一种倾转旋翼飞机翼内传动结构 |
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| 申请号 | CN201710197611.3 | 申请日 | 2017-03-29 | 公开(公告)号 | CN107097951A | 公开(公告)日 | 2017-08-29 |
| 申请人 | 北京华信智航科技有限公司; | 发明人 | 陈波; 吴琳; 奚卫宁; 樊贺阳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 航天器 动 力 机械领域，提供了一种倾转旋翼飞机翼内传动结构，传动结构分两支，对称设置于 机身 两侧的机翼内部，每支传动结构均包括主体承力传动 框架 、传动单元；主体承力传动框架包括 碳 纤维 横梁、固定框板、 法兰 ；传动单元包括依次连接的T型换向器、T型换向器 输出轴 、 联轴器 子单元、动力输出轴；动力输出轴和法兰通过 轴承 配合并固定；传动单元固定于所述主体承力传动框架中部；在垂直于所述 碳纤维 横梁轴线方向上，传动结构与机翼协同作用；在所述碳纤维横梁轴线方向上，传动结构与机翼互不限制。本发明采用 发动机 中置的方案，在保证机翼内传动的情况下，有效简化机翼结构，减轻机翼重量，提高倾转旋翼 飞行器 的有效商载。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种倾转旋翼飞机翼内传动结构，其特征在于，所述传动结构分两支，对称设置于机身两侧的机翼内部，每支所述传动结构均包括主体承力传动框架、传动单元； |
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| 说明书全文 | 一种倾转旋翼飞机翼内传动结构技术领域背景技术[0003] 倾转旋翼飞行器技术，最早兴起于上世纪5、60年代的美国。目前比较成熟的倾转旋翼飞机，大型的有美国的鱼鹰，中型的鹰眼，小型的有以色列的黑豹等。上述项目均有效提高了在特定环境下的作战效能。上述技术集中在可载人的运输机领域，设计冗余大，可供发挥的设计空间宽裕；而对于大航程航时的中小型无人机，对重量和空间都更加敏感，现有技术过多的冗余设计造成了有效商载的浪费。 [0004] 目前国内在无人机方面的研究处于井喷状态，无人机不同于运输机，技术着力点不同，国内的相关专利，油动的还没有实现倾转相关的，电动的虽然有控制方便等优点，相关专利设计没有直接的缺点，但在电池容量取得突破之前，所制作的飞机无法实现大载重，大航程，无法适应高要求的工作。 [0005] 已有最接近本设计的电动倾转旋翼专利（专利名称：可倾转四旋翼飞行器；专利公开号：103072688A）出现，但由于电动方案没有动力传输，结构简单很多；油动倾转旋翼无人机在大载荷和大航程方面具有颠覆性意义，在这方面国内虽有不少概念机型展示，尚未发现实际制作成功的案例和类似针对具体技术问题的专利方案。 发明内容[0007] 本发明主要解决三个实际工程问题：1、发动机中置的减重提效传动技术。主流的电动多旋翼无人机在电池储能技术取得突破之前无法突破长航程航时和大载重等问题，采用多个油机分别驱动需要解决总重过大，转动惯量引起的效率低下以及螺旋桨转速匹配问题。油机驱动飞机采用本发明方案，可有效解决这类问题； 2、机翼变形与内部可靠传动的问题。机翼在不同载荷下会发生弯扭变形，但方案设计需要在机翼内部传动，由此需要解决因为机翼变形引起的传动轴长度适应性问题，方向适应性问题以及动力传输的效率问题； 3、螺旋桨动力传输问题。由于螺旋桨的转动动力需要从机翼内传递过去，螺旋桨倾转时必然会产生牵连速度，如何处理这个牵连速度，如何有效将扭矩在“公转”的机构中传递至螺旋桨，将在本发明中得到解决。 [0008] 本发明一种倾转旋翼飞机翼内传动结构，所述传动结构分两支，对称设置于机身两侧的机翼内部，每支所述传动结构均包括主体承力传动框架、传动单元；所述主体承力传动框架包括碳纤维横梁、固定框板、法兰；所述碳纤维横梁通过固定框板与机身固定连接，所述法兰设置于所述主体承力传动框架端部； 所述传动单元包括依次连接的T型换向器、T型换向器输出轴、联轴器子单元、动力输出轴；所述动力输出轴和所述法兰通过轴承配合并固定； 所述传动单元固定于所述主体承力传动框架中部； 在垂直于所述碳纤维横梁轴线方向上，所述传动结构与机翼协同作用；在所述碳纤维横梁轴线方向上，所述传动结构与机翼互不限制。 [0009] 进一步的，所述联轴器子单元为依次连接的第一联轴器、中间传动轴、第二联轴器，所述第一联轴器还与T型换向器输出轴连接，所述第二联轴器还与动力输出轴连接。 [0010] 进一步的，所述联轴器子单元为柔性联轴器。 [0011] 进一步的，所述第一联轴器、第二联轴器均为万向联轴器。 [0012] 进一步的，所述主体承力传动框架为由碳纤维横梁、固定框板、法兰共同构成的“目”字型结构。 [0013] 进一步的，所述主体承力传动框架的长度略长于机翼长度，留有间隙δ。 [0014] 本发明还提供了一种倾转翼无人机，包括上述的传动结构。 [0015] 本发明的有益效果为：机翼与框架相辅相成的结构特征，即机翼和框架通过碳纤横梁接触，在横梁径向上彼此有力相互作用，以满足飞机起飞降落等受力所需；机翼和框架都固定在机身上，但在轴向上，彼此不做限制，且留有轴向窜动空间；独立于机翼之外的框架和传动技术方案，允许横梁少量弹性变形，动力输入轴和输出轴固定；由法兰和固定框板以及碳纤横梁共同构成的“目”字形结构，将输入轴和输出轴的位置及形变控制在可接受的范围之内；采用发动机中置的方案，在保证机翼内传动的情况下，有效简化机翼结构，减轻机翼重量，提高倾转旋翼飞行器的有效商载。附图说明 [0016] 图1所示为本发明实施例一种倾转旋翼飞机翼内传动结构与机翼、螺旋桨总成位置关系示意图。 [0017] 图2所示为机翼与主体承力传动框架间隙位置示意图。 [0018] 图3所示为本发明实施例一种倾转旋翼飞机翼内传动结构示意图。 [0019] 图4所示为主体承力传动框架结构示意图。 [0020] 图中：1-机翼、2-螺旋桨总成、3-主体承力传动框架、4-T型换向器、5-第一联轴器、6-中间传动轴、7-第二联轴器、8-动力输出轴、9-法兰、10-固定框板、11-碳纤维横梁。 具体实施方式[0021] 下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。 [0022] 如图1-4所示，本发明实施例一种倾转旋翼飞机翼内传动结构分两支，对称设置于机身两侧的机翼1内部，每支所述传动结构均包括主体承力传动框架3、传动单元；所述主体承力传动框架3包括碳纤维横梁11、固定框板10、法兰9；所述碳纤维横梁11通过固定框板10与机身固定连接（碳纤维横梁11固定在固定框板10上，固定框板10与机身连接）；所述法兰9设置于所述主体承力传动框架3端部（本实施例中，法兰9固定于碳纤维横梁 11端部）；优选的，所述主体承力传动框架3为由碳纤维横梁11、固定框板10、法兰9共同构成的“目”字型结构。 [0023] 所述传动单元包括依次连接的T型换向器4、T型换向器输出轴、联轴器子单元、动力输出轴8；所述动力输出轴8和所述法兰9通过轴承配合并固定；所述动力输出轴8用于把发动机的扭矩传动到机翼1两端螺旋桨的传动轴末端，即安装螺旋桨端的轴端头；所述动力输出轴8受法兰9上的轴承约束，可以随轴承8相对于法兰9高速转动，当机翼1、碳纤维横梁11各自变形时，所述动力输出轴8随碳纤维横梁11运动，和机翼1没有关系，从而避免机翼1变形引起的尺寸变动。 [0024] 所述传动单元固定于所述主体承力传动框架3中部；在垂直于所述碳纤维横梁11轴线方向上，所述传动结构与机翼1协同作用；在所述碳纤维横梁11轴线方向上，所述传动结构与机翼1互不限制。具体实现方式之一为：所述碳纤维横梁11与机翼1内的肋接触，肋中间开孔，所述碳纤维横梁11从孔内穿过，所述碳纤维横梁 11与机身之间径向作用力相互作用，但在轴向允许窜动。 [0025] 优选的，所述联轴器子单元为依次连接的第一联轴器5、中间传动轴6、第二联轴器7，所述第一联轴器5还与T型换向器4输出轴连接，所述第二联轴器7还与动力输出轴8连接； 所述第一联轴器5、第二联轴器7均为万向联轴器。 [0026] 所述联轴器子单元也可以为柔性联轴器。 [0027] 所述主体承力传动框架3的长度略长于机翼1长度，中间留有间隙δ。 [0028] 实际应用中，如图1所示，螺旋桨总成2安装在机翼1的两端，使用薄壁复合材料构造机翼1结构及蒙皮。为确保承力及传动，通过碳纤管搭建主体承力传动框架3结构（下称“框架”），实现螺旋桨的安装固定，并在框架内实现传动。倾转旋翼飞机地面静止时，螺旋桨等结构的重量使得框架受力向下挠弯，带动机翼1相应变形；起飞时，螺旋桨提供升力，框架受力向上弯曲，带动机翼1相应变形；飞行过程中，受机翼1升力、气流影响以及螺旋桨振动等影响，机翼1在交变应力作用下变形，带动框架相应变形。 [0029] 机翼1弯曲变形带动框架3弯曲，并在两端形成轴向窜动。结合挠度变形计算，设计框架结构的长度略长于机翼，单边留有间隙δ,确保在最不利的情况下框架结构的变形不受机翼变形的影响，如图2所示。 [0030] 如图3所示，为确保传动平稳顺畅，本发明实施例采用以下结构：动力通过部件T型换向器4传入，分别向T型换向器4的两端输出转速相同，转向相反的旋转动力；T型换向器4两支的输出轴与T型换向器4固定；动力经过第一联轴器5（万向联轴器）、中间传动轴6和第二联轴器7（万向联轴器）三个零件，传递到动力输出轴8，动力输出轴8和框架端头的法兰9通过轴承配合并固定。 [0031] 作为优选，框架的结构如图4所示，主体承力结构由法兰9和固定框板10以及碳纤横梁11共同构成，成放倒的“目”字型结构，构型对称且稳定；由于动力传递的输入轴和输出轴均与“目”字形结构固定，机翼1和框架碳纤横梁11变形引起的弯曲，轴向窜动都可以通过第一联轴器5（万向联轴器）、中间传动轴6和第二联轴器7（万向联轴器）三个零件吸收。从而保证机架结构可靠，传动准确。 [0032] 本发明还提供了一种倾转翼无人机，包括上述的传动结构。 [0033] 本发明的有益效果为：机翼与框架相辅相成的结构特征，即机翼和框架通过碳纤横梁接触，在横梁径向上彼此有力相互作用，以满足飞机起飞降落等受力所需；机翼和框架都固定在机身上，但在轴向上，彼此不做限制，且留有轴向窜动空间；独立于机翼之外的框架和传动技术方案，允许横梁少量弹性变形，动力输入轴和输出轴固定；由法兰和固定框板以及碳纤横梁共同构成的“目”字形结构，将输入轴和输出轴的位置及形变控制在可接受的范围之内；采用发动机中置的方案，在保证机翼内传动的情况下，有效简化机翼结构，减轻机翼重量，提高倾转旋翼飞行器的有效商载。 [0034] 本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。 |
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