CN115636091A - 用于飞行器的螺旋桨式推进系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行器的螺旋桨式推进系统，包括：螺旋桨(201)；包括各自嵌套的同轴驱动轴(222、223、224)的多个电动马达；以及具有输出轴(221)和输入轴(211)的齿轮箱(202)，螺旋桨(201)机械联接到输出轴上，所述电动马达的同轴驱动轴(222、223、224)机械联接到输入轴。因此，在垂直于螺旋桨(201)的旋转轴线的平面中，推进系统的直径缩小。这改善了飞行器的气动性能和燃料消耗。

Description

用于飞行器的螺旋桨式推进系统
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器的螺旋桨式推进系统，其包括共同转动螺旋桨的多个电动马达。
背景技术
电动马达可用于驱动推进系统的螺旋桨进行旋转，从而在地面和飞行中使飞行器运动。
由于商用飞行器是相对重的载运工具，使它们运动需要显著的推进能量。因此，飞行器通常具有多个推进系统，即多个螺旋桨式发动机。尽管如此，每个推进系统通常必须具有共同作用以转动螺旋桨的多个电动马达。
为此目的，使用齿轮箱。由于每个电动马达具有输出轴(驱动轴)，齿轮箱在这些电动马达的输出轴与齿轮箱的输出轴之间提供机械联接，齿轮箱的输出轴固定到螺旋桨。因此，齿轮箱的输入轴数量与并联布置的电动马达的数量相同。该布置的一个缺点是，由于马达并联安装，推进系统在高度和宽度方面都很笨重。换言之，在垂直于螺旋桨的旋转轴线的平面中，推进系统的直径很大。这会损害飞行器的气动性能，并增加其燃料(例如氢气)消耗。
因此，需要提供一种方案，通过该方案可以改善飞行器的气动性能和燃料消耗。
发明内容
因此，本文件提出了一种用于飞行器的螺旋桨式推进系统，包括：螺旋桨；包括各自嵌套的同轴驱动轴的多个电动马达；以及具有输出轴和输入轴的齿轮箱，螺旋桨机械联接到输出轴上，所述电动马达的同轴驱动轴机械联接到输入轴。
根据一具体实施例，同轴驱动轴的直径越小，该同轴驱动轴伸入齿轮箱中越远。
根据一具体实施例，同轴驱动轴机械联接到固定到输入轴的钟形罩，使得同轴驱动轴和齿轮箱的输入轴共享单个旋转轴线。
根据一具体实施例，同轴驱动轴借助与自由轮布置相关联的相应齿轮机械联接到钟形罩的内壁。
根据一具体实施例，同轴驱动轴具有带花键或肋部的联接端，借助这些花键或肋部，齿轮可以经由相应花键环牢固地安装在同轴驱动轴上。
根据一具体实施例，电动马达按其同轴驱动轴直径递减的顺序从最靠近齿轮箱到最远离齿轮箱布置。
根据一具体实施例，每个同轴驱动轴包括用于联接到一个所述电动马达的部分，该部分设有花键或肋部，以便借助花键环将所关注的同轴驱动轴机械联接到所述电动马达的转子。
根据一具体实施例，各所述同轴驱动轴的允许与电动马达的转子联接的部分的直径相同。
根据一具体实施例，同轴驱动轴的旋转轴线相对于输出轴的旋转轴线是偏心的，螺旋桨式推进系统还包括用于控制螺旋桨叶片的定向的壳体，该壳体放置成在齿轮箱的与螺旋桨相对的侧部上与输出轴延续。
本文件还提出了一种飞行器，其包括至少一个如上文在其任何一个实施例中所述的螺旋桨式推进系统。
附图说明
通过阅读下面参考附图给出的对至少一个示例性实施例的描述，本发明的上述特征以及其他特征将变得更明了，附图中：
图1示意性且立体地示出了配备有至少一个螺旋桨式推进系统的飞行器；
图2示意性地且以简化剖视图的方式示出了这种螺旋桨式推进系统的第一部分的布置；以及
图3示意性地且以简化剖视图的方式示出了这种螺旋桨式推进系统的第二部分的布置。
具体实施方式
图1示意性且立体地示出了配备有至少一个螺旋桨式推进系统101的飞行器100。举例来说，图1的飞行器100包括分别安装在飞行器100的每个机翼上的两个螺旋桨式推进系统101。飞行器100可包括不同数量的螺旋桨式推进系统101。
在本文使用时，术语“长度”指代飞行器100在地面上时的水平尺寸，而术语“高度”指代飞行器100在地面上时的竖直尺寸。
图2示意性地且以简化剖视图的方式示出了这种螺旋桨式推进系统101的第一部分的布置。
螺旋桨式推进系统101包括螺旋桨201和齿轮箱202。螺旋桨可以是涡轮螺旋桨，如图2所示意性地描绘的。然而，在不脱离本发明范围的情况下，可以设想其他螺旋桨构造。因此，螺旋桨可对应于整流罩螺旋桨(或“涵道风扇”)。齿轮箱202包括输出轴221，螺旋桨201机械联接到该输出轴。如图2所示，螺旋桨201通常安装在输出轴221的端部，使得其旋转轴线是输出轴221的转动轴线205。
螺旋桨式推进系统101包括多个电动马达300(见图3)，其目的是经由齿轮箱202转动螺旋桨201。例如，每个电动马达300由一个或多个诸如氢电池之类的燃料电池供电。
每个电动马达300包括驱动轴，并且所述电动马达300的所有驱动轴是同轴的。借助图示，螺旋桨式推进系统101包括三个电动马达300和因此在图2中进行示意性描绘的三个同轴驱动轴222、223、224。
同轴驱动轴222、223、224在与输出轴221露出的侧部的相对侧上进入齿轮箱202。齿轮箱202包括布置成使得转速降低的成组齿轮230、231。
同轴驱动轴222、223、224机械联接到齿轮箱202的单个输入轴211。通常，输入轴211配备滚珠轴承207，以使输入轴211能够在齿轮箱202内自由旋转。
同轴驱动轴222、223、224具有不同的直径，并以嵌套布置一个容纳在另一个内部。因此，最小直径的驱动轴222自由旋转地容纳在直径稍大的驱动轴223的管状体中，并依此类推。
根据一具体实施例，如图2所示，同轴驱动轴的直径越小，则同轴驱动轴伸入齿轮箱202中越远。因此，同轴驱动轴222比同轴驱动轴223伸入齿轮箱202中更远，同轴驱动轴223本身比同轴驱动轴224伸入齿轮箱202中更远。这使得可以容易地为每个同轴驱动轴222、223、224提供联接端，以实现同轴驱动轴222、223、224到齿轮箱202的输入轴211的关联联接。
根据一具体实施例，同轴驱动轴222、223、224机械联接到固定到输入轴211的钟形罩210，使得同轴驱动轴222、223、224和齿轮箱202的输入轴211共享单个旋转轴线206。较佳地，同轴驱动轴222、223、224借助与自由轮布置215相关联的相应齿轮212、213、214机械联接到钟形罩210的内壁。同轴驱动轴222、223、224的联接端可以具有花键或肋部，借助这些花键或肋部，可以经由相应花键环216、217、218将相应齿轮212、213、214牢固地安装在同轴驱动轴222、223、224上。
同轴驱动轴222、223、224的旋转轴线206可以与齿轮箱202的输出轴221的旋转轴线205重合。然而，同轴驱动轴222、223、224的旋转轴线206较佳地平行于输出轴221的旋转轴线205，并且相对于输出轴221的旋转轴线205偏心。当螺旋桨式推进系统101包括含有用于控制螺旋桨201叶片的定向(“桨距控制”)的机构的壳体203时，该布置特别有利。因此，由于轴线205和206相对于彼此偏心，壳体203较佳地放置成在齿轮箱202的与螺旋桨201相对的侧部上与输出轴221延续。这使得可以容易地在输出轴221的管状体内建立在壳体203与螺旋桨201之间的机械连接件204。如果不是这种情况，则壳体203定位成使得壳体203与螺旋桨201的旋转轴线205之间的偏移最小化。
图3示意性地且以简化剖视图的形式示出了螺旋桨式推进系统101的第二部分的布置，描绘了电动马达300的布置和同轴驱动轴222、223、224的嵌套布置。
各电动马达300共线布置。电动马达300按其相应同轴传动轴222、223、224的直径递减的顺序，从最靠近齿轮箱202到最远离齿轮箱202布置。
每个同轴驱动轴222、223、224包括用于联接到所述马达300中的一个的部分。在一具体实施例中，该联接部分设有花键或肋部，以借助花键环303将所关注的同轴驱动轴机械联接到所述电动马达300的转子301。于是，滚珠轴承304使同轴驱动轴及其相应转子301可以相对于容纳所述电动马达300并相对于齿轮箱202固定的底盘或壳体302旋转。
较佳地，所述同轴驱动轴222、223、224的允许与电动马达300的转子301联接的部分的直径相同。因此，联接到转子301并不取决于所关注的同轴驱动轴222、223、224在嵌套布置中的位置。这使得可以使用严格相同的电动马达300，从而简化设计和维护。
为了确保同轴驱动轴222、223、224相对于彼此自由旋转，两个相继的同轴驱动轴之间存在滚珠轴承305。由于这些滚珠轴承在正常操作期间不承受显著载荷，因此一种变型涉及用润滑的普通衬套替换它们。
其他滚珠轴承306用作确保由同轴驱动轴222、223、224组成的组件相对于底盘或壳体302自由旋转。
可以用齿轮箱202上的第一锚点和底盘或壳体302远离齿轮箱202的部分、例如底盘或壳体302的位于离齿轮箱202最远的两个电动马达300之间如图3中箭头A所示的部分上的第二锚点来确保装载路径。这限制了悬臂部分。
如专利文件FR3097202A1或专利文件US 2021/0078719 A1中所述，螺旋桨式推进系统101优选为自容式，以简化其安装和维护。

Claims (9)

1.用于飞行器(100)的螺旋桨式推进系统(101)，具有：
－螺旋桨(201)；
－多个电动马达(300)，所述电动马达包括各自嵌套的同轴驱动轴(222、223、224)；以及
－齿轮箱(202)，所述齿轮箱具有输出轴(221)和输入轴，所述螺旋桨(201)机械联接到所述输出轴上，所述电动马达(300)的所述同轴驱动轴(222、223、224)机械联接到所述输入轴；
其特征在于，所述同轴驱动轴(222、223、224)的旋转轴线(206)相对于所述输出轴的旋转轴线(205)偏心，且还包括含有用于控制所述螺旋桨(201)的叶片定向的机构的壳体(203)，所述壳体放置成在所述齿轮箱(202)的与所述螺旋桨(201)相对的侧部上与所述输出轴(221)延续。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨式推进系统，其特征在于，所述同轴驱动轴(222、223、224)的直径越小，该同轴驱动轴(222、223、224)伸入所述齿轮箱(202)中越远。
3.根据权利要求2所述的螺旋桨式推进系统，其特征在于，所述同轴驱动轴(222、223、224)机械联接到固定到所述输入轴(211)的钟形罩(210)，使得所述同轴驱动轴(222、223、224)和所述齿轮箱(202)的所述输入轴(211)共享单个旋转轴线(206)。
4.根据权利要求3所述的螺旋桨式推进系统(101)，其特征在于，所述同轴驱动轴(222、223、224)借助与自由轮布置(215)相关联的相应齿轮(212、213、214)机械联接到所述钟形罩(210)的内壁。
5.根据权利要求4所述的螺旋桨式推进系统(101)，其特征在于，所述同轴驱动轴(222、223、224)具有带花键或肋部的联接端，借助这些花键或肋部，能够经由相应花键环(216、217、218)将所述齿轮(212、213、214)牢固地安装在所述同轴驱动轴(222、223、224)上。
6.根据权利要求1所述的螺旋桨式推进系统(101)，其特征在于，所述电动马达(300)按其同轴驱动轴(222、223、224)的直径递减的顺序从最靠近所述齿轮箱(202)到最远离所述齿轮箱(202)布置。
7.根据权利要求1所述的螺旋桨式推进系统(101)，其特征在于，每个同轴驱动轴(222、223、224)包括用于联接到一个所述电动马达(300)的部分，该部分设有花键或肋部，以便借助花键环(303)将所关注的所述同轴驱动轴(222、223、224)机械联接到所述电动马达(300)的转子(301)。
8.根据权利要求7所述的螺旋桨式推进系统(101)，其特征在于，各所述同轴驱动轴(222、223、224)的允许与所述电动马达(301)的转子(300)联接的部分的直径相同。
9.飞行器(100)，所述飞行器包括至少一个根据权利要求1至8中任一权利要求所述的螺旋桨式推进系统(101)。
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