CN206704533U - 便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，包括一个主减速器和两台涡轮轴发动机，所述主减速器包括两根输入轴和一根输出轴，两根输入轴均与所述输出轴传动连接，且两根输入轴同时转动带动所述输出轴转动，所述主减速器的两根输入轴通过两个柔性联轴器分别与两台涡轮轴发动机的动力输出端连接。本实用新型采用涡轮轴发动机作为动力来源，体积小重量轻，结构简单，工作振动小；柔性联轴器的分段嵌入式结构可同时实现旋转运动的可靠传输与涡轮轴发动机的快速模块化更换，日常维护保养及拆卸更换都非常方便。

Description

便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统

技术领域

本实用新型涉及无人直升机领域，尤其涉及一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统。

背景技术

现有无人直升机的按能量来源可分为电力驱动与燃油驱动两大主流类型，其中燃油驱动无人机又包含内燃机与涡轮发动机两类。目前大中型无人直升机因其对起飞重量、续航时间等性能指标的要求较高，主要以燃油作为能量来源，其中内燃机，尤其是柴油发动机最为常见。无人直升机使用的柴油发动机不但体积庞大，占据较多机舱内部空间，并且零部件多，内部结构复杂，不便于检修维护。柴油发动机工作时，内部曲轴的高速转动、活塞的高频往复运动以及柴油在各气缸内的周期性爆燃会造成发动机的剧烈震动。这类无人直升机往往将发动机完全紧固在机身主体结构上，连同狭小的机身内部空间与柴油航空发动机复杂的结构，都给无人机动力系统的日常维护保养与拆卸更换带来极大不便。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，采用涡轮轴发动机作为动力来源，体积小重量轻，结构简单，工作振动小；柔性联轴器的分段嵌入式结构可同时实现旋转运动的可靠传输与涡轮轴发动机的快速模块化更换，日常维护保养及拆卸更换都非常方便。

本实用新型的技术方案是：一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，包括一个主减速器和两台涡轮轴发动机，所述主减速器包括两根输入轴和一根输出轴，两根输入轴均与所述输出轴传动连接，且两根输入轴同时转动带动所述输出轴转动，所述主减速器的两根输入轴通过两个柔性联轴器分别与两台涡轮轴发动机的动力输出端连接。

作为优选：所述柔性联轴器由输出连接件、柔性连接件和输入连接件同轴组装而成；

所述输入连接件的一端为与所述涡轮轴发动机的动力输出端连接的输入端，所述输入连接件的另一端为用于连接所述输出连接件的第一配合端，所述输出连接件的一端为用于连接所述输入连接件的第二配合端，所述输出连接件的另一端为与所述主减速器的输入轴连接的输出端；

所述柔性连接件由圆环体以及设置在所述圆环体的圆周外壁上且沿所述圆环体的周向均布的呈圆形或者椭圆形的四个柔性卡件组成；

所述第一配合端的端面上设置有两个径向对称的第一连接凸块，所述第一连接凸块具有两个分别与所述圆环体上两个相邻的柔性卡件的弧形侧壁配合的弧形凹面，且所述第一连接凸块的两个弧形凹面沿所述输入连接件的径向对称；

所述第二配合端的端面上设置有两个径向对称的第二连接凸块，所述第二连接凸块和第一连接凸块的形状大小相同；

所述输入连接件、柔性连接件和输出连接件相互配合组装在一起时，两个所述第一连接凸块与两个所述第二连接凸块相互交错，形成与四个柔性卡件匹配的四个卡槽，所述柔性连接件位于所述输出连接件和所述输入连接件之间，且四个柔性卡件配合嵌设于所述第一连接凸块和第二连接凸块之间的四个卡槽内。

作为优选：所述输入连接件、柔性连接件和输出连接件相互配合组装在一起时，所述第一连接凸块与所述输出连接件的第二配合端的端面之间具有第一间隙，所述第二连接凸块与所述输入连接件的第一配合端的端面之间具有第二间隙。

作为优选：所述柔性卡件的弧形侧壁与其两端面的相接处做倒角处理，且两处倒角在轴向上的加工距离均大于所述第一间隙和所述第二间隙。

作为优选：所述涡轮轴发动机的动力输出端具有法兰连接盘，所述法兰连接盘上开设有沿其周向分布的多个通孔，所述输入连接件的输入端设置有与所述法兰连接盘上的通孔数量及位置对应的螺纹孔，所述法兰连接盘通过穿过所述通孔旋入所述螺纹孔内的螺钉与所述输入连接件连接。

作为优选：所述输入连接件的输入端的端面上一体设置有与所述法兰连接盘的通孔数量及位置对应的凸起部，所述螺纹孔设置在所述凸起部上。

作为优选：所述输入连接件的输入端的中部一体设置有圆形凸环，所述圆形凸环的外壁与所述输入连接件的输入端的端面之间还加工有加强筋，且所述加强筋与所有凸起部连成一体。

作为优选：所述涡轮轴发动机的动力输出端的法兰连接盘上的通孔为两个，所述凸起部为与通孔对应的两个，两个所述凸起部的形状大小相同且沿所述输入连接件的径向对称设置，两个所述凸起部和两个所述第一连接凸块在所述输入连接件周向上的位置相互错开。

作为优选：所述输出连接件的输出端与所述主减速器的输入轴之间为键连接、法兰连接或者销轴连接。

作为优选：两台所述涡轮轴发动机并排设置，且两台涡轮发动机的进气口朝向同一方向。

本实用新型的有益效果是：使用两台涡轮轴发动机作为无人直升机的动力来源，既保证大功率输出，又能减小动力系统的体积与重量，同时燃油动力能够提供较长续航时间。两台涡轮轴发动机输出的功率通过柔性联轴器输送至双轴输入单轴输出的主减速器，主减速器驱动主旋翼旋转，为无人直升机提供升力。

本实用新型采用涡轮轴发动机作为动力来源，体积小重量轻，结构简单，工作振动小。内部零部件均可自由旋转，两台涡轮轴发动机互为备份，一台涡轮轴发动机故障或熄火不会导致旋翼停转或传动失效。这样在单发失效时动力系统仍可提供保证无人直升机安全降落所需动力。

动力系统中的柔性联轴器能减小动力系统内部的振动传递，降低各零部件间的共振风险。柔性联轴器的分段嵌入式结构可同时实现旋转运动的可靠传输与涡轮轴发动机的快速模块化更换。

涡轮轴发动机、柔性联轴器、主减速器等动力系统组成部分均采用模块化设计，均可独立快速拆装更换，提高了系统可靠性，方便日常维修保养，降低无人机系统运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的爆炸图；

图3是本实用新型实施例1中柔性联轴器的爆炸图；

图4是本实用新型实施例1中柔性联轴器未安装柔性连接件的结构示意图。

图中1-主减速器；11-输入轴；12-输出轴；2-输出连接件；21-第二连接凸块；22-第二间隙；3-柔性连接件；31-圆环体；32-柔性卡件；4-输入连接件；41-第一连接凸块；42-凸起部；43-螺纹孔；44-圆形凸环；45-加强筋；46-第一间隙；5-涡轮轴发动机；51-法兰连接盘。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，包括一个主减速器1和两台涡轮轴发动机5。

主减速器1包括两根输入轴11和一根输出轴12，两根输入轴11均与输出轴12传动连接，且两根输入轴11同时转动带动输出轴12转动。两根输入轴11与输出轴12之间可以通过齿轮传动结构、皮带传动结构或者齿轮、皮带混合的传动结构实现传动连接，所有传动结构在现有技术中进行选择，只要能够实现两根输入轴11同时转动带动输出轴12转动的功能即可应用于本实用新型中。

主减速器1的两根输入轴11通过两个柔性联轴器分别与两台涡轮轴发动机5的动力输出端连接。使本实用新型的动力系统将两台涡轮轴发动机5作为无人直升机的动力来源，既保证大功率输出，又能减小动力系统的体积与重量，同时燃油动力能够提供较长续航时间。两台涡轮轴发动机5输出的功率通过柔性联轴器输送至双轴输入单轴输出的主减速器1，主减速器1驱动主旋翼旋转，为无人直升机提供升力。

由于本实用新型采用涡轮轴发动机5作为动力来源，体积小重量轻，结构简单，工作振动小。内部零部件均可自由旋转，两台涡轮轴发动机5互为备份，一台涡轮轴发动机5故障或熄火不会导致旋翼停转或传动失效。这样在单发失效时动力系统仍可提供保证无人直升机安全降落所需动力。

柔性联轴器能减小动力系统内部的振动传递，降低各零部件间的共振风险。

本实用新型中，将两台涡轮轴发动机5并排设置，且使两台涡轮发动机的进气口朝向同一方向，更加利于涡轮发动机在工作中的进气，也更利于其与无人直升机的机身的装配。

如图3所示，柔性联轴器由输出连接件2、柔性连接件3和输入连接件4同轴组装而成。柔性联轴器的分段嵌入式结构可同时实现旋转运动的可靠传输与涡轮轴发动机5的快速模块化更换。

输出连接件2和输入连接件4均由刚性材料制成，柔性连接件3由柔性材料制成。本实施例中输出连接件2和输入连接件4均由硬质金属材料制成，柔性连接件3是由树脂材料制成的弹性件。

输入连接件4和输出连接件2的周向侧壁为圆周弧面，为便于与其余零件连接，输入连接件4和输出连接件2均开设贯通两端的内孔，这样在保证自身结构强度的同时可以降低自身质量，还可以避免与其余零件发生干涉。

输入连接件4的一端为与涡轮轴发动机5的动力输出端连接的输入端(即柔性联轴器的输入端)，输入连接件4的另一端为用于连接输出连接件2的第一配合端，输出连接件2的一端为用于连接输入连接件4的第二配合端，输出连接件2的另一端为与主减速器1的输入轴11连接的输出端(即柔性联轴器的输出端)。

柔性连接件3由圆环体31以及设置在圆环体31的圆周外壁上且沿圆环体31的周向均布的呈圆形或者椭圆形的四个柔性卡件32组成。四个柔性卡件32与圆环体31一体成型。

第一配合端的端面上设置有两个径向对称的第一连接凸块41，两个第一连接凸块41在输入连接件4的径向上的最短间隔距离大于圆环体31的外径。第一连接凸块41具有两个分别与圆环体31上两个相邻的柔性卡件32的弧形侧壁配合的弧形凹面，且第一连接凸块41的两个弧形凹面沿输入连接件4的径向对称。

第二配合端的端面上设置有两个径向对称的第二连接凸块21，两个第二连接凸块21在输入连接件4的径向上的最短间隔与两个第一连接凸块41在输入连接件4的径向上的最短间隔距离相同。第二连接凸块21和第一连接凸块41的形状大小相同，第二连接凸块21也具有两个分别与圆环体31上两个相邻的柔性卡件32的弧形侧壁配合的弧形凹面，且第二连接凸块21的两个弧形凹面沿输出连接件2的径向对称。

输入连接件4、柔性连接件3和输出连接件2相互配合组装在一起后，三者之间在径向上为紧配合关系。这样避免由于输入连接件4与输出连接件2本身组装的错位而导致的动力输出的同轴度降低；也可以在动力传递的过程中，避免柔性联轴器自身间隙引起的振动；还可以避免在偏心、偏角调节时，由于间隙导致的输入连接件4或/和输出连接件2对柔性连接件3产生的冲击力增大，而降低柔性联轴器的使用寿命。

输入连接件4、柔性连接件3和输出连接件2相互配合组装在一起时，两个第一连接凸块41与两个第二连接凸块21相互交错(两个第一连接凸块41的中心连线与两个第二连接凸块21的中心连线相互垂直)，形成与四个柔性卡件32匹配的四个卡槽。组装后，柔性连接件3位于输出连接件2的第二配合端的端面和输入连接件4的第一配合端的端面之间，且四个柔性卡件32嵌设于第一连接凸块41和第二连接凸块21之间的四个卡槽内，每个柔性卡件32与其相邻的第一连接凸块41的弧形凹面和第二连接凸块21的弧形凹面紧贴。

输入连接件4、柔性连接件3和输出连接件2相互配合组装在一起时，如图4所示，第一连接凸块41与输出连接件2的第二配合端的端面之间具有第一间隙46，第二连接凸块21与输入连接件4的第一配合端的端面之间具有第二间隙22。第一间隙和第二间隙是为了保证在柔性联轴器在对偏心偏角进行自动调整时，输入连接件4和输出连接件2之间具有足够的调整余量。

在安装后，柔性卡件32的两端面分别紧贴输入连接件4的第一配合端的端面和输出连接件2的第二配合端的端面。柔性卡件32的弧形侧壁与其两端面的相接处做倒角处理，且两处倒角在轴向上的加工距离均大于第一间隙46和第二间隙22。该倒角处理采用45度倒角处理。柔性卡件32上的倒角处理，一方面使柔性卡件32的端面面积小于其横截面面积，这样在偏心偏角调整时，柔性卡件32在发生弹性形变的过程中，形变量可以在倒角处被吸收；另一方面在柔性卡件32与输入连接件4的第一配合端的端面和输出连接件2的第二配合端的端面之间仍具有足够的接触面积，使柔性卡件32能够在动力系统工作停止后，能够有效地进行弹性恢复，不易发生永久性的形变，避免因为柔性卡件32的永久性形变而影响柔性联轴器的使用效果，增加零部件的故障率，增加使用和维修成本。

在本实施例中，输出连接件2的输出端与主减速器1的输入轴11之间为键连接。其具体结构为：主减速器1的输入轴11的端部圆周外壁上加工出第一键槽(图中未视)，在输出连接件2的输出端设置与主减速器1的输入轴11的端部圆周外壁配合的圆孔(图中未视)，在圆孔的内壁上开设与第一键槽大小匹配位置对应的第二键槽(图中未视)。安装时，将与第一键槽配合的平键置于第一键槽内后，使平键对准第二键槽的位置，将主减速器1的输入轴11的端部插入输出连接件2的输出端的圆孔中，使主减速器1的输入轴11与输出连接件2的输出端之间形成周向固定并传递转矩。

在本实施例中，如图1和图2所示，涡轮轴发动机5的动力输出端具有法兰连接盘51，法兰连接盘51上开设有沿其周向分布的两个通孔，两个通孔的轴向平行法兰连接盘51的轴向并贯通法兰连接盘51的两端面。

如图3所示，输入连接件4的输入端的端面上一体设置有与法兰连接盘51的通孔位置对应的两个凸起部42。两个凸起部42的形状大小相同且沿输入连接件4的径向对称设置，两个凸起部42的形状大小相同且沿输入连接件4的径向对称设置，两个凸起部42和两个第一连接凸块41在输入连接件4周向上的位置相互错开。采用这样的结构，可以增加输入连接件4的整体强度，在凸起部42连接法兰连接盘51之后，进行动力传递时，扭力通过凸起部42传递至整个输入连接件4，第一连接凸块41和凸起部42错开设置，使输入连接件4的动力传递时，内部应力的均匀分布，保证了输入连接件4整体的结构强度。

两个凸起部42上分别加工有与法兰连接盘51上的两个通孔位置对应的螺纹孔43，法兰连接盘51通过穿过通孔旋入螺纹孔43内的螺钉与输入连接件4的输入端形成同轴连接。

为了在减轻重量的同时保证柔性联轴器与涡轮轴发动机5的动力输出端之间的连接强度，在输入连接件4的输入端的中部一体设置有圆形凸环44，圆形凸环44的外壁与输入连接件4的输入端的端面之间还加工有加强筋45，且加强筋45与所有凸起部42连成一体。

本实用新型安装时，首先，将柔性连接件3卡放在输出连接件2的第二连接凸块21和输入连接件4的第一连接凸块41之间，组成柔性联轴器；

其次，将安装好的柔性联轴器的输出端与主减速器1的输入轴11连接；

最后，将柔性联轴器的输入端通过螺钉与法兰连接盘51连接。

在涡轮轴发动机5出现故障或损坏需要进行更换或维修时，可以直接拆卸柔性联轴器，使柔性联轴器的输入连接件4和输出连接件2分离，即可实现涡轮轴发动机的快速拆卸。

实施例2

本实施例中，输出连接件的输出端与主减速器的输入轴之间为法兰连接。其具体结构为：主减速器的输入轴的端部同轴加工有第一法兰，在输出连接件的输出端加工有与第一法兰匹配的第二法兰，第一法兰和第二法兰上加工有位置和数量对应的若干安装孔。安装时，将第一法兰和第二法兰上的安装孔位置对正，通过同时穿过第一法兰和第二法兰上的安装孔的螺栓旋紧螺母后，使主减速器的输入轴与输出连接件的输出端之间形成连接固定并传递转矩。

除此之外，本实施例的其余结构与实施例1相同。

实施例3

作为优选：输出连接件的输出端与主减速器的输入轴之间为销轴连接。其具体结构为：在主减速器的输入轴的端部上加工径向贯通的第一安装孔，在输出连接件的输出端加工与主减速器的输入轴的端部外壁配合的圆孔，在圆孔所在的输出连接件的输出端部分开设与径向贯通输出连接件的输出端的周向侧壁的第二安装孔，并使第二安装孔与第一安装孔的孔径相同。安装时，将主减速器的输入轴的端部插入输出连接件的输出端的圆孔中，并使第一、第二安装孔的位置对正，然后将与第一、第二安装孔匹配的销轴插入第一、第二安装孔后，并使销轴带孔的一端伸出，最后在销轴的孔内插入开口销对销轴进行限位(防止销轴脱出)，使主减速器的输入轴与输出连接件的输出端之间形成连接固定并传递转矩。

除此之外，本实施例的其余结构与实施例1相同。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：包括一个主减速器(1)和两台涡轮轴发动机(5)，所述主减速器(1)包括两根输入轴(11)和一根输出轴(12)，两根输入轴(11)均与所述输出轴(12)传动连接，且两根输入轴(11)同时转动带动所述输出轴(12)转动，所述主减速器(1)的两根输入轴(11)通过两个柔性联轴器分别与两台涡轮轴发动机(5)的动力输出端连接。

2.根据权利要求1所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述柔性联轴器由输出连接件(2)、柔性连接件(3)和输入连接件(4)同轴组装而成；

所述输入连接件(4)的一端为与所述涡轮轴发动机(5)的动力输出端连接的输入端，所述输入连接件(4)的另一端为用于连接所述输出连接件(2)的第一配合端，所述输出连接件(2)的一端为用于连接所述输入连接件(4)的第二配合端，所述输出连接件(2)的另一端为与所述主减速器(1)的输入轴(11)连接的输出端；

所述柔性连接件(3)由圆环体(31)以及设置在所述圆环体(31)的圆周外壁上且沿所述圆环体(31)的周向均布的呈圆形或者椭圆形的四个柔性卡件(32)组成；

所述第一配合端的端面上设置有两个径向对称的第一连接凸块(41)，所述第一连接凸块(41)具有两个分别与所述圆环体(31)上两个相邻的柔性卡件(32)的弧形侧壁配合的弧形凹面，且所述第一连接凸块(41)的两个弧形凹面沿所述输入连接件(4)的径向对称；

所述第二配合端的端面上设置有两个径向对称的第二连接凸块(21)，所述第二连接凸块(21)和第一连接凸块(41)的形状大小相同；

所述输入连接件(4)、柔性连接件(3)和输出连接件(2)相互配合组装在一起时，两个所述第一连接凸块(41)与两个所述第二连接凸块(21)相互交错，形成与四个柔性卡件(32)匹配的四个卡槽，所述柔性连接件(3)位于所述输出连接件(2)和所述输入连接件(4)之间，且四个柔性卡件(32)配合嵌设于所述第一连接凸块(41)和第二连接凸块(21)之间的四个卡槽内。

3.根据权利要求2所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述输入连接件(4)、柔性连接件(3)和输出连接件(2)相互配合组装在一起时，所述第一连接凸块(41)与所述输出连接件(2)的第二配合端的端面之间具有第一间隙(46)，所述第二连接凸块(21)与所述输入连接件(4)的第一配合端的端面之间具有第二间隙(22)。

4.根据权利要求3所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述柔性卡件(32)的弧形侧壁与其两端面的相接处做倒角处理，且两处倒角在轴向上的加工距离均大于所述第一间隙(46)和所述第二间隙(22)。

5.根据权利要求4所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述涡轮轴发动机(5)的动力输出端具有法兰连接盘(51)，所述法兰连接盘(51)上开设有沿其周向分布的多个通孔，所述输入连接件(4)的输入端设置有与所述法兰连接盘(51)上的通孔数量及位置对应的螺纹孔(43)，所述法兰连接盘(51)通过穿过所述通孔旋入所述螺纹孔(43)内的螺钉与所述输入连接件(4)连接。

6.根据权利要求5所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述输入连接件(4)的输入端的端面上一体设置有与所述法兰连接盘(51)的通孔数量及位置对应的凸起部(42)，所述螺纹孔(43)设置在所述凸起部(42)上。

7.根据权利要求6所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述输入连接件(4)的输入端的中部一体设置有圆形凸环(44)，所述圆形凸环(44)的外壁与所述输入连接件(4)的输入端的端面之间还加工有加强筋(45)，且所述加强筋(45)与所有凸起部(42)连成一体。

8.根据权利要求6所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述涡轮轴发动机(5)的动力输出端的法兰连接盘(51)上的通孔为两个，所述凸起部(42)为与通孔对应的两个，两个所述凸起部(42)的形状大小相同且沿所述输入连接件(4)的径向对称设置，两个所述凸起部(42)和两个所述第一连接凸块(41)在所述输入连接件(4)周向上的位置相互错开。

9.根据权利要求2至8中任意一项所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：所述输出连接件(2)的输出端与所述主减速器(1)的输入轴(11)之间为键连接、法兰连接或者销轴连接。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的便于维护的双发涡轮轴无人直升机动力系统，其特征在于：两台所述涡轮轴发动机(5)并排设置，且两台涡轮发动机的进气口朝向同一方向。