CN115649404A - 一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跨介质飞行器领域，公开了一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，包括：同心传动轴、设置在同心传动轴上的复合推进器以及用于切换复合推进器工作部件的传动切换机构，复合推进器包括导管螺旋桨与可变距螺旋桨；同心传动轴包括传动外轴与传动内轴，两者同心布置且可以独立旋转，导管螺旋桨连接在传动内轴上，可变距螺旋桨连接在传动外轴上，同心传动轴通过可调速电机的驱动而转动。通过切换传动切换机构的啮合齿轮进而控制可调速电机，将动力传递至可变距螺旋桨或导管螺旋桨，实现一台电机可以同时驱动飞行器在两种不同介质中航行，高度集成了推进系统，使各部件结构更紧凑，具有动力推进系统的总质量更小的优点。

Description

一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统

技术领域

本发明涉及跨介质飞行器领域，尤其涉及一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统。

背景技术

跨介质飞行器是潜器和飞机的结合体，集成了空中和水下两种航行器的能力，即既可以在空中飞行，也可以在水中潜行，是军事上重要的作战工具，不仅具有空中的快速侦查能力，而且可以进行水下潜伏目标探测、潜水隐身，具有隐蔽突袭等的水下作战能力。

跨介质飞行器在两种不同的介质中航行，因此其动力推进系统必须同时具备在两种不同介质中持续、稳定工作的能力，且需要满足介质切换和不同速度航行对动力的需求。然而，采用航空、航天、航海推进系统中的任一种均不能满足跨介质飞行器在两种不同的介质中的航行要求，因为不同介质中推进系统的工作原理和工作方式截然不同，飞机使用的涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机等不能在水中工作；潜艇、鱼雷等使用的水下螺旋桨、泵喷推进器、喷水推进器等也不能在空中工作；部分导弹和鱼雷武器使用的固体/液体火箭发动机虽然不受空气与水介质的限制，但其工作时间短、比冲小，难以满足水空跨介质航行器远距离航行的需求。所以目前大部分跨介质飞行器的动力源采用的是两套推进系统，分别对应水中和空中使用，现有技术中，该两套推进系统大多采用简单的组合形式，即两套系统无关联性、独立工作，这种简单的组合存在系统集成度差、结构不紧凑、功能单一、质量大等问题，难以发挥跨介质飞行器的作战优势。

发明内容

本发明提供了一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，解决现有动力推进系统集成度差导致的结构不紧凑、质量大等问题。

一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，包括：同心传动轴、设置在同心传动轴上的复合推进器以及用于切换复合推进器工作部件的传动切换机构，复合推进器包括导管螺旋桨与可变距螺旋桨；

同心传动轴包括传动外轴与传动内轴，两者同心布置且独立旋转，导管螺旋桨连接在传动内轴上，可变距螺旋桨连接在传动外轴上；远离复合推进器的一端，传动外轴上连接有传动外轴齿轮，传动内轴上连接有传动内轴齿轮；

传动切换机构包括切换外齿轮与切换内齿轮，切换外齿轮与传动外轴齿轮啮合，切换内齿轮与传动内轴齿轮啮合；

同心传动轴通过可调速电机的驱动而转动。

采用上述技术方案的有益效果：将飞行器在空中飞行时作为动力推动的可变距螺旋桨连接在传动外轴，将飞行器在水中潜行时作为动力推动的导管螺旋桨连接在传动内轴上，传动内轴与传动外轴同轴设置且可以互相独立转动，驱动传动内轴与传动外轴的可调速电机间接连接有传动切换机构，通过切换传动切换机构的啮合齿轮进而控制可调速电机将动力传递至可变距螺旋桨或导管螺旋桨，实现一台电机可以同时驱动飞行器在两种不同介质中航行，高度集成推进系统，使各部件结构更紧凑，动力推进系统的总质量更小，有利于增加飞行器的航行距离和携带更多的攻防设备。

进一步地，上述可调速电机的输出轴上连接有离合器，离合器包括离合器轴与离合轴齿轮，离合轴齿轮设置在离合器轴上且通过可调速电机带动转动。

采用上述技术方案的有益效果：离合器可以切断或连接可调速电机输出轴的动力传递，在动力切换时切断动力输出以保证推进系统的安全。

进一步地，上述切换外齿轮与切换内齿轮通过切换长轴连接为同轴齿轮，切换长轴的端部安装有切换长齿轮，切换长齿轮与离合轴齿轮啮合。

采用上述技术方案的有益效果：切换长轴依次将切换长齿轮、切换内齿轮、切换外齿轮连接为一体，当切换长齿轮转动时，切换内齿轮或切换外齿轮可以实时转动进而带动同心传动轴转动，一轴多齿轮的设置形式在切换啮合齿轮的时候可靠性较高且传动效率高，整体结构更简洁。

进一步地，上述切换长轴安装在滑动机构上，通过滑动机构改变传动切换机构中齿轮的位置。

进一步地，上述滑动机构包括竖板、滑板、滑座、滑轨，滑板上部安装有两块竖板，下部连接在滑座上，滑座滑动套设在滑轨上，切换长轴的两端连接在竖板上。

进一步地，上述滑板端部固定有连接座，连接座的内部连接有套环，套环套设在传动杆上且与传动杆螺纹配合。

采用上述技术方案的有益效果：套环与传动杆螺纹配合，当传动杆转动时，套环与传动杆做相对转动，将传动杆的旋转运动转化为平移运动，与套环连接的连接座做平移运动，因此滑板也做平移运动，用于切换啮合的齿轮。

进一步地，上述传动杆一端连接有定位轴承座，另一端连接有联动电机，传动杆通过联动电机驱动旋转。

进一步地，上述传动外轴的两端分别设有第一轴承支座与第二轴承支座，传动外轴齿轮与传动内轴之间通过轴承连接且连接处设有水密层。

采用上述技术方案的有益效果：设置第一轴承支座与第二轴承支座为了方便将同心传动轴的位置固定，防止同心传动轴在转动时出现位移，设置水密层是为了飞行器在水下航行时，水不会渗进推进系统的内部。

进一步地，上述离合器为电子离合器。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的跨介质无人飞行器动力推进系统相较于传统动力系统，其动力输出高度集中，使用单电机即可实现在两种不同介质中的航行，有利于精简动力推进系统的结构，缩减推进系统的质量，使飞行器在同等能量下可以达到更久的续航时间，同时为增装武器、探测等装备节省出了空间。

（2）本发明的跨介质无人飞行器动力推进系统具有非常简洁的外形布局，使其具有较为优异的水/空气动力学性能，同时兼备体积小，重量轻等优点，具有很好地适装性。

（3）本发明的跨介质无人飞行器动力推进系统在水空/空水过渡动力切换阶段不会产生剧烈震动，使飞行器保持合理的姿态，以完成复杂多样的任务。

附图说明

图1为本发明推进系统整体结构的前视示意图；

图2为本发明推进系统整体结构的后视示意图；

图3为本发明中传动切换机构局部放大示意图；

图4为本发明中滑板的连接关系示意图；

图5为本发明中滑板与传动杆连接部位的局部放大图；

图6为本发明中可变距螺旋桨的结构示意图。

图中：101-导管螺旋桨；102-可变距螺旋桨；201-传动外轴；202-传动内轴；203-传动外轴齿轮；204-传动内轴齿轮；205-第一轴承支座；206-第二轴承支座；301-切换长轴；302-切换长齿轮；303-切换外齿轮；304-切换内齿轮；305-竖板；306-滑板；307-滑座；308-滑轨；401-传动杆；402-定位轴承座；403-套环；404-连接座；405-联动电机；501-离合器；502-离合器轴；503-离合轴齿轮；601-可调速电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1、图2与图6，本发明提供了一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，包括：同心传动轴、设置在同心传动轴上的复合推进器以及用于切换复合推进器工作部件的传动切换机构，复合推进器包括导管螺旋桨101与可变距螺旋桨102，导管螺旋桨101用于对飞行器水下潜行时的推进，可变距螺旋桨102用于飞行器在空中飞行时提供推动力。

同心传动轴包括传动外轴201与传动内轴202，传动外轴201内部设置轴承，传动内轴202套设在传动外轴201内部的轴承上，传动外轴201与传动内轴202两者同心布置且可以独立转动；导管螺旋桨101固定连接在传动内轴202上的端部，可变距螺旋桨102固定连接在传动外轴201上，导管螺旋桨101与可变距螺旋桨102之间留有一定的距离，两者旋转时互不影响；在远离可变距螺旋桨102的一端，传动外轴201上连接有传动外轴齿轮203，传动内轴202上连接有传动内轴齿轮204，传动外轴齿轮203与传动内轴齿轮204用于与驱动动力系统啮合。传动外轴201的两端分别设有第一轴承支座205与第二轴承支座206，传动外轴齿轮203与传动内轴202之间的轴承连接处设有水密层，避免飞行器潜行时水渗进动力推进系统内。

同心传动轴通过可调速电机601的驱动而转动，可调速电机601的输出轴上连接有离合器501，离合器501包括离合器轴502与离合轴齿轮503，离合轴齿轮503设置在离合器轴502上且可通过可调速电机601带动转动，离合器501优选电子离合器。

参考图2与图3，传动切换机构包括切换外齿轮303与切换内齿轮304，切换外齿轮303与传动外轴齿轮203啮合，切换内齿轮304与传动内轴齿轮204啮合；切换外齿轮303与切换内齿轮304通过切换长轴301连接为同轴齿轮，切换长轴301的端部安装有切换长齿轮302，切换长齿轮302与离合轴齿轮503啮合，当切换外齿轮303与传动外轴齿轮203啮合时，可调速电机601将动力传递至传动外轴201，使可变距螺旋桨102转动，飞行器在空中飞行；当切换内齿轮304与传动内轴齿轮204啮合时，可调速电机601将动力传递至传动内轴202，使导管螺旋桨101转动，飞行器在水中潜行。

参考图3与图4，切换长轴301安装在滑动机构上，通过滑动机构改变传动切换机构中啮合的齿轮，进而改变在不同介质中动力的传递；滑动机构包括竖板305、滑板306、滑座307、滑轨308，滑板306上部安装有两块竖板305，下部连接在滑座307上，滑座307滑动套设在滑轨308上，切换长轴301的两端连接在竖板305上，通过滑板306的滑动带动切换外齿轮303与切换内齿轮304的啮合，当切换外齿轮303与传动外轴齿轮203啮合时，切换内齿轮304与传动内轴齿轮204脱离，反之亦然。

参考图4与图5，滑板306端部固定有连接座404，连接座404的内部与套环403表面卯榫插接，使套环403与连接座404可以同步运动，套环403套设在传动杆401上且与传动杆401螺纹配合；传动杆401一端连接有定位轴承座402，另一端连接有联动电机405，定位轴承座402的位置固定，传动杆401可以在定位轴承座402上进行旋转运动，起到导向的作用，传动杆401通过联动电机405驱动旋转，当传动杆401旋转时，套环403与连接座404则相对传动杆401轴线做平移运动，带动滑板306滑动，进而改变齿轮的啮合情况，完成动力切换。

推进系统的封装外壳使用碳纤维增强复合材料，满足轻质耐压结构设计要求，同时采用整体成型技术、布置分段式水密舱、法兰密封技术和动密封技术提高结构的水密封性能。

本发明推进系统的工作原理：该动力系统采用了紧凑型结构，以减小体积与重量；水下导管螺旋桨101后方布置有可变距螺旋桨102，飞行器在水下航行时水下导管螺旋桨101提供动力，飞行阶段可变距螺旋桨102提供动力，导管螺旋桨101和可变距螺旋桨102不同时工作，但动力来源均为可调速电机601。传动外轴201与可变距螺旋桨102连接，传动内轴202与导管螺旋桨101连接，水下航行时传动内轴齿轮204与切换内齿轮304啮合，动力输出在传动内轴202上；空中飞行时，传动外轴齿轮203与切换外齿轮303啮合，动力输出在传动外轴201上。可调速电机601的输出轴通过离合器与切换长齿轮302连接，切换长齿轮302、切换外齿轮303、切换内齿轮304均由切换长轴301连接为一体，当改变传动内轴齿轮204与切换内齿轮304啮合或传动外轴齿轮203与切换外齿轮303啮合时，完成动力切换。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于，包括：同心传动轴、设置在所述同心传动轴上的复合推进器以及用于切换所述复合推进器工作部件的传动切换机构，所述复合推进器包括导管螺旋桨（101）与可变距螺旋桨（102）；

所述同心传动轴包括传动外轴（201）与传动内轴（202），两者同心布置且独立旋转，所述导管螺旋桨（101）连接在所述传动内轴（202）上，所述可变距螺旋桨（102）连接在所述传动外轴（201）上；远离所述复合推进器的一端，所述传动外轴（201）上连接有传动外轴齿轮（203），所述传动内轴（202）上连接有传动内轴齿轮（204）；

所述传动切换机构包括切换外齿轮（303）与切换内齿轮（304），所述切换外齿轮（303）与所述传动外轴齿轮（203）啮合，所述切换内齿轮（304）与所述传动内轴齿轮（204）啮合；

所述同心传动轴通过可调速电机（601）的驱动而转动。

2.根据权利要求1所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述可调速电机（601）的输出轴上连接有离合器（501），所述离合器（501）包括离合器轴（502）与离合轴齿轮（503），所述离合轴齿轮（503）设置在所述离合器轴（502）上且通过所述可调速电机（601）带动转动。

3.根据权利要求2所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述切换外齿轮（303）与切换内齿轮（304）通过切换长轴（301）连接为同轴齿轮，所述切换长轴（301）的端部安装有切换长齿轮（302），所述切换长齿轮（302）与所述离合轴齿轮（503）啮合。

4.根据权利要求3所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述切换长轴（301）安装在滑动机构上，通过所述滑动机构改变传动切换机构中齿轮的位置。

5.根据权利要求4所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述滑动机构包括竖板（305）、滑板（306）、滑座（307）、滑轨（308），所述滑板（306）上部安装有两块所述竖板（305），下部连接在所述滑座（307）上，所述滑座（307）滑动套设在所述滑轨（308）上，所述切换长轴（301）的两端连接在所述竖板（305）上。

6.根据权利要求5所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述滑板（306）端部固定有连接座（404），所述连接座（404）的内部连接有套环（403），所述套环（403）套设在传动杆（401）上且与所述传动杆（401）螺纹配合。

7.根据权利要求6所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述传动杆（401）一端连接有定位轴承座（402），另一端连接有联动电机（405），所述传动杆（401）通过所述联动电机（405）驱动旋转。

8.根据权利要求1所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述传动外轴（201）的两端分别设有第一轴承支座（205）与第二轴承支座（206），所述传动外轴齿轮（203）与所述传动内轴（202）之间通过轴承连接且连接处设有水密层。

9.根据权利要求2至7任一项所述的适用于水空双工况的跨介质飞行器推进系统，其特征在于：所述离合器（501）为电子离合器。

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