。通过确定螺旋桨半径R与两个轴承的跨距L的比值关系，R与L的比值越大，轴承承受轴向弯矩能力越差。如果预定距离太短，由于弯矩较大，在第一轴承3上的轴向扭力增大，加大了轴承负载使轴承寿命缩短；如果预定距离太长，会增大电机重量对与平流层飞艇的整体减重不利。在外转子轴10上设置两个轴承，将两个轴承的预定距离增大到螺旋桨1叶片的长度(即为螺旋桨1半径)的0.05到0.5倍之间，扩大受力轴承的安装跨距，可以对应螺旋桨1旋转对动力系统产生的径向力、轴向力和轴向扭力。轴承支撑点跨距的增大从而减小轴承的轴向扭力。能够在尽量减轻动力驱动装置重量同时增大动力驱动装置的效率、保证轴系的安全性。第一轴承3和第二轴承4的内圈均与外转子轴9固定连接，外圈均与外转子轴支撑架2固定连接。第一轴承3包括调心轴承或向心推力轴承。由于第一轴承3的受力较大，第一轴承3可以根据载荷调整为双排或双列轴承，也可以根据载荷将轴承内的滚动体调整为柱形滚动体。第二轴承4包括调心轴承或向心推力轴承。向心推力轴承包括角轴承、圆锥滚子轴承。采用调心轴承或向心推力轴承可以改善轴承承受轴向推力和轴向扭力的能力，进一步减轻轴承压力。另外，由于本发明的电机轴系主要安装在飞艇上，飞艇工作的区域一般为平流层，平流层大气密度约为海平面大气密度的1/14，空气流动散热差，所以电机轴承高速旋转产生的热量不易散发而形成轴承高温，一般轴承温度超过100℃以后易磨损，严重影响寿命，因此，第一轴承3和第二轴承4均采用耐高温轴承，均能够承受150 ℃至350℃的温度，可以提高轴承在平流层环境下运行形成的高温承受能力，从而延长轴承乃至整个轴系的寿命。耐高温轴承根据型号不同，可以选择不同的耐热温度，通常经持续高温淬火处理制成。

外转子轴支撑架2和内定子轴支撑架7通过动力系统安装支架10固定连接。在使螺旋桨1旋转时，外转子轴支撑架2和内定子轴支撑架7均与动力系统安装支架10连接、动力系统安装支架10与艇体固定连接，螺旋桨1在外转子8的旋转下，随着外转子轴9旋转，螺旋桨1的径向力、轴向力和轴向弯矩因为第一轴承3、第二轴承4的存在，减小了对整个轴系的作用，进而使得整个轴系的寿命延长，安全系数提升。

作为本发明的第二种实施方式，本发明的目的在于公开一种平流层飞艇，包括：多个第一种实施方式的螺旋桨链接驱动装置轴系、多个螺旋桨1、多个动力装置和艇体。

动力装置设置在艇体上，每个动力装置为一个螺旋桨链接驱动装置轴系的外转子的旋转提供动力。

每个螺旋桨1包括多个叶片和一个毂，优选3个叶片。毂设置在螺旋桨1的中心，每个叶片的一端与毂固定连接。毂与法兰盘11固定连接；轴系的外转子轴9与法兰盘11固定连接。

轴系的动力系统安装支架10与艇体固定连接，使得飞艇支撑起轴系和螺旋桨。

采用本方案的轴系，可以减小轴系的受力，延长轴系的寿命，同时减轻飞艇重量。

作为本发明的第三种实施方式，本发明的目的在于公开一种平流层飞艇，第三种实施方式的飞艇结构与第二种实施方式的飞艇结构基本相同，不同的地方在于，第三种实施方式的飞艇的螺旋桨1不包括毂，法兰盘11 直接与每个叶片的一端固定连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，包括：

外转子、内定子、第一轴承、第二轴承、外转子轴、外转子轴支撑架、内定子轴和内定子轴支撑架；

所述外转子轴的一端与螺旋桨固定连接，另一端与外转子固定连接；

所述外转子包围内定子，外转子上设有一通孔，内定子轴穿过该通孔，内定子轴的一端与内定子固定连接，另一端与内定子轴支撑架固定连接；

所述第一轴承和第二轴承均设置在外转子轴上，第一轴承和第二轴承相距预定距离；第一轴承和第二轴承的内圈均与外转子轴固定连接，外圈均与所述外转子轴支撑架固定连接。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，还包括动力系统安装支架，所述动力系统安装支架连接外转子轴支撑架和内定子轴支撑架。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，还包括法兰盘，所述外转子轴通过法兰盘与螺旋桨连接。

4.根据权利要求1所述的多螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，所述第一轴承包括调心轴承或向心推力轴承，所述第二轴承包括调心轴承或向心推力轴承。

5.根据权利要求1所述的多螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，所述第一轴承能够承受150℃至350℃的温度，所述第二轴承能够承受150℃至350℃的温度。

6.根据权利要求1所述的螺旋桨链接驱动装置轴系，其特征在于，所述螺旋桨半径为R，1米≤R≤3.5米,则所述预定距离为L，0.05×R≤L≤0.5×R。

7.一种平流层飞艇，其特征在于，包括一个或多个螺旋桨、一个或多个动力装置、一个或多个权利要求1-6中任一项所述的螺旋桨链接驱动装置轴系和艇体；

动力装置设置在艇体上，每个动力装置为一个轴系提供旋转的动力；

一个螺旋桨连接一个轴系。

8.根据权利要求7所述的平流层飞艇，其特征在于，每个螺旋桨包括多个叶片和一个毂；毂设置在螺旋桨的中心，每个叶片的一端与毂固定连接；毂与法兰盘固定连接；所述轴系的外转子轴与该法兰盘固定连接。

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