一种变距旋翼动力系统模块的制作方法

本实用新型涉及飞行器的变距旋翼动力系统，属于航空产品技术领域。

背景技术：

旋翼系统是现代直升机及多旋翼飞行器的重要组成部分。定距旋翼系统和变距旋翼系统是目前小型飞行器最主要的两种旋翼系统，定距旋翼是通过改变旋翼转速来改变旋翼拉力的，而变距桨则是通过改变旋翼桨距来完成。随着现代飞行器对旋翼动力系统的要求提高，变距旋翼动力系统越来越得到飞行器设计人员的青睐，这主要归结为两方面原因：1随着桨叶尺寸的增加，旋翼惯性增大，定距桨的转速变化范围有限；2变距旋翼动力系统通过改变桨距具有更高的动力响应速度。但是，相比于定距旋翼系统，变距旋翼系统增加了变距机构，其结构也相对复杂，这不仅提高了其系统本身结构设计的难度，也对整机结构设计提出了更高的要求。本实用新型涉及一种变距旋翼系统动力模块，该动力模块集成了燃油发动机及其动力总成、启动器、散热风扇和旋翼变距机构，简化了油动变距旋翼系统的结构布局，使变距多旋翼动力部分独立于整体飞行器机架结构，在不改变系统传动方式和内部部件相对位置的情况下，适用多种飞行器机体结构，包括多旋翼、倾转旋翼飞行器等。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种变距旋翼动力系统模块，该旋翼动力系统模块结构紧凑，能够驱动旋翼并实现变距控制，通过对油门和桨距的混合控制，达到指定的升力要求，提高了动力系统的升力响应速度。

本实用新型提供了一种变距旋翼动力系统模块，包括变距旋翼动力总成(1)、变距控制机构(2)和变距旋翼(3)。

所述变距旋翼动力总成(1)，包括机架(4)，安装于机架(4)上的发动机(11)、离合器(12)、联轴器(13)、减速器(14)，散热风扇(15)和启动器(16)。所述散热风扇(15)、启动器(16)、离合器(12)、联轴器(13)和减速器(14)的输入端均与发动机(11)同轴。该动力总成集成了启动器、散热、驱动和变距的功能，适配多种变距旋翼(三叶旋翼、四叶旋翼等)。发动机(11)动力输出依次经由离合器(12)，联轴器(13)和减速器(14)传递到变距旋翼(3)，为飞行器提供升力；离合器(12)保证发动机离车启动，合车运转。减速器(14)可有效提高动力总成的输出扭矩，以适应变距旋翼(3)的额定工作状态。散热风扇(15)能够实现冷却发动机(11)的功能。启动器(16)为发动机启动提供动力。

所述机架(4)包括端板、垂直于端板(41)平面的两个侧板(42)，以及两侧板之间的多个设备支架(发动机支架(43)，减速器支架(44)，散热风扇支架(45)和启动器支架(46))，所述的设备支架用于固定所述发动机(11)、减速器(14)、散热风扇(15)和启动器(16)。其中，发动机支架(43)和启动器支架(46)平面均同时垂直于端板(41)和侧板(42)平面。该机架(4)中各部件均为板杆结构形式，适用于碳纤维复合材料成型工艺，加工与制造成本低，同时结构各部件便于拆装，与飞行器机体结构的连接接口适用于多种飞行器布局。

所述变距控制机构(2)，包括变距控制舵机(21)，变距摇臂(22)，定盘(23)和动盘(24)。该变距机构与传统直升机变距机构的区别在于其保留了总距变距机构，省去了周期距变距机构，结构简单紧凑，可靠性增强。舵机(21)为变距机构提供驱动力，变距摇臂(22)驱动定盘(23)和动盘(24)沿发动机输出轴方向运动，同时定盘(23)与动盘(24)产生沿减速器输出轴的相对旋转，实现旋翼变距与旋转功能。该变距控制机构(2)所有作动机构和驱动部件均安装在模块内部，与飞行器机体结构之间不存在机械接口。

所述变距旋翼(3)，包括旋翼叶片(31)和桨毂(32)。该变距旋翼与传统直升机旋翼相同，三叶桨、四叶桨和多叶桨均适用。

本实用新型的技术特点是：

1.本实用新型动力总成的设计方案较紧凑，所有传动设备(散热风扇、启动器、联轴器、离合器、减速器输入端)均与发动机轴同轴，采用的挠性联轴器可有效隔振，且传动效率高。而目前已应用的或发明专利([CN201510352516]，[CN201510834969]，[CN201510708147)，[CN201410790940])中描述的多旋翼动力系统均是依靠皮带或锥齿轮传动的，这种方式的传动效率会损失，对应的支撑结构也复杂，且发动机支架位于飞行器机体内部，旋翼系统的设计改动会影响到整机的结构设计，可扩展性不高；

2.本实用新型结构设计采用抽屉式结构，侧板与端板围成半封闭结构，传动设备支架均可以侧板为基础，安装在两侧板之间，这种结构形式有利于传动设备的扩展与减少，且可直接将支架设备载荷传递到端板上，传力路径相对直接，结构承载效率高。

本实用新型的技术效果是：

1.通过上述旋翼动力总成各部件进行同轴传动设计和对传动机架进行特殊的结构设计，使得变距多旋翼的动力部分独立于机架结构，形成独立的系统模块，在不改变系统传动方式和内部部件相对位置的情况下，适用于多种无人机的机体结构。

2.动力总成上设备的移除与扩展相对简单，只需在动力总成的传动路径上添加或移除设备，并在总成机架结构的对应位置上设计连接结构即可，提高了变距旋翼动力总成功能的灵活性。

附图说明

图1是本实用新型变距旋翼动力系统模块示意图；

图2是本实用新型动力总成示意图；

图3是本实用新型机架结构示意图；

图4是本实用新型变距控制结构示意图；

图中：

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型油动变距旋翼动力系统模块能够驱动旋翼并实现变距控制，通过对油门和桨距的混合控制，达到指定的升力要求。优选的，其控制器应通过改变桨距进行升力控制，同时自动对油门进行补偿，以保证升力输出的稳定性。

变距旋翼动力系统模块，包括变距旋翼动力总成(1)、变距控制机构(2)和变距旋翼(3)，参见图1。

图2示出了变距旋翼动力总成(1)一实施例，包括机架(4)，安装于机架(4)上的燃油发动机(11)，离心式离合器(12)，膜片联轴器(13)，平行轴减速器(14)，散热风扇(15)和启动器(16)。如图2，所述的散热风扇(13)、启动器(14)、离心式离合器(15)、膜片联轴器(16)和平行轴减速器(12)的输入端均与燃油发动机(11)同轴。

所述的发动机(11)作为变距旋翼(3)驱动力的主要来源，四冲程、二冲程发动机均适用，其应提供足够的运转功率以驱动旋翼。优选的，离合器(12)为离心式离合器，结构简单，且能够实现低转速离车，高转速合车功能，保证发动机离车启动，合车运转。优选的，联轴器(13)为膜片式联轴器，其能够适应离合器(12)输出轴与减速器(14)输入轴不同心安装所产生的偏心误差。减速器(14)应有效提高动力总成的输出扭矩，以兼顾变距旋翼(3)和燃油发动机(11)的额定工作状态，提高燃油利用率，本实施例中减速器采用平行齿轮减速器，此处不限于平行齿轮，锥齿轮，行星齿轮等减速器形式均适用。散热风扇(15)应直接连接在发动机输出轴上，利用燃油发动机(11)的动力直接驱动散热风扇(15)，以增强局部风量，从而达到冷却燃油发动机(11)的目的，散热风扇应具有导风部件，直接增大发动机缸体翅片部分的局部空气流量。启动器(16)应直接连接在发动机输出轴上，通过其内部电机及减速装置驱动发动机达到启动速度并提供足够的启动扭矩，一般要求，电启动最大功率运转时发动机能够达到初始速度500rpm以上，同时，电启动与发动机轴之间应安装单向轴承，以保证启动后动力总成正常运转。

图3示出了所述机架(4)结构一实施例，包括端板、垂直于端板(41)平面的两个侧板(42)，以及两侧板之间的多个设备支架(发动机支架(43)，减速器支架(44)，散热风扇支架(45)和启动器支架(46))，所述的设备支架用于固定所述发动机(11)、减速器(12)、散热风扇(13)和启动器(14)。其中，发动机支架(43)和启动器支架(46)平面均同时垂直于端板(41)和侧板(42)平面。如图3，该实施例中机架端板(41)与两侧板(42)直接相连为各支架提供基础，两侧板(42)之间的空间从下向上依次以螺栓连接发动机支架(43)，散热风扇支架(45)，启动器支架(46)和减速器支架(44)。优选的，发动机支架(43)与发动机之间应安装减震垫片，通过发动机连接螺栓固定在发动机连接支架上。启动器支架(45)根据启动器形式进行设计，优选的，安装在两侧板(42)之间。优选的，减速器(46)支架安装点位于减速器输出轴下方，以直接将旋翼载荷传递到机架结构上，以优化传力路径，减小减速器壳体的载荷。

图4示出了变距控制机构(2)一实施例，包括变距控制舵机(21)，变距摇臂(22)，定盘(23)和动盘(24)。本实施例变距机构采用单摇臂驱动方式，舵机(21)为变距机构提供驱动力，变距摇臂(22)驱动定盘(23)和动盘(24)沿发动机输出轴方向运动，定盘(23)与动盘(24)之间相对转动，定盘(23)与减速器(14)输出轴之间应安装滑动轴承，定盘(23)与动盘(24)之间应安装深沟球轴承或滚针轴承。如图4，变距控制机构(2)所有作动机构和驱动部件均安装在模块内部，与飞行器机体结构之间不存在机械接口。

本实用新型的核心在于对变距多旋翼的动力总成各部件进行同轴传动设计并针对总成机架进行特殊的结构设计，使变距旋翼动力系统自身形成了独立的系统模块，扩展了变距旋翼动力系统在飞行器上的适用范围，可在不改变系统内部设计的情况下扩展应用到六旋翼、八旋翼等多旋翼布局中。本实用新型不局限于上述具体实施方式，如果对本实用新型的各种改动和变形不脱离本实用新型范围，仍属于本实用新型的权利要求和同等技术范围之内。