无人直升机双余度涡轮轴动力系统 |
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| 申请号 | CN201710187684.4 | 申请日 | 2017-03-27 | 公开(公告)号 | CN106864756A | 公开(公告)日 | 2017-06-20 |
| 申请人 | 必扬星环(北京)航空科技有限公司; | 发明人 | 田松; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种无人 直升机 双余度 涡轮 轴动 力 系统，包括两台涡轮轴 发动机 以及与涡轮轴发动机数量对应的 超越 离合器 ，所述超越离合器包括 外圈 和 内圈 ，所述涡轮轴发动机的动力 输出轴 与所述超越离合器的外圈可拆卸连接，所述涡轮轴发动机的排气口与所述涡轮轴发动机的动力输出轴垂直，两台涡轮轴发动机并排设置，且两台涡轮轴发动机的排气口分别朝向两侧。本发明体积小，重量轻，输出功率高，结构简单，运行稳定，振动和噪声都小于采用 活塞 发动机的动力系统。本发明还能够在单发故障或失效后，提供足够动力输出，保证无人直升机安全降落，提高无人直升机动力系统的可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无人直升机双余度涡轮轴动力系统，其特征在于：包括两台涡轮轴发动机(5)以及与涡轮轴发动机(5)数量对应的超越离合器(1)，所述超越离合器(1)包括外圈和内圈，所述涡轮轴发动机(5)的动力输出轴与所述超越离合器(1)的外圈可拆卸连接，所述涡轮轴发动机(5)的排气口(51)与所述涡轮轴发动机(5)的动力输出轴垂直，两台涡轮轴发动机(5)并排设置，且两台涡轮轴发动机(5)的排气口(51)分别朝向两侧。 |
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| 说明书全文 | 无人直升机双余度涡轮轴动力系统技术领域[0001] 本发明涉及无人直升机领域，尤其涉及一种无人直升机双余度涡轮轴动力系统。 背景技术[0002] 现有大中型无人直升机普遍采用单台燃油活塞式发动机驱动。活塞式发动机体积重量大，运行噪声大，在无人直升机内部还需配备冷却系统才能保证长时间稳定运行，占用了大量宝贵的机舱空间和有效载荷重量。此类发动机结构复杂，零部件数量众多，活塞气缸驱动曲轴转动的基本动力结构不但重量大，零件高频往复运动，振动剧烈，日常维护保养繁琐复杂，对燃油质量要求高，而且易出现积碳漏气抱缸等故障，可靠性不高。而且现有的无人直升机是以单台发动机为主。若机载发动机在飞行中出现故障，极易导致无人直升机失控，甚至会造成无人直升机坠毁，危及地面人员与财产安全。 发明内容[0003] 针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种无人直升机双余度涡轮轴动力系统，其体积小，重量轻，输出功率高，结构简单，运行稳定，振动和噪声都小于采用活塞发动机的动力系统。本发明还能够在单发故障或失效后，提供足够动力输出，保证无人直升机安全降落，提高无人直升机动力系统的可靠性。 [0004] 本发明的技术方案是：一种无人直升机双余度涡轮轴动力系统，包括两台涡轮轴发动机以及与涡轮轴发动机数量对应的超越离合器，所述超越离合器包括外圈和内圈，所述涡轮轴发动机的动力输出轴与所述超越离合器的外圈可拆卸连接，所述涡轮轴发动机的排气口与所述涡轮轴发动机的动力输出轴垂直，两台涡轮轴发动机并排设置，且两台涡轮轴发动机的排气口分别朝向两侧。 [0005] 作为优选：所述涡轮轴发动机的动力输出轴与所述超越离合器之间通过柔性联轴器连接，所述柔性联轴器具有与所述涡轮轴发动机的动力输出轴连接的输入端以及与所述超越离合器的外圈连接的输出端。 [0006] 作为优选：所述涡轮轴发动机的动力输出轴的输出端部具有法兰连接盘，所述法兰连接盘上开设有沿其周向分布的多个通孔，所述柔性联轴器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柔性联轴器的输入端连接。 [0007] 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； [0008] 所述输入连接件的一端为输入端，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输出端； [0009] 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； [0010] 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； [0011] 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； [0012] 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。 [0013] 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。 [0015] 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，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。 [0016] 作为优选：所述柔性联轴器的输出端与所述超越离合器的外圈之间为键连接。 [0017] 作为优选：所述柔性联轴器的输出端与所述超越离合器的外圈之间为法兰连接。 [0018] 作为优选：所述柔性联轴器的输出端与所述超越离合器的外圈之间为销轴连接。 [0019] 本发明的有益效果是：本发明采用涡轮轴发动机作为输出动力，具有体积小，重量轻，输出功率高，结构简单，运行平稳，振动和噪声都小于活塞发动机的优点，本发明无需额外配备冷却系统，进一步减轻了整个动力系统的重量，提高了动力系统的工作效率。本发明的动力系统采用两台涡轮轴发动机，提高输出功率，增大有效载荷重量和续航时间。两台涡轮轴发动机互为备份，当其中一台涡轮轴发动机发生故障或失效后，另一台涡轮轴发动机可以提供足够动力输出，保证无人直升机安全降落，提高无人直升机动力系统的可靠性。在涡轮轴发动机的动力输出通道中加入超越离合器可以协调两台涡轮轴发动机的功率输出，提高动力系统的输出稳定性。超越离合器可在涡轮轴发动机的输出转速小于减速器的输入轴转速时切断动力输出，避免两台涡轮轴发动机转速不同造成低速转动的涡轮轴发动机吸收高速转动的涡轮轴发动机输出功率，降低动力系统整体输出功率。 [0020] 柔性联轴器内的柔性连接件在保证可靠传动的同时能够减小动力系统的机械振动，降低共振风险。柔性联轴器的结构可以实现涡轮轴发动机的快速模块化拆装，方便无人直升机的日常维护和涡轮轴发动机的拆卸更换。附图说明 [0021] 为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。 [0022] 图1是本发明实施例1的结构示意图； [0023] 图2是本发明实施例1的爆炸图； [0024] 图3是本发明实施例1中柔性联轴器的爆炸图； [0025] 图4是本发明实施例1中柔性联轴器未安装柔性连接件的结构示意图。 [0026] 图中1-超越离合器；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-排气口；52-法兰连接盘。 具体实施方式[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明所保护的范围。 [0028] 实施例1 [0029] 如图1和图2所示，一种无人直升机双余度涡轮轴动力系统，包括两台涡轮轴发动机5以及分别与两台涡轮轴发动机5连接的两个超越离合器1。 [0030] 涡轮轴发动机5的排气口51与涡轮轴发动机5的动力输出轴垂直，本发明中，将两台涡轮轴发动机5并排设置，且使两台涡轮轴发动机5的排气口51分别朝向两侧，更加利于涡轮轴发动机5在工作中的废气排出，也更利于其与无人直升机的机身的装配。 [0031] 本发明采用两台涡轮轴发动机5作为输出动力，具有体积小，重量轻，输出功率高，结构简单，运行平稳，振动和噪声都小于活塞发动机的优点，增大有效载荷重量和续航时间。 [0032] 由于涡轮轴发动机5热能转化利用率高，产生的热量较小，因此无需额外配备冷却系统，进一步减轻了整个动力系统的重量，提高了动力系统的工作效率。 [0033] 在无人直升机飞行的过程中，两台涡轮轴发动机5互为备份，当其中一台涡轮轴发动机5发生故障或失效后，另一台涡轮轴发动机5可以提供足够动力输出，保证无人直升机安全降落，提高无人直升机动力系统的可靠性。 [0034] 超越离合器1采用现有的超越离合器1结构。本说明书的记载的实施例中，所述超越离合器1均采用单向传动的超越离合器1，其包括外圈和内圈，其中外圈为超越离合器1的主动部分，内圈为超越离合器1的从动部分。 [0035] 涡轮轴发动机5的动力输出轴与超越离合器1的外圈之间为可拆卸连接。在本实施例中，涡轮轴发动机5的动力输出轴与超越离合器1之间通过柔性联轴器实现可拆卸连接。 [0036] 柔性联轴器具有与涡轮轴发动机5的动力输出轴连接的输入端以及与超越离合器1的外圈连接的输出端。 [0037] 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。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。 [0038] 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。 [0039] 输入连接件4的一端为输入端(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的另一端为输出端(即柔性联轴器的输出端)。 [0040] 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。 [0041] 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。 [0042] 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。 [0043] 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。 [0044] 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。 [0045] 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46和第二间隙22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。 [0046] 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。 [0047] 在本实施例中，柔性联轴器的输出端与超越离合器1的外圈之间为键连接。其具体结构为：超越离合器1的外圈的外壁上加工出第一键槽(图中未视)，在柔性联轴器的输出连接件2的输出端设置与超越离合器1的外圈的外壁配合的圆孔(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，将超越离合器1插入输出连接件2的输出端的圆孔中，使超越离合器1的外圈与柔性联轴器的输出连接件2的输出端之间形成周向固定并传递转矩。 [0048] 在本实施例中，如图1和图2所示，涡轮轴发动机5的动力输出轴的输出端部具有法兰连接盘52，法兰连接盘52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52的轴向并贯通法兰连接盘52的两端面。 [0049] 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52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，两个凸起部 42的对称线和两个第一连接凸块41的对称线相互垂直。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52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。 [0050] 两个凸起部42分别加工有与法兰连接盘52上的两个通孔位置对应的螺纹孔43，法兰连接盘52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。 [0051] 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的动力输出轴之间的连接强度，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。 [0052] 本发明安装时，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； [0053] 其次，将安装好的柔性联轴器的输出端与超越离合器1的外圈连接； [0054] 最后，将柔性联轴器的输入端通过螺钉与法兰连接盘52连接。 [0055] 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5的快速拆卸。 [0056] 实施例2 [0057] 本实施例中，柔性联轴器的输出端与超越离合器的外圈之间为法兰连接。其具体结构为：超越离合器的外圈其中一端为连接端，该连接端同轴加工有第一法兰，在柔性联轴器的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，使超越离合器的外圈与柔性联轴器的输出连接件的输出端之间形成连接固定并传递转矩。 [0058] 除此之外，本实施例的其余结构与实施例1相同。 [0059] 实施例3 [0060] 作为优选：柔性联轴器的输出端与超越离合器的外圈之间为销轴连接。其具体结构为：超越离合器的外圈的其中一端为连接端，该连接端同轴加工有连接轴，在连接轴上加工径向贯通的第一安装孔，在柔性联轴器的输出连接件的输出端加工与超越离合器的外圈的外壁配合的圆孔，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，将超越离合器的外圈上的连接轴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)，使超越离合器的外圈与柔性联轴器的输出连接件的输出端之间形成连接固定并传递转矩。 [0061] 除此之外，本实施例的其余结构与实施例1相同。 [0062] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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