CN207826569U - 一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，涉及航空飞行器技术领域，包括发动机、行星排耦合装置、离合装置、电机系统、两挡自动变速器、螺旋桨；其中离合装置包括一号离合器、二号离合器和制动器；电机系统包括一号电机、二号电机、逆变器和电池。本实用新型具有更好的与现有固定翼式飞行器的技术继承性以及燃油经济性、低排放、低噪声等特点，具有发动机单独驱动、双电机驱动、无级变速和联合驱动等多种工作模式，解决了传统固定翼式飞行器模式单一的问题，可以实现特殊飞行任务降噪、减噪功能，易于实现规模产业化。

Description

一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置

技术领域

本实用新型涉及航空飞行器技术领域，特别涉及一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置。

背景技术

固定翼式飞机飞行时每消耗1千克燃油就会排放3千克二氧化碳，而且气体直接在大气层排放，对全球暖化的影响比地面排放更大。因而飞机的电动化和混动化势在必行。飞机机载系统的一个重要发展方向是电动力化，即采用多电系统和全电系统。与此同时，推进系统和动力装置的电动力化也取得重大进展，已经成功用于小型螺旋桨通用飞机、固定翼式飞行器和无人机。电动飞机具有节能环保、高效率、结构简单等诸多优点，将推动通用飞机、无人机实现革命性的发展。然而在固定翼式飞行器领域，单纯依靠电能很难满足其动力性需求；因此混合动力的应用在飞行器领域应运而生。

未来的飞行器不但要满足动力性的需求，还应该有更低的排放和能耗。在固定翼式飞行器领域，混合动力技术的应用有效地解决了传统内燃机较高的燃油消耗率和排放性差等缺点，逐渐被行业所认可。混合动力飞行器其驱动系统有串联、并联和混联三种形式。串联式混合动力系统具有动力总成控制简单等优点，但驱动系统中因存在能量二次转换导致总体效率较低的缺点。并联式混合动力系统具有能量利用率较高的优点，但在低速工况中，发动机的工作效率受到限制。混联式混合动力系统汇集了串联和并联两种构型的双重优势，有最佳的综合性能。尤其混联式混合动力系统实现了电子无级变速功能，发动机实现转速转矩双解耦，最大限度的提高系统的整体性能。

目前，已有的固定翼式混合动力飞机的专利大多结构简单，功能和模式单一。如中国专利公布号CN106314809A，公布日2017-01-11，公开了一种固定翼式混合动力飞机，该系统采用串联构型，结构简单；但该系统采用模式单一，能量需要二次转换，系统综合效率低。并且其螺旋桨只能依靠电机驱动，可靠性差，电机需求功率高。如中国专利公布号CN106184779A，公布日2016-12-07，公开了一种混合动力飞机耦合系统，该系统采用发动机与电机联合驱动，能量利用率较高；但该系统在低速工况中发动机的工作效率受到限制，驱动电机功率需求大，尺寸过大，导致飞机重量增大。本实用新型提出的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置结合了双电机驱动、电子无级变速、发动机与电机联合驱动和发动机单独驱动等多种工作模式，一方面在保证飞行器可以实现传统发动机驱动的同时，增加多种工作模式，进一步改善系统的经济性、动力性和排放性；另一方面有效地降低固定翼式飞行器工作噪声，实现特殊飞行任务降噪、减噪功能；除此之外，还可以实现双电机驱动、双电机制动能量回收和发动机驱动并发电等模式，进一步改善系统的燃油经济性。

发明内容

本实用新型是为克服传统固定翼式飞行器模式单一、续航里程短、经济性能和排放性能较差等问题，并有效地降低固定翼式飞行器飞行噪声，提供了一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的，结合附图：所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，包括发动机1、动力输入轴3、动力输出轴21和螺旋桨24，其特征在于，所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置还包括行星排耦合装置Ⅰ、两挡自动变速器Ⅱ、离合装置和电机系统；其中，所述的两挡自动变速器Ⅱ包括一级主动齿轮13、一级从动齿轮14、二级主动齿轮15、二级从动齿轮16、变速器副轴17、接合套18、花键毂19和变速器壳体20；离合装置包括一号离合器9、二号离合器10和制动器12；电机系统包括一号电机4、二号电机11、逆变器22和电池23；行星排耦合装置Ⅰ通过行星排太阳轮5套装在动力输入轴3上为转动连接；两挡自动变速器Ⅱ通过轴承套装在动力输出轴21上；一级主动齿轮13与二号电机11的转子通过花键或其他形式连接并共同旋转，一级主动齿轮13左端为接合齿圈结构；二级从动齿轮16通过轴承支撑在动力输出轴21的光轴部分，二级从动齿轮16右端为接合齿圈结构；变速器副轴17与一级从动齿轮14和二级主动齿轮15为一体结构；一号电机4的壳体固定在飞行器机身25上，一号电机4的转子套装在动力输入轴3的右端，与行星排太阳轮5通过花键或其他形式连接并共同旋转；二号电机11的壳体固定在飞行器机身25上，二号电机11的转子套装在动力输出轴21的右端。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，行星排耦合装置Ⅰ、动力输入轴3、一号电机4、一号离合器9、二号离合器10、二号电机11、制动器12与动力输出轴21的回转轴线共线。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，行星排耦合装置Ⅰ包括行星排太阳轮5、行星排行星轮6、行星排行星架7、行星排齿圈8；所述的行星排太阳轮5、行星排行星轮6、行星排齿圈8依次啮合，行星排行星架7与行星排行星轮6为转动连接；行星排齿圈8右端轴伸部分与动力输出轴21左端通过花键或其他形式连接并共同旋转。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，一级主动齿轮13与二级从动齿轮16为空心圆柱齿轮结构，一级主动齿轮13与一级从动齿轮14常啮合，二级主动齿轮15与二级从动齿轮16常啮合，变速器副轴17通过轴承支撑在变速器壳体20的通孔内；接合套18为空心圆环结构，空心处开有内齿结构，用于与接合齿圈和花键毂19啮合；花键毂19为空心圆环结构，空心处开有内花键，通过花键副与动力输出轴21连接并共同旋转，外圆开有外齿结构，用于与接合套18啮合；变速器壳体20固定在飞行器机身25上。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，一级主动齿轮13、二级从动齿轮16、接合套18、花键毂19和动力输出轴21的回转轴线共线。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，两挡自动变速器Ⅱ实现两挡变速，分别为低速挡和直接挡；其中，低速挡经过两级齿轮副减速作用；直接挡未经减速作用，挡位速比为1；当接合套18位于中间位置，实现空挡。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，一号离合器9的主动部分与动力输入轴3固定连接，一号离合器9的从动部分固连在行星排行星架7的右端，与行星排行星架7共同旋转；二号离合器10的主动部分与动力输出轴21左端通过花键或其他形式连接并共同旋转，二号离合器10的从动部分与一号离合器9的主动部分为一体结构；制动器12的主动部分与动力输入轴3通过花键或其他形式连接并共同旋转，从动部分固定在飞行器机身25上。

根据本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其中，一号电机4为永磁同步电机，用于在不同工况下解耦发动机1和螺旋桨24之间的转速，使发动机1的转速独立于螺旋桨24的转速，配合二号电机11对发动机1和螺旋桨24之间的转矩解耦，保证发动机1工作于高效区域，以提高燃油经济性；二号电机11为永磁同步电机，二号电机11具有高转矩输出特性，把发动机1的转矩输出从工况需求转矩中解耦出来，解除发动机1与动力输出轴21之间因为机械连接而引起的工况需求扭矩对发动机1转矩的限制；逆变器22按照一号电机4和二号电机11的电压等级选择；一号电机4的三个接头分别通过电缆线与逆变器22的三个交流电输入/输出接头连接，逆变器22的正负极接头采用电缆线与电池23的正负极连接，二号电机11的三个接头分别通过电缆线与逆变器22的另外三个交流电输入/输出接头连接。

本实用新型提供的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，包括发动机单独驱动、双电机驱动、电子无级变速、发动机驱动并发电、发动机与电机联合驱动和双电机制动能量回收等六种主要工作模式。

本实用新型与现有技术相比，有益效果如下：

1.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置通过接合一号离合器和制动器，并将两挡自动变速器挂入挡位，实现双电机驱动，在特定运行工况下，实现飞行器低噪声，提高系统燃油经济性，同时减少有害气体排放量，减少对环境的污染。

2.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置通过接合一号离合器，并将两挡自动变速器挂入挡位，可以实现电子无级变速，在低速区综合效率高，并且保证发动机工作在最佳燃油经济区，提高续航里程。

3.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置通过接合二号离合器，并将两挡自动变速器挂入挡位，可以实现发动机与电机联合驱动、发动机单独驱动和发动机驱动并发电模式，根据固定翼式飞行器功率需求和电池荷电状态实现发动机与电机联合驱动、发动机单独驱动和发动机驱动并发电模式的切换。

4.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置通过接合一号制动器，并将两挡自动变速器挂入挡位，可以实现双电机制动能量回收，明显提高系统燃油经济性，提高续航里程。

5.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置可以选用较小功率的发动机来满足固定翼式飞行器的正常飞行要求，减少有害气体排放量，减少对环境的污染。

6.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置可以在特定工况下，实现双电机驱动和发动机单独驱动，改善动力源及相关系统的故障容错性，提高固定翼式飞行器飞行安全性和机动性。

7.本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置应用范围广，适用于固定翼式飞行器，包括民航飞机、军用飞机、无人机等固定翼式飞行器领域。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置的结构原理图；

图2为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置发动机单独驱动下的结构原理图；

图3为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在双电机驱动低速挡下的结构原理图；

图4为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在双电机驱动直接挡下的结构原理图；

图5为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在电子无级变速低速挡下的结构原理图；

图6为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在电子无级变速直接挡下的结构原理图；

图7为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在发动机驱动并发电模式低速挡下的结构原理图；

图8为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在发动机驱动并发电模式直接挡下的结构原理图；

图9为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在发动机与电机联合驱动低速挡下的结构原理图；

图10为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在发动机与电机联合驱动直接挡下的结构原理图；

图11为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在双电机制动能量回收低速挡下的结构原理图；

图12为本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置在双电机制动能量回收直接挡下的结构原理图；

图中：1.发动机，2.扭转减振器，3.动力输入轴，4.一号电机，5.行星排太阳轮，6.行星排行星轮，7.行星排行星架，8.行星排齿圈，9.一号离合器，10.二号离合器，11.二号电机，12.制动器，13.一级主动齿轮，14.一级从动齿轮，15.二级主动齿轮，16.二级从动齿轮，17.变速器副轴，18.接合套，19.花键毂，20.变速器壳体，21.动力输出轴，22.逆变器，23.电池，24.螺旋桨，25.飞行器机身，Ⅰ.行星排耦合装置，Ⅱ.两挡自动变速器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1、图2，本实用新型提供了一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置主要包括发动机、行星排耦合装置、离合装置、电机系统、两挡自动变速器、动力输入轴、动力输出轴和螺旋桨，其中行星排耦合装置包括行星排太阳轮、行星排行星轮、行星排行星架和行星排齿圈；离合装置包括一号离合器、二号离合器、制动器；电机系统包括一号电机、二号电机、逆变器、电池；两挡自动变速器包括变速器壳体、一级主动齿轮、一级从动齿轮、二级主动齿轮、二级从动齿轮、变速器副轴、接合套和花键毂。

参阅图1，所述的行星排耦合装置Ⅰ包括有动力输入轴3、行星排太阳轮5、行星排行星轮6、行星排行星架7、行星排齿圈8。

参阅图1，所述的动力输入轴3为阶梯轴结构，左端开有外花键用于传递来自发动机1经过扭转减振器2的动力，右端通过花键或其他形式将动力传递给一号离合器9和二号离合器10；所述的行星排太阳轮5为圆柱齿轮结构；所述的行星排行星轮6为圆柱齿轮结构；所述的行星排行星架7为圆环结构，与一号离合器9的从动部分为一体结构；所述的行星排齿圈8为圆柱内齿轮结构，右端轴伸部分与动力输出轴21通过花键或其他形式连接并共同旋转。

参阅图1，动力输入轴3左端通过轴承支撑在扭转减振器2的输出端，右端通过轴承支撑在一号离合器9凹槽内；行星排太阳轮5通过轴承支撑在动力输入轴3的光轴部分，与行星排行星轮6常啮合；行星排行星轮6分别与行星排太阳轮5和行星排齿圈8常啮合；行星排行星架7通过销轴与行星排行星轮6连接，并绕行星排太阳轮5公转。

参阅图1，所述的离合装置包括一号离合器9、二号离合器10、制动器12。

参阅图1，所述的一号离合器9和二号离合器10集成在行星排耦合装置Ⅰ内；所述的一号离合器9为多片式摩擦离合器，其主动部分与动力输入轴3固定连接，从动部分与行星排行星架7固连在一起，通过摩擦作用来接合一号离合器9；二号离合器10为多片式摩擦离合器，其主动部分与动力输出轴21通过花键或其他形式连接并共同旋转，从动部分与一号离合器9的主动部分为一体结构，通过摩擦作用来接合二号离合器10；所述的制动器12为多片式摩擦制动器，其主动部分与动力输入轴3通过花键或其他形式连接并共同旋转，从动部分固定在飞行器机身25上，通过摩擦作用来接合制动器12。

参阅图1、图3，所述的电机系统包括一号电机4、二号电机11、逆变器22、电池23。

参阅图1、图3，所述的一号电机4为永磁同步电机，一号电机4的壳体固定在飞行器机身25上，电机输出轴为空心轴，通过轴承支撑在动力输入轴3的光轴部分，电机转子与行星排太阳轮5通过花键或其他形式连接并共同旋转；所述的一号电机4用于在不同工况下解耦发动机1和螺旋桨24之间的转速，使发动机1的转速独立于螺旋桨24的转速，配合二号电机11对发动机1和螺旋桨24之间的转矩解耦，可以保证发动机1工作于高效区域，以提高燃油经济性。所述的二号电机11为永磁同步电机，二号电机11的壳体固定在飞行器机身25上，电机输出轴通过轴承支撑在变速器壳体20的通孔内，电机转子与一级主动齿轮13通过花键或其他形式连接并共同旋转；二号电机11具有高转矩输出特性可以增加螺旋桨24上来自于发动机1的转矩以满足工况转矩需求，即把发动机1的转矩输出从工况需求转矩中解耦出来，解除了发动机1与动力输出轴21之间因为机械连接而引起的工况需求扭矩对发动机1转矩的限制。

参阅图1、图3，所述的逆变器22按照一号电机4和二号电机11的电压等级选择。所述的一号电机4的三个接头分别通过电缆线与逆变器22的三个交流电输入/输出接头x、y、z连接，逆变器22的正负极接头采用电缆线与电池23的正负极连接，二号电机11的三个接头分别通过电缆线与逆变器22的另外三个交流电输入/输出接头x’、y’、z’连接。

参阅图1，所述的两挡自动变速器Ⅱ包括有一级主动齿轮13、一级从动齿轮14、二级主动齿轮15、二级从动齿轮16、变速器副轴17、接合套18、花键毂19和变速器壳体20；所述的两挡自动变速器Ⅱ可以实现两挡变速，分别为低速挡和直接挡；其中，低速挡经过两级减速增扭作用，直接挡速比为1。

参阅图1，所述的一级主动齿轮13与二级从动齿轮16均为空心圆柱齿轮结构，一级主动齿轮13左端为接合齿圈结构，二级从动齿轮16右端为接合齿圈结构；一级从动齿轮14与二级主动齿轮15均为圆柱齿轮结构；变速器副轴17为阶梯轴结构，与一级从动齿轮14与二级主动齿轮15为一体结构；接合套18为空心圆环结构，空心处开有内齿结构，用于与接合齿圈和花键毂19啮合；花键毂19为空心圆环结构，空心处开有内花键，通过花键副与动力输出轴21连接并共同旋转，外圆开有外齿结构，用于与接合套18啮合；变速器壳体20为壳形结构，延动力输出轴21和变速器副轴17中心轴线方向开有通孔。

参阅图1，所述的一级主动齿轮13与二号电机11的转子通过花键或其他形式连接并共同旋转，二级从动齿轮16通过轴承支撑在动力输出轴21的光轴部分；一级主动齿轮13与一级从动齿轮14常啮合，二级主动齿轮15与二级从动齿轮16常啮合；变速器副轴17通过轴承支撑在变速器壳体20的通孔内；变速器壳体20固定在飞行器机身25上。

参阅图1，通过控制器控制接合套18左右滑动；当接合套18滑动至左侧挡位，即低速挡时，二级从动齿轮16右端接合齿圈与花键毂19固定连接并共同旋转，二号电机11的输出转矩分别经过一级齿轮副、二级齿轮副等两级减速增扭后，输出到动力输出轴21；当接合套18滑动至右侧挡位，即直接挡时，一级主动齿轮13左端接合齿圈与花键毂19固定连接并共同旋转，二号电机11的输出转矩直接输出到动力输出轴21，此时一级齿轮副、二级齿轮副呈空转状态；当接合套18滑动至中间挡位，即空挡时，切断二号电机11与动力输出轴21之间的动力传递。

工作原理与工作模式划分

参阅图1，所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置有3个动力输入，分别是发动机1、一号电机4和二号电机11；发动机的动力通过动力输入轴3输入，一号电机4的动力通过行星排太阳轮5输入，二号电机11的动力通过一级主动齿轮13输入。

本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置的工作模式与能量来源如表1所示：

表1.工作模式与能量来源

本实用新型所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置的离合器、制动器的接合状态如表2所示：

表2.离合器与制动器状态

其中，○代表接合，×代表分离。

具体工作原理与主要工作模式划分为：

1、发动机单独驱动

参阅图1、图2，该发动机单独驱动模式下，混合动力飞行器与传统内燃机飞行器工作模式相同。发动机单独驱动主要用于电池电量不足、电系统故障等飞行工况；发动机1处于工作状态，离合器控制器控制二号离合器10接合，一号电机4和二号电机11不工作；在发动机单独驱动下，发动机1输出动力由动力输入轴3输入，经过二号离合器10，输出到动力输出轴20进而驱动螺旋桨；此时一号离合器9和制动器12处于分离状态；发动机单独驱动可以使得系统得到较高的系统综合效率，并防止能量发生二次转换。当固定翼式飞行器电系统发生故障或者电池电量低于最小电量阈值时，发动机单独驱动可以保证飞行器按照传统模式飞行和安全着陆。

2、双电机驱动

参阅图1、图3、图4，双电机驱动主要用于低噪声飞行、发动机系统故障和燃料不足等飞行工况。在双电机驱动模式下，发动机1处于关机状态，一号电机4电动，二号电机11电动，一号离合器9和制动器12接合；在双电机驱动下，一号电机4动力由行星排太阳轮5输入，经过行星排耦合系统Ⅰ后输出到动力输出轴21；二号电机11动力由一级主动齿轮13输入，经过两挡自动变速器Ⅱ后，输出到动力输出轴21；二者转矩在动力输出轴21处叠加驱动螺旋桨24；当飞行器发动机系统不能正常工作时，例如发动机1发生故障或者燃料不足的情况下，双电机驱动可以保证固定翼式飞行器在纯电动下短时飞行和安全着陆。

参阅图3、图4，双电机驱动分为低速挡和直接挡，飞行器通过中心控制器采集螺旋桨转速和需求转矩，然后发送命令给变速器控制器，变速器控制器控制接合套18对两挡自动变速器Ⅱ进行换挡动作；其中，低速挡适用于低转速大扭矩工况，直接挡适用于高转速小扭矩工况。

参阅图1、图3、图4，针对大型客机、军用飞机等飞行需求功率较高的飞行器，优选双电机驱动来保证电机输出功率满足需求功率；而针对无人机等小型飞行器，飞行需求功率小，可以根据需要选择一号电机单独驱动或二号电机单独驱动。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况做出相应的变动和不同选择。

3、电子无级变速

参阅图1、图5、图6，电子无级变速主要用于常速飞行、巡航等常用飞行工况；在电子无级变速模式下，发动机1处于工作状态，一号电机4处于发电状态，二号电机11处于电动状态；一号离合器9接合，二号离合器10和制动器12分离；在电子无级变速下，发动机1的输出功率分为两部分，一部分经过行星排齿圈8，输出到动力输出轴21；另一部分经过行星排太阳轮5，输出到一号电机4。一号电机4处于发电状态，将发动机1传递的机械能转换为电能，电能通过电路径传递给二号电机11和电池23。二号电机11处于电动状态，将一号电机4和电池23传递的电能转换为机械能，通过一级主动齿轮13输入，经过两挡自动变速器Ⅱ挡位后，最终输出到动力输出轴21；发动机1和二号电机11输出的机械能在动力输出轴21处叠加耦合，最终输出到螺旋桨24。

参阅图5、图6，电子无级变速分为低速挡和直接挡，飞行器通过中心控制器采集螺旋桨转速和需求转矩，然后发送命令给变速器控制器，变速器控制器控制接合套18对两挡自动变速器Ⅱ进行换挡动作；其中，低速挡适用于低转速大扭矩工况，直接挡适用于高转速小扭矩工况。

4、发动机驱动并发电

参阅图1、图7、图8，发动机驱动并发电模式主要用于高速飞行、电池馈电等飞行工况。在发动机驱动并发电模式下，发动机1处于工作状态，离合器控制器控制二号离合器10接合，一号电机4不工作，二号电机11发电，经过电缆线和逆变器22给电池23充电，一号离合器9和制动器12分离；在发动机驱动并发电模式下，发动机1输出动力由动力输入轴3输入，一部分经过动力输出轴21直接输出驱动螺旋桨24；另一部分经过两挡自动变速器Ⅱ挡位后，通过二号电机11将机械能转化为电能，储存到电池23中；当固定翼式飞行器电系统发生故障或电池馈电等情况时，发动机驱动并发电模式可以保证飞行器按照传统模式飞行并充电，该模式适用于飞行需求功率较小的飞行工况。

参阅图7、图8，发动机驱动并发电模式分为低速挡和直接挡，飞行器通过中心控制器采集螺旋桨转速和需求转矩，然后发送命令给变速器控制器，变速器控制器控制接合套18对两挡自动变速器Ⅱ进行换挡动作，使电机工作点处于高效率区。

5、发动机与电机联合驱动

参阅图1、图9、图10，发动机与电机联合驱动主要用于加速起飞、爬升、加速飞行等大功率飞行工况。在发动机与电机联合驱动模式下，发动机1处于工作状态，离合器控制器控制二号离合器10接合，一号电机4不工作，二号电机11电动，一号离合器9和制动器12分离；在发动机与电机联合驱动下，发动机1输出动力由动力输入轴3输入，经过二号离合器10传递到动力输出轴21；电池23为二号电机11提供电能，二者功率在动力输出轴21处耦合；当固定翼式飞行器电系统电池电量充足时，发动机与电机联合驱动可以满足固定翼式飞行器起飞、爬升、加速飞行、降落等大功率飞行工况。

参阅图9、图10，发动机与电机联合驱动分为低速挡和直接挡，飞行器通过中心控制器采集螺旋桨转速和需求转矩，然后发送命令给变速器控制器，变速器控制器控制接合套18对两挡自动变速器Ⅱ进行换挡动作；其中，低速挡适用于低转速大扭矩工况，直接挡适用于高转速小扭矩工况。

6、双电机制动能量回收

参阅图1、图11、图12，双电机制动能量回收主要用于滑跑等地面制动工况。在双电机制动能量模式下，发动机1处于关机状态，一号电机4与二号电机11发电，经过电缆线和逆变器22给电池23充电，一号离合器9和制动器12接合；在双电机制动能量回收下，动力由螺旋桨24输入，一部分经过两挡自动变速器Ⅱ后，输出到二号电机11用于发电，另一部分经过行星排耦合装置Ⅰ，输出到一号电机4用于发电。

在滑跑等地面制动工况下，控制器对制动强度、荷电状态、转速信息等因素进行计算、判断和仲裁。如果固定翼式飞行器制动需求转矩大于电机系统所能提供的最大制动转矩时，制动力中的一部分由电机系统提供，将机械能转化成电能，并将其储存在电池中，制动力中的另一部分由扰流板和减速板等减速装置提供。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在上述说明的基础上对工作模式做出多种其他组合、变型。这里不再对所有实施组合予以穷举。而由此引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，包括发动机(1)、动力输入轴(3)、动力输出轴(21)和螺旋桨(24)，其特征在于，所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置还包括行星排耦合装置(Ⅰ)、两挡自动变速器(Ⅱ)、离合装置和电机系统；其中，所述的两挡自动变速器(Ⅱ)包括一级主动齿轮(13)、一级从动齿轮(14)、二级主动齿轮(15)、二级从动齿轮(16)、变速器副轴(17)、接合套(18)、花键毂(19)和变速器壳体(20)；离合装置包括一号离合器(9)、二号离合器(10)和制动器(12)；电机系统包括一号电机(4)、二号电机(11)、逆变器(22)和电池(23)；

所述的行星排耦合装置(Ⅰ)通过行星排太阳轮(5)套装在动力输入轴(3)上为转动连接；两挡自动变速器(Ⅱ)通过轴承套装在动力输出轴(21)上；一级主动齿轮(13)与二号电机(11)的转子通过花键或其他形式连接并共同旋转，一级主动齿轮(13)左端为接合齿圈结构；二级从动齿轮(16)通过轴承支撑在动力输出轴(21)的光轴部分，二级从动齿轮(16)右端为接合齿圈结构；变速器副轴(17)与一级从动齿轮(14)和二级主动齿轮(15)为一体结构；一号电机(4)的壳体固定在飞行器机身(25)上，一号电机(4)的转子套装在动力输入轴(3)的右端，与行星排太阳轮(5)通过花键或其他形式连接并共同旋转；二号电机(11)的壳体固定在飞行器机身(25)上，二号电机(11)的转子套装在动力输出轴(21)的右端。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的行星排耦合装置(Ⅰ)、动力输入轴(3)、一号电机(4)、一号离合器(9)、二号离合器(10)、二号电机(11)、制动器(12)与动力输出轴(21)的回转轴线共线。

3.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的行星排耦合装置(Ⅰ)包括行星排太阳轮(5)、行星排行星轮(6)、行星排行星架(7)、行星排齿圈(8)；所述的行星排太阳轮(5)、行星排行星轮(6)、行星排齿圈(8)依次啮合，行星排行星架(7)与行星排行星轮(6)为转动连接；行星排齿圈(8)右端轴伸部分与动力输出轴(21)左端通过花键或其他形式连接并共同旋转。

4.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的一级主动齿轮(13)与二级从动齿轮(16)为空心圆柱齿轮结构，一级主动齿轮(13)与一级从动齿轮(14)常啮合，二级主动齿轮(15)与二级从动齿轮(16)常啮合，变速器副轴(17)通过轴承支撑在变速器壳体(20)的通孔内；接合套(18)为空心圆环结构，空心处开有内齿结构，用于与接合齿圈和花键毂(19)啮合；花键毂(19)为空心圆环结构，空心处开有内花键，通过花键副与动力输出轴(21)连接并共同旋转，外圆开有外齿结构，用于与接合套(18)啮合；变速器壳体(20)固定在飞行器机身(25)上。

5.根据权利要求4所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的一级主动齿轮(13)、二级从动齿轮(16)、接合套(18)、花键毂(19)和动力输出轴(21)的回转轴线共线。

6.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的两挡自动变速器(Ⅱ)实现两挡变速，分别为低速挡和直接挡；其中，低速挡经过两级齿轮副减速作用；直接挡未经减速作用，挡位速比为1；当接合套(18)位于中间位置，实现空挡。

7.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的一号离合器(9)的主动部分与动力输入轴(3)固定连接，一号离合器(9)的从动部分固连在行星排行星架(7)的右端，与行星排行星架(7)共同旋转；二号离合器(10)的主动部分与动力输出轴(21)左端通过花键或其他形式连接并共同旋转，二号离合器(10)的从动部分与一号离合器(9)的主动部分为一体结构；制动器(12)的主动部分与动力输入轴(3)通过花键或其他形式连接并共同旋转，从动部分固定在飞行器机身(25)上。

8.根据权利要求1所述的一种固定翼式混合动力飞行器驱动装置，其特征在于，所述的一号电机(4)为永磁同步电机，用于在不同工况下解耦发动机(1)和螺旋桨(24)之间的转速，使发动机(1)的转速独立于螺旋桨(24)的转速，配合二号电机(11)对发动机(1)和螺旋桨(24)之间的转矩解耦，保证发动机(1)工作于高效区域，以提高燃油经济性；二号电机(11)为永磁同步电机，二号电机(11)具有高转矩输出特性，把发动机(1)的转矩输出从工况需求转矩中解耦出来，解除发动机(1)与动力输出轴(21)之间因为机械连接而引起的工况需求扭矩对发动机(1)转矩的限制；逆变器(22)按照一号电机(4)和二号电机(11)的电压等级选择；一号电机(4)的三个接头分别通过电缆线与逆变器(22)的三个交流电输入/输出接头连接，逆变器(22)的正负极接头采用电缆线与电池(23)的正负极连接，二号电机(11)的三个接头分别通过电缆线与逆变器(22)的另外三个交流电输入/输出接头连接。