一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法，包括发动机系统、主传动系统、发电‑应急电动系统，其中发动机系统包括发动机本体、离心式离合器；所述主传动系统包括主减速器、辅助减速系统；发电‑应急电动系统包括发电‑电动一体机、联轴器、发电‑电动控制模块、机载电源模块。本发明专利技术的优点为：实现了无人直升机传动系统的油电混合动力传输，提供了应急状态下无人直升机动力传动方案和控制策略，提高了无人直升机动力系统的可靠性，降低了无人直升机在发动机停车情况下的坠毁概率，并可在其他应急条件下保证飞行安全，增强无人直升机的特殊飞行性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法
本专利技术涉及航空器设计
，尤其涉及一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法。
技术介绍
动力传动系统的性能和可靠性直接影响了无人直升机的安全性和可靠性，尤其是在特殊领域和区域执行任务的无人直升机，其整机整系统的可靠性是设计者、使用者和监管方最为关心和考量的。目前，工业级的中小型无人直升机由于起飞重量、载荷和成本等限制大多采用单台活塞式发动机驱动主传动系统的动力传动形式，活塞发动机的可靠性直接影响了整机及系统的安全性和可靠性。单发无人直升机在执行飞行任务时，一旦发生发动机停车且无法再次启动的情况，无人直升机只能进入安全应急程序控制直升机进入自转下滑并降落；同时由于活塞式发动机高原和高空性能的先天不足，无人直升机的高原性能和其他特殊飞行性能均受到限制。为提高中小型无人直升机动力传动系统的可靠性，通常采购选用一台以上较高可靠性的航空活塞式发动机，或者通过增加发动机在高原和高空的输出功率的办法，如涡轮增压（电子式或机械式），以降低发动机在相应环境下的功率输出衰减。但造成的问题如下：一、选用一台以上航空高可靠性发动机大幅增加了无人直升机的生产成本、使用和维护成本，并增加了空机重量，降低了无人直升机的载荷能力，耗油率增加续航性能下降；二、采用涡轮增压方式提高发动机特殊环境的功率输出，同样会造成相应装置的功率损耗和空机重量增加，且技术难度和匹配工作复杂，相应的成本也会增加。因此如何在现有单发无人直升机动力传动系统基础上进行改进，提高动力传动系统的整体可靠性，降低因发动机停车或特殊环境下发动机功率不足引起的飞行安全事故，减小无人直升机的直接损失和间接损失，保证地面人员的安全是当前技术人员面临的重要问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法，该系统提高无人直升机在应急状态下（停车或其他应急状态）的安全裕度和生存概率，保证无人直升机在特殊条件下的飞行安全和性能实现，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：第一方面，本专利技术提供一种用于无人直升机的应急油电混合动力传动系统，包括发动机系统、主传动系统、发电-应急电动系统，其中：所述发动机系统包括活塞式发动机、发动机电子控制单元（ECU）、离心式离合器；所述活塞式发动机通过橡胶减震器安装于无人直升机机身；所述离心式离合器同轴固定在发动机的输出轴上，包括离心式蹄块和离合器外环；所述主传动系统包括主减速器、辅助减速系统；所述主减速器包括主减速箱体、发动机输入齿轮轴、大锥齿轮、电动机双向齿轮轴；所述发动机输入齿轮轴一端与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上，另一端连接联轴器，并与发动机离合器外环固连；所述电动机双向齿轮轴与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上；所述辅助减速系统包括小同步带轮、大同步带轮和同步带；所述小同步带轮与电动机双向齿轮轴同轴固定，大同步带轮通过轴承固定于主减速器上，大小同步带轮通过同步带连接同向旋转；所述发电-应急电动系统包括发电-电动一体机、电动系统控制模块、电源模块、联轴器；所述发电-电动机一体机通过联轴器与大同步带轮同轴固连；所述电动系统控制模块包括发电机整流稳压模块和电动机电子调速器模块；所述电源模块包括机载供电电源模块和动力电池模块；所述发动机系统通过离合器与主传动系统连接，在发动机低速运转或停车时，离心式离合器蹄块与离合器外环脱离，便于直升机怠速状态下旋翼停转和停车时直升机自转下滑功能实现；所述的主传动系统将发动机的机械能输出给直升机的旋翼系统（包括尾旋翼系统），并通过辅助减速系统与应急发电-电动系统连接，在正常和应急工作状态下同时或单独由相应动力系统为无人直升机的旋翼系统提供动力输入；所述的主传动系统中的发动机输入齿轮轴和电动机双向齿轮轴与大锥齿轮同时啮合，齿轮端模数和齿数相同，转速相同，并180°分布于直升机前后两端；所述的发电-应急电动系统中的电动机的极限最大功率与发动机最大功率相当或更高，能够在发动机停车或发动机功率不足的应急状态下提供紧急动力供给或补偿，保证无人直升机安全返航或飞行状态的稳定；所述的发电机整流稳压模块，其接通开关由飞控系统控制；直升机正常工作状态下，电动机作为发电机输出电流由发电机整流稳压模块输出给无人直升机机载供电电源系统，为其充电并为直升机机载电源设备供电；应急状态下，飞控系统关闭发电机整流稳压模块，停止供电；所述的电动机电子调速器模块，其接通开关和控制信号由飞控系统控制，直升机正常工作状态下，电子调速器模块关闭；应急状态下（发动机停车或高原起降、机动规避、遭遇突风等），飞控系统接通并控制电子调速器模块，将电源模块的电能通过电子调速器模块输入给主传动系统，驱动直升机旋翼系统，短时间满足或补偿直升机的功率需求。所述的电源模块中的动力电池为高能量密度电池，正常状态不对外输出电能，作为机载供电电池的备份；在发动机停车或其他应急状态下电动机电子调速器模块将动力电池的电能输出给电动机工作，转换为机械能通过辅助减速系统驱动直升机旋翼系统工作；由于应急工作时间短，所需能量较小，因此体积和重量较小；据本专利技术实施的无人直升机应急混合动力传动系统具有以下优点：一、应急混合动力传动系统在正常工作时发电-电动一体机处于发电模式，不增加过多废重，是一种提高无人直升机动力传动系统可靠性相对成本较低和结构简单的方式。二、在发动机停车时提供了应急的动力输出，增加了直升机安全返航和降落的可能性，为直升机在发动机停车后的应急处置策略提供了一种较为可靠的技术组成和实施方案，可大幅降低无人直升机因发动机停车带来的直接和间接损失，尤其是保证了地面人员安全。三、在特殊环境和条件下发动机功率不足情况下，发动机和发电-应急电动系统共同为直升机旋翼系统提供功率输出，能够短时提高无人直升机的高原起降性能和载荷能力，应对突风、规避机动等特殊需求，相对成本较低。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可做出如下改进：优选的，所述的主传动系统的辅助减速系统可采用齿轮减速结构形式与电动机连接，以适应更大功率电动机的动力传递；优选的，所述主传动系统可增加下锥齿轮和旋翼轴（内轴），发电-电动一体机直接通过联轴器与电动机双向齿轮轴连接，形成共轴双旋翼直升机应急混合动力传动技术方案；优选的，所述电动机可根据直升机空间条件，与发动机安装在同一侧，通过辅助减速系统与发动机离合器外环连接，驱动发动机输入齿轮轴与发动机输出轴同向旋转，减少一根电动机双向齿轮轴，减轻主减速器的重量。第二方面，一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统的使用方法，当无人直升机工作在正常状态下，发动机的功率满足直升机飞行需求和发电需要，飞控系统打开发电机整流和稳压模块，关闭电动系统中的电动机电子调速器模块，发动机通过主传动系统将富余功率输出给发电-电动一体机，发电-电动一体机工作为发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统，包括发动机系统、主传动系统、发电-应急电动系统，其特征在于：所述发动机系统包括活塞式发动机、发动机电子控制单元、离心式离合器；所述活塞式发动机通过橡胶减震器安装于无人直升机机身；所述离心式离合器同轴固定在发动机的输出轴上，包括离心式蹄块和离合器外环；/n所述主传动系统包括主减速器、辅助减速系统；所述主减速器包括主减速箱体、发动机输入齿轮轴、大锥齿轮、电动机双向齿轮轴；所述发动机输入齿轮轴一端与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上，另一端与发动机离合器外环固连；所述电动机双向齿轮轴与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上；所述辅助减速系统包括小同步带轮、大同步带轮和同步带；所述小同步带轮与电动机双向齿轮轴同轴固定，大同步带轮通过轴承固定于主减速器上，大同步带轮和小同步带轮通过同步带连接同向旋转；/n所述发电-应急电动系统包括发电-电动一体机、联轴器、电动系统控制模块和电源模块；所述电动机通过联轴器与大同步带轮同轴固连；所述电动系统控制模块包括发电机整流稳压模块和电动机电子调速器模块；所述电源模块包括机载供电电源模块和动力电池模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统，包括发动机系统、主传动系统、发电-应急电动系统，其特征在于：所述发动机系统包括活塞式发动机、发动机电子控制单元、离心式离合器；所述活塞式发动机通过橡胶减震器安装于无人直升机机身；所述离心式离合器同轴固定在发动机的输出轴上，包括离心式蹄块和离合器外环；
所述主传动系统包括主减速器、辅助减速系统；所述主减速器包括主减速箱体、发动机输入齿轮轴、大锥齿轮、电动机双向齿轮轴；所述发动机输入齿轮轴一端与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上，另一端与发动机离合器外环固连；所述电动机双向齿轮轴与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上；所述辅助减速系统包括小同步带轮、大同步带轮和同步带；所述小同步带轮与电动机双向齿轮轴同轴固定，大同步带轮通过轴承固定于主减速器上，大同步带轮和小同步带轮通过同步带连接同向旋转；
所述发电-应急电动系统包括发电-电动一体机、联轴器、电动系统控制模块和电源模块；所述电动机通过联轴器与大同步带轮同轴固连；所述电动系统控制模块包括发电机整流稳压模块和电动机电子调速器模块；所述电源模块包括机载供电电源模块和动力电池模块。


2.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述发动机系统通过离合器与主传动系统连接，在发动机低速运转或停车时，离心式离合器蹄块与离合器外环脱离，以实现直升机怠速状态下旋翼停转和停车时直升机自转下滑。


3.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的主传动系统将发动机的机械能输出给直升机的旋翼系统，并通过辅助减速系统与发电-应急电动系统连接，在正常和应急工作状态下同时或单独由相应动力系统为无人直升机的旋翼系统提供动力输入。


4.根据权利要求3所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的发电-应急电动系统中的发电-电动一体机的极限最大功率相同或大于发动机最大功率，以实现在发动机停车或发动机功率不足的应急状态下提供紧急动力供给或补偿，无人直升机安全返航或飞行状态的稳定。


5.根据权利要求3所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的主传动系统中的发动机输入齿轮轴和电动机双向齿轮轴与大锥齿轮同时啮合，齿轮端模数和齿数相同，转速相同，并180°分布于直升机前后两端。


6.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的发电机整流稳压模块，其接通开关由飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂资，徐晓冬，
申请(专利权)人：湖南优玄科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43