PL247978B1 - Układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego z systemem CVT - Google Patents

Abstract

Układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego, składający się z wentylatora kanałowego, mającego postać rurowej dyszy przelotowej, w której zainstalowane są od strony otworu wlotowego, trójramienne stałe łopatki ze stożkowym rdzeniem oraz tylne i przednie śmigła, charakteryzuje się tym, że współosiowo ze stałymi łopatkami zamocowany jest cylindryczny rdzeń (6), stanowiący nieruchomą podporę dla przednich śmigieł (3) oraz tylnych śmigieł (4), które są zamocowane współosiowo na wirnikach (7), przy czym tylne śmigła (4) osadzone są w zintegrowanym pierścieniu (5), o średnicy odpowiadającej średnicy rozpiętości tylnych śmigieł (4), przy czym zintegrowany pierścień (5), jest osadzony w zespole łożyska (8), które stabilizuję obracanie się tylnego śmigła (4) wraz z zintegrowanym pierścieniem (5), przy czym zespół łożyska (8) jest zainstalowany w obudowie wentylatora kanałowego w pobliżu otworu wylotowego, ponadto do cylindrycznego rdzenia (6), przez jedną ze stałych łopatek, doprowadzony jest wał napędowy (10), który przekazuje napęd poprzez bezstopniową skrzynię przekładniową CVT z silnika elektrycznego, zaś wał napędowy (10) połączony jest ze stożkowymi kołami zębatymi (9), osadzonymi w czopie stałych łopatek.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego z systemem CVT (ang. continuous variable transmission), to jest bezstopniowej skrzyni przekładniowej.

Powszechnie znane są rozwiązania związane z układem napędowym bezzałogowych statków powietrznych UAV (UAV - ang. Unnamend Aircraft Vehicle). Dysza o zmiennej powierzchni jest rodzajem dyszy, która składa się z wielu wzdłużnie rozciągających się segmentów, które poruszają się jednocześnie w równych równoległych względem siebie, aby zwiększyć lub zmniejszyć obwód dyszy, a tym samym zwiększyć lub zmniejszyć powierzchnię gardzieli dyszy. Statek powietrzny lub UAV jest wymagany do wykonywania wielu różnych trybów operacyjnych w jednym cyklu lotu. Takie tryby obejmują kołowanie, start, wznoszenie, przelot, utrzymanie w powietrzu i lądowanie, w przypadku których silniki statku powietrznego muszą również spełniać powiązane wymagania dotyczące osiągów.

Znane są różnego typu konstrukcje dwuśmigłowego układu napędowego i każdy z nich ma swoje wady i zalety. System CVT dedykowany jest jako układ przeniesienia napędu do dostosowania wymaganego momentu obrotowego i prędkości do śmigieł.

Znane są różnego typu konstrukcje dwuśmigłowego układu napędowego bezzałogowych statków powietrznych (UAV), jednak większość dotychczasowych rozwiązań nie uwzględnia zastosowania bezstopniowej skrzyni przekładniowej (CVT) do optymalizacji pracy zespołu napędowego.

Z publikacji zgłoszenia wynalazku EP3743331A1 znana jest maszyna latająca z pionowym startem i lądowaniem z układem wentylatora kanałowego złożony z rurowej dyszy, w której znajdują się stałe łopatki, rdzeń oraz współosiowo zamontowane przednie i tylne śmigła. Tylne śmigła są osadzone w pierścieniu, który jest zamontowany w zespole łożyska w pobliżu wylotu kanału. Do napędu wykorzystano silnik elektryczny, a przeniesienie momentu obrotowego na wirniki odbywa się m.in. za pomocą bezstopniowej skrzyni przekładniowej (CVT),

Z publikacji zgłoszenia wynalazku EP3632792A1 znany jest układ napędowy samolotu z wirnikami śmigłowymi, w których zastosowano zoptymalizowane geometrie łopatek oraz konfigurowalne systemy napędowe, służące do poprawy efektywności napędu przy różnych prędkościach i obciążeniach. Wskazano także zastosowanie różnych kształtów i liczby łopatek w zależności od przeznaczenia systemu.

Z kolei z publikacji zgłoszenia wynalazku CN111216885A znane jest rozwiązanie obejmujące tunelowy wentylator ze zintegrowanym mechanizmem przeniesienia napędu poprzez przekładnię, w którym wał napędowy przechodzi przez wspornik lub łopatkę, a moment obrotowy przekazywany jest poprzez koła zębate. Rozwiązanie to ukierunkowane jest na poprawę stabilności i wydajności pracy śmigieł przy jednoczesnym uproszczeniu konstrukcji.

Wynalazek rozwiązuje problem efektywnego przeniesienia napędu w układzie dwuśmigłowym UAV, zapewniającego precyzyjne dostosowanie momentu obrotowego i prędkości obrotowej śmigieł do warunków lotu, przy jednoczesnym zachowaniu stałych parametrów pracy silnika elektrycznego. Celem jest poprawa efektywności energetycznej, zmniejszenie zużycia komponentów napędowych oraz umożliwienie uniwersalnego zastosowania w różnych środowiskach (powietrze, woda), dzięki kompaktowej i szczelnej konstrukcji zespołu napędowego.

Układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego, składający się z wentylatora kanałowego, mającego postać rurowej dyszy przelotowej, w której zainstalowane są od strony otworu wlotowego, trójramienne stałe łopatki ze stożkowym rdzeniem oraz tylne i przednie śmigła, charakteryzuje się tym, że współosiowo ze stałymi łopatkami zamocowany jest cylindryczny rdzeń, stanowiący nieruchomą podporę dla przednich śmigieł oraz tylnych śmigieł, które są zamocowane współosiowo na wirnikach, przy czym tylne śmigła osadzone są w zintegrowanym pierścieniu, o średnicy odpowiadającej średnicy rozpiętości tylnych śmigieł. Zintegrowany pierścień jest osadzony w zespole łożyska, które stabilizuję obracanie się tylnego śmigła wraz z zintegrowanym pierścieniem, przy czym zespół łożyska jest zainstalowany w obudowie wentylatora kanałowego w pobliżu otworu wylotowego, ponadto do cylindrycznego rdzenia, przez jedną ze stałych łopatek, doprowadzony jest wał napędowy, który przekazuje napęd poprzez bezstopniową skrzynię przekładniową CVT z silnika elektrycznego. Wał napędowy połączony jest ze stożkowymi kołami zębatymi, osadzonymi w czopie stałych łopatek.

Układ napędowy UAV, według wynalazku, przedstawia nowatorskie zastosowanie wykorzystanie bezstopniowej skrzyni przekładniowej CVT i sposobu kontrolowania prędkości i momentu obrotowego przez i wykorzystanie obecnej technologii do poprawy wydajności układu napędowego UAV. Wykorzystanie systemy CVT pozwala określić wymagany moment obrotowy i obroty, podczas gdy silnik elektryczny pracuje stale na łych samych parametrach wejściowych. Rozwiązanie, może być zastosowane do różnych silników elektrycznych (dowolnego innego typu obrotowych) o różnych rozmiarach, przy jednoczesnej ochronie silników i urządzeń elektrycznych przed wilgocią i wodą poprzez zamontowanie ich wewnątrz drona. Dlatego możliwe będzie zastosowanie proponowanego rozwiązania do drów latających, a także tych poruszających się w wodzie. Sterowanie systemem CVT i działaniami silnika są zapewniane przez elektroniczne urządzenie obliczeniowe i/lub sterujące, za pośrednictwem kabli elektrycznych, światłowodów lub technologii bezprzewodowej.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia uproszczony schemat połączenia układu napędowego UAV z systemem CVT i napędem, fig. 1b - widok z przodu podwójnego wirnika z napędem pośrednim i systemem CVT w wentylatorze kanałowym, fig. 2 - widok z boku wentylatora kanałowego, fig. 3 - widok z przodu wentylatora kanałowego, fig. 4 - widok perspektywiczny wentylatora kanałowego, fig. 5a - widok perspektywiczny podwójnego wirnika z napędem pośrednim, fig. 5b - widok perspektywiczny podwójnego wirnika, fig. 6 - widok z przodu podwójnego wirnika z napędem pośrednim, fig. 7 - widok z boku podwójnego wirnika, a fig. 8 - przekrój podwójnego wirnika z fig. 7.

Układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego składa się z wentylatora kanałowego 1, mającego postać rurowej dyszy przelotowej, w której zainstalowane są, od strony otworu wlotowego, trójramienne stałe łopatki ze stożkowym rdzeniem 2. Współosiowo ze stałymi łopatkami 2 zamocowany jest cylindryczny rdzeń 6, stanowiący nieruchomą podporę dla przednich śmigieł 3 oraz tylnych śmigieł 4, które są zamocowane współosiowo na wirnikach 7. Dodatkowo, tylne śmigła 4 osadzone są w zintegrowanym pierścieniu 5, o średnicy odpowiadającej średnicy rozpiętości tylnych śmigieł 4. Zintegrowany pierścień 5, jest osadzony w zespole łożyska 8, które stabilizuję obracanie się tylnego śmigła 4 wraz z zintegrowanym pierścieniem 5. Zespół łożyska 8 jest zainstalowany w obudowie wentylatora kanałowego 1, w pobliżu otworu wylotowego. Przednie śmigła 3 są osadzone w odstępie od tylnych śmigieł 4, poprzez część cylindrycznego rdzenia 6. Ponadto, do cylindrycznego rdzenia 6, przez jedną ze stałych łopatek 2, doprowadzony jest wał napędowy 10, który przekazuje napęd poprzez bezstopniową skrzynię przekładniową CVT 11 z silnika elektrycznego 12, przedstawionych schematycznie na fig. 1. Wał napędowy 10, który może się swobodnie obracać wewnątrz łopatki stałej 2, współpracuje ze stożkowymi kołami zębatymi 9, osadzonymi w czopie stałych łopatek 2. Napęd na wirniki 7 przednich i tylnych śmigieł 3, 4, jest bezpośrednio przekazywany przez koła zębate 9, napędzane wałem 10 sterowanym przekładnią CVT 11. Napęd i moc z silnika 12 przekazywane są przez wał 13 do przekładni CVT 11, a następnie kolejnym wałem 14 do układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego.

Wykaz oznaczeń:

1. Wentylator kanałowy,

2. Stałe łopatki ze stożkowym rdzeniem,

3. Przednie śmigła,

4. Tylne śmigła,

5. Zintegrowany pierścień z tylnymi śmigłami,

6. Cylindryczny rdzeń,

7. Wirnik,

8. Zespół łożyska,

9. Proste koła zębate stożkowe,

10. Wał napędowy,

11. CVT (bezstopniowa skrzynia przekładniowa),

12. Silnik.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ napędowy bezzałogowego statku powietrznego, składający się z wentylatora kanałowego, mającego postać rurowej dyszy przelotowej, w której zainstalowane są od strony otworu wlotowego, trójramienne stałe łopatki ze stożkowym rdzeniem oraz tylne i przednie śmigła, znamienny tym, że współosiowo ze stałymi łopatkami (2) zamocowany jest cylindryczny rdzeń (6), stanowiący nieruchomą podporę dla przednich śmigieł (3) oraz tylnych śmigieł (4), które są zamocowane współosiowo na wirnikach (7), przy czym tylne śmigła (4) osadzone są w zintegrowanym pierścieniu (5), o średnicy odpowiadającej średnicy rozpiętości tylnych

   PL 247978 Β1 śmigieł (4), przy czym zintegrowany pierścień (5), jest osadzony w zespole łożyska (8), które stabilizuję obracanie się tylnego śmigła (4) wraz z zintegrowanym pierścieniem (5), przy czym zespół łożyska (8) jest zainstalowany w obudowie wentylatora kanałowego (1) w pobliżu otworu wylotowego, ponadto do cylindrycznego rdzenia (6), przez jedną ze stałych łopatek (2), doprowadzony jest wał napędowy (10), który przekazuje napęd poprzez bezstopniową skrzynię przekładniową CVT (11) z silnika elektrycznego (12), zaś wał napędowy (10) połączony jest ze stożkowymi kołami zębatymi (9), osadzonymi w czopie stałych łopatek (2).