CN116215861A - 一种航空并联式混合动力系统 - Google Patents
一种航空并联式混合动力系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116215861A CN116215861A CN202211373134.9A CN202211373134A CN116215861A CN 116215861 A CN116215861 A CN 116215861A CN 202211373134 A CN202211373134 A CN 202211373134A CN 116215861 A CN116215861 A CN 116215861A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- generator
- motor
- engine
- power
- coupler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 3
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000013486 operation strategy Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/026—Aircraft characterised by the type or position of power plants comprising different types of power plants, e.g. combination of a piston engine and a gas-turbine
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Details Of Gearings (AREA)
Abstract
本发明公开了一种航空并联式混合动力系统,由重油转子发动机、永磁电动/发电机、整流/控制器、电池组、行星齿轮耦合器组成。发动机、电动/发电机、行星齿轮耦合器采用一体化结构设计,共用一套冷却系统和润滑系统,三者通过一根轴贯穿连接,使得系统整体体积小、结构紧凑。电动/发电机末端装有轴承以支撑一体化轴,增强了轴的刚度,使整体结构更加稳定。发动机与电动/发电机通过行星齿轮耦合器进行转矩耦合,行星齿轮外齿圈与发动机连接,太阳轮与电动/发电机连接,外齿圈与太阳轮之间通过行星轮啮合传动,通过行星架将功率输出至螺旋桨。一种航空并联式混合动力系统具有功重比高、能源利用率高、结构高度紧凑等特点。
Description
技术领域
本发明涉及航空飞行器动力系统设计领域,具体为一种航空并联式混合动力系统。
背景技术
航空飞行器在起降阶段和巡航阶段的功率需求差异非常大(尤其是有短距/垂直起降需求的飞行器,其最大功率需求大约是巡航功率需求的3倍左右),传统的发动机,如活塞发动机、涡轴发动机等均难以兼顾起降和巡航效率。为了满足飞行需求,传统发动机一般需按照最大功率需求进行设计,这导致巡航时动力系统效率低,油耗和排放大。
为了解决不同飞行阶段功率需求差异大的问题,混合动力系统应运而生。混合动力系统中电机与发动机共同驱动螺旋桨转动,在不同的飞行阶段,通过合理的能源管理策略,能够保证发动机、电机等部件始终在其高效工作区域内。但与此同时,由于加入了电池、电机等一系列部件,混合动力系统的重量和体积较大,这制约了系统性能的进一步提升。
如中国专利公开号为CN106184779A,公开日为2016-12-07,公开了一种混合动力飞机耦合系统,该系统采用行星齿轮耦合器,行星轮与太阳轮和齿圈啮合,行星架与传动轴上的传动轮啮合,从而实现了扭矩的耦合,但从布局上看,该系统为发动机、驱动电机、耦合器依次轴向排列布置,发动机距离耦合器较远,导致无法充分利用发动机润滑系统为耦合器润滑,且系统纵向尺寸偏大,结构松散;又如中国专利公开号为CN112706929A,公开日为2021-04-27,公开了一种固定翼无人机用混合动力系统及推进方法,该系统包含四个小螺旋桨和一个主螺旋桨,通过多个电机实现分布式推进,但该系统结构较为松散,离合器、传动轴、齿轮组分布在不同位置,导致冷却系统和润滑系统的设计较为复杂。
本发明提出一种航空并联式混合动力系统,发动机、电动/发电机和行星齿轮耦合器采用共用壳体的一体化紧凑结构设计,三者通过一根轴贯穿连接,并利用轴承加强了轴的刚度,使系统结构紧凑可靠;同时它们共用一套冷却系统和润滑系统,进一步减少了部件数量,有效解决了解决混合动力系统体积大、重量大的问题,使系统性能得到进一步提升。
发明内容
一种航空并联式混合动力系统,其特征在于:包括发动机(1)、一体化电动/发电机(2)、一体化整流/控制器(10)、电池组、机械耦合器(3)、能源管理系统,发动机采用重油转子发动机,电动/发电机采用航空永磁容错电机,电池组采用磷酸铁锂离子电池组;所述机械耦合器(3)采用行星齿轮耦合器,外齿圈(7)与发动机连接,太阳轮(8)与电动/发电机连接,外齿圈与太阳轮之间通过行星轮(9)啮合传动,通过行星架(6)将功率输出至螺旋桨;所述发动机、所述电动/发电机和所述行星齿轮耦合器采用共用壳体的一体化紧凑结构设计,发动机与电动/发电机通过行星齿轮耦合器进行转矩耦合。
所述混合动力系统有三种工作模式:
(1)纯发动机驱动模式:由所述发动机独立输出功率,带动螺旋桨旋转;
(2)发电模式:当电池组的电量低于控制规则的阈值时,电动/发电机将进入发电机模式,全控整流器将控制电流流向电池组,此时发动机在提供螺旋桨轴功率的同时,还需要提供多余的功率用于驱动发电机,因此此时发动机的功率需求大于螺旋桨功率需求;
(3)混合动力驱动模式:当系统处于混合动力驱动模式时,电动/发电机处于电动机模式,主动从锂离子动力电池提取功率,发动机和电动/发电机通过机械耦合器耦合后将功率输出到螺旋桨,该主要用于功率需求较大的悬停和爬升阶段。
所述混合动力系统采用一体化轴(5)设计,一体化轴穿过电动/发电机内部,联结起电动/发电机和行星齿轮耦合器的齿轮架,减小整体径向尺寸,使系统整体结构更加紧凑;在电动/发电机末端输出轴采用轴承(4)来加强一体化加长轴的刚度,起到支撑作用,使整体结构更加可靠;电动/发电机扭矩输入端与发动机轴连接,依靠发动机输出端轴承支撑,使整体结构紧凑,且重量低;电动/发电机传动轴与发动机输出轴共用端盖,使得轴承结构简单,减小了结构体积、重量,可以减少传动系统磨损、振动、卡死、异响等多种质量问题。
所述电动/发电机、发动机和行星齿轮耦合器共用一套冷却系统和强制润滑系统,利用发动机现有的机油泵对耦合器进行冷却和润滑,可保证耦合器和电动/发电机可靠运转,并且系统部件数量、质量大大减小,从而提升了系统功重比。
本发明的优点在于:
(1)系统结构高度紧凑可靠,体积小、重量轻;
(2)系统电动/发电机、发动机和行星齿轮耦合器共用一套冷却系统和强制润滑系统,系统部件数量、质量大大减小,系统功重比得到提升;
(3)推进系统的最大可用功率高、能源利用率高、能量控制更为灵活、容错性能更好;
(4)电动/发电机能够利用发动机剩余功率发电并储存,为飞行器机载设备提供了更大的供电能力;
(5)电能源传递过程中噪音小,飞行器声隐身能力强;
(6)发动机总是工作在高效率、低油耗状态,油耗更低、排放更少。
附图说明
图1:一种航空并联式混合动力系统正视图。
图中:1.发动机,2.电动/发电机,3.行星齿轮耦合器,4.球轴承,5.一体化轴
图2:一种航空并联式混合动力系统行星齿轮耦合器。
图中:6.行星架,7.外齿圈,8.太阳轮,9.行星轮
具体实施方式
下面结合附图,通过具体的实施方式作进一步说明。
结合附图1-2,一种航空并联式混合动力系统由发动机(1)、一体化电动/发电机(2)、一体化整流/控制器(10)、电池组、机械耦合器(3)、能源管理系统组成。
发动机采用重油转子发动机,电动/发电机采用航空永磁容错电机,电池组采用磷酸铁锂离子电池组,机械耦合器采用行星齿轮耦合器。
具体实施方式如下:混合动力系统采用一体化轴(5)设计,一体化轴穿过电动/发电机内部,联结起电动/发电机和行星齿轮耦合器的齿轮架,减小整体径向尺寸,使系统整体结构更加紧凑;在电动/发电机末端输出轴采用轴承(4)来加强一体化加长轴的刚度,起到支撑作用,使整体结构更加可靠;电动/发电机扭矩输入端与发动机轴连接,依靠发动机输出端轴承支撑,使整体结构紧凑,且重量低;电动/发电机传动轴与发动机输出轴共用端盖,使得轴承结构简单,减小了结构体积、重量,可以减少传动系统磨损、振动、卡死、异响等多种质量问题。
发动机与电动/发电机通过行星齿轮耦合器进行转矩耦合,三者采用共用壳体的紧凑结构设计。行星齿轮外齿圈(7)与发动机连接,太阳轮(8)与电动/发电机连接,外齿圈与太阳轮之间通过行星轮(9)啮合传动,通过行星架(6)输出至螺旋桨。
所述电动/发电机、发动机和行星齿轮耦合器共用一套冷却系统和强制润滑系统,利用发动机现有的机油泵对耦合器进行冷却和润滑,可保证耦合器和电动/发电机可靠运转,并且系统部件数量、质量大大减小,从而提升了系统功重比。
一种航空并联式混合动力系统基本运行策略如下:在飞行器起降等大功率场景下,发动机与电动/发电机共同工作,电动/发电机以电动机模式工作,发动机和电动/发电机通过机械耦合器进行耦合,统一由输出轴进行功率输出。在巡航等较低功率需求场景下,若发动机提供的功率超过需求,则一部分机械能直接带动螺旋桨,电动/发电机以发电机的模式工作,将多余的机械能转换为电能储存在电池中。
在并联式混合动力系统的运行过程中,储能系统作为动态负载,起着削峰填谷的作用,当负载功率需求大于转子发动机的输出功率时,储能系统可以补充发动机的不足功率,维持直流母线电压恒定;当负载需求功率小于转子发动机的输出功率时,发动机将驱动电动/发电机作发电机使用,储能系统储存多余能量。
所述混合动力系统有三种工作模式:
(1)纯发动机驱动模式:由所述发动机独立输出功率,带动螺旋桨旋转;
(2)发电模式:当电池组的电量低于控制规则的阈值时,电动/发电机将进入发电机模式,全控整流器将控制电流流向电池组,此时发动机在提供螺旋桨轴功率的同时,还需要提供多余的功率用于驱动发电机,因此此时发动机的功率需求大于螺旋桨功率需求;
(3)混合动力驱动模式:当系统处于混合动力驱动模式时,电动/发电机处于电动机模式,主动从锂离子动力电池提取功率,发动机和电动/发电机通过机械耦合器耦合后将功率输出到螺旋桨,该主要用于功率需求较大的悬停和爬升阶段。
Claims (4)
1.一种航空并联式混合动力系统,其特征在于:包括发动机(1)、一体化电动/发电机(2)、一体化整流/控制器、电池组、机械耦合器(3)、能源管理系统;所述机械耦合器(3)采用行星齿轮耦合器,外齿圈(7)与发动机连接,太阳轮(8)与电动/发电机连接,外齿圈与太阳轮之间通过行星轮(9)啮合传动,带动行星架(6)转动将功率输出至螺旋桨;所述发动机、所述电动/发电机和所述行星齿轮耦合器采用共用壳体的一体化紧凑结构设计,发动机与电动/发电机通过行星齿轮耦合器进行转矩耦合;
所述混合动力系统有三种工作模式:
(1)纯发动机驱动模式:由所述发动机独立输出功率,带动螺旋桨旋转;
(2)发电模式:当电池组的电量低于控制规则的阈值时,电动/发电机将进入发电机模式,全控整流器将控制电流流向电池组,此时发动机在提供螺旋桨轴功率的同时,还需要提供多余的功率用于驱动发电机,因此此时发动机的功率需求大于螺旋桨功率需求;
(3)混合动力驱动模式:当系统处于混合动力驱动模式时,电动/发电机处于电动机模式,主动从电池组提取功率,发动机和电动/发电机通过机械耦合器耦合后将功率输出到螺旋桨,该主要用于功率需求较大的悬停和爬升阶段。
2.根据权利要求1所述的一种航空并联式混合动力系统,其特征在于:所述混合动力系统采用一体化轴(5)设计,轴穿过电动/发电机内部,联结起电动/发电机和行星齿轮耦合器的齿轮架,减小整体径向尺寸,使系统整体结构更加紧凑;在电动/发电机末端输出轴采用轴承(4)来加强轴的刚度,起到支撑作用,使整体结构更加可靠;电动/发电机扭矩输入端与发动机轴连接,依靠发动机输出端轴承支撑,使整体结构紧凑,且重量低;电动/发电机传动轴与发动机输出轴共用端盖,使得轴承结构简单,减小了结构体积、重量,可以减少传动系统磨损、振动、卡死、异响等多种质量问题。
3.根据权利要求1所述的一种航空并联式混合动力系统,其特征在于:所述电动/发电机、发动机和行星齿轮耦合器共用一套冷却系统和强制润滑系统,利用发动机现有的机油泵对耦合器进行冷却和润滑,可保证耦合器和电动/发电机可靠运转,并且系统部件数量、质量大大减小,从而提升了系统功重比。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种航空并联式混合动力系统,其特征在于:发动机采用重油转子发动机,电动/发电机采用航空永磁容错电机,电池组采用磷酸铁锂离子电池组。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211373134.9A CN116215861A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种航空并联式混合动力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211373134.9A CN116215861A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种航空并联式混合动力系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116215861A true CN116215861A (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=86579206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211373134.9A Pending CN116215861A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种航空并联式混合动力系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116215861A (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103481764A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-01 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | 驱动电机以及混联式混合动力系统 |
US20140010652A1 (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Mcmaster University | Hybrid powertrain system |
CN106184779A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-07 | 中电科芜湖钻石飞机设计研究院有限公司 | 一种混合动力飞机耦合系统 |
CN108216646A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-06-29 | 吉林大学 | 一种并联混合动力飞机动力耦合系统及其驱动控制方法 |
CN108791905A (zh) * | 2017-05-03 | 2018-11-13 | 朗星无人机系统有限公司 | 一种飞行器用混合动力集成单元 |
CN112706929A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-27 | 南京航空航天大学 | 一种固定翼无人机用混合动力系统及推进方法 |
-
2022
- 2022-11-03 CN CN202211373134.9A patent/CN116215861A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140010652A1 (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Mcmaster University | Hybrid powertrain system |
CN103481764A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-01 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | 驱动电机以及混联式混合动力系统 |
CN106184779A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-07 | 中电科芜湖钻石飞机设计研究院有限公司 | 一种混合动力飞机耦合系统 |
CN108791905A (zh) * | 2017-05-03 | 2018-11-13 | 朗星无人机系统有限公司 | 一种飞行器用混合动力集成单元 |
CN108216646A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-06-29 | 吉林大学 | 一种并联混合动力飞机动力耦合系统及其驱动控制方法 |
CN112706929A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-27 | 南京航空航天大学 | 一种固定翼无人机用混合动力系统及推进方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10661911B2 (en) | Optionally hybrid power system | |
Stückl et al. | VOLTAIR-The all-electric propulsion concept platform–a vision for atmospheric friendly flight | |
CN108216646A (zh) | 一种并联混合动力飞机动力耦合系统及其驱动控制方法 | |
CN108082500A (zh) | 一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置及驱动方法 | |
CN108082499B (zh) | 行星式混合动力直升机动力耦合系统及驱动方法 | |
US20200262574A1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft and transformation gear sets for same | |
CN207889994U (zh) | 一种混合动力飞机动力耦合装置 | |
CN220905312U (zh) | 扭矩增强变速器及含其的系统和变速交流感应电动机 | |
CN109094790B (zh) | 一种用于直升机的混合动力系统的功率配置方案及控制方法 | |
US8409040B1 (en) | Powertrain with two planetary gear sets and two motor/generators for hybrid vehicle | |
CN108791905A (zh) | 一种飞行器用混合动力集成单元 | |
CN108454864A (zh) | 通用飞机串联式混合动力系统 | |
CN207826569U (zh) | 一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置 | |
US20210101692A1 (en) | Dual hybrid propulsion system for an aircraft having a cross-connecting clutch | |
US20110180338A1 (en) | Generator motor and electric automobile, electric ship | |
CN117585170A (zh) | 一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统及管理方法 | |
CN112706929B (zh) | 一种固定翼无人机用混合动力系统及推进方法 | |
CN207433818U (zh) | 一种飞行器用混合动力集成单元 | |
CN116215861A (zh) | 一种航空并联式混合动力系统 | |
CN212099365U (zh) | 一种混合动力驱动装置以及无人机 | |
EP4023477B1 (en) | Parallel hybrid power plant with hollow motor | |
CN113858934A (zh) | 一种混合动力系统及采用混合动力系统的车辆 | |
WO2024031126A1 (en) | Electric vehicle mini power station generators, gearbox/gears and power boost system (military and civilian) | |
CN111099025A (zh) | 固定翼电动飞机对转螺旋桨动力系统和固定翼电动飞机 | |
CN209776182U (zh) | 新能源汽车的混合动力系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |