螺旋桨装置、矢量推进系统和飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种螺旋桨装置、矢量推进系统和飞行器。
【背景技术】
[0002]随着航空航天科学技术的进步与发展，平流层飞行器在各个领域都有广泛的应用。平流层飞行器的工作高度位于离开地面12-50km的平流层，这一空间由于其固有的特点在通信和对地观测领域有着巨大的开发价值，并且由于平流层飞行器有着可以在世界上任何地点发射、准备时间短、可靠性高、发射成本低等优点，其越来越受到各个国家的重视。然而目前平流层飞行器基本不携带动力，难以在水平方向机动飞行，不能控制偏航姿态，也大大限制了应用范围。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供了一种螺旋桨装置、矢量推进系统和飞行器，以至少解决现有技术平流层飞行器难以机动飞行且难以控制偏航姿态的问题。
[0004]根据本实用新型的一个方面，提供了一种螺旋桨装置，包括:方向调整装置，具有固定部和设置在固定部上的活动部；螺旋桨驱动装置，设置在方向调整装置的活动部上；以及螺旋桨叶片，设置在螺旋桨驱动装置的驱动端。
[0005]进一步地，方向调整装置为摆动装置，固定部为回转支承，活动部为回转地安装在回转支承上的摆动台，摆动装置还包括驱动摆动台相对回转支承回转的偏转电机。
[0006]进一步地，偏转电机与摆动台之间还设置有减速机。
[0007]进一步地，螺旋桨驱动装置包括:驱动电机，固定设置在摆动台上；驱动轴，第一端与驱动电机的电机轴连接，第二端形成驱动端。
[0008]进一步地，驱动轴与驱动电机的电机轴同轴设置，并通过两个同轴设置的轴承座支撑在摆动台上。
[0009]进一步地，摆动台包括位于回转支承上方的中心摆动台以及一个从中心摆动台的边缘沿径向向外延伸的径向延伸台，两个轴承座设置在中心摆动台上，驱动电机固定设置在径向延伸台上。
[0010]进一步地，径向延伸台上固定设置有立座，驱动电机安装在立座上。
[0011]进一步地，螺旋桨驱动装置还包括固定设置在驱动轴的第二端的螺旋桨安装法兰，螺旋桨叶片安装在螺旋桨安装法兰上。
[0012]根据本申请的另一个方面，还提供了一种矢量推进系统，包括至少两个上述的螺旋桨装置，至少两个螺旋桨装置分别设置在飞行器的一安装基础上。
[0013]进一步地，安装基础为桁架，至少两个螺旋架装置分别安装在桁架的两端。
[0014]可替换地，安装基础为吊框，至少两个螺旋架装置分别安装在吊框的相对两侧。
[0015]进一步地，至少两个螺旋桨装置分别安装在安装基础的两个彼此相对的位置，至少两个螺旋桨装置相对安装基础的中心呈中心对称设置。
[0016]进一步地，任一螺旋桨装置的方向调整装置和螺旋桨驱动装置分别具有控制器，方向调整装置和螺旋桨驱动装置的控制器分别具有与飞行器的飞控计算机系统连接的连接接口。
[0017]根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种飞行器，包括囊体、设置在囊体下方的安装基础以及安装在安装基础上的矢量推进系统，矢量推进系统为上述的矢量推进系统。
[0018]进一步地，安装基础包括推力支架，推力支架安装在安装基础的主体的两侧，推力支架上安装有矢量推进系统。
[0019]进一步地，飞行器还包括与方向调整装置和螺旋桨驱动装置连接的能源装置，能源装置包括:太阳能电池阵列，由模块化的太阳能电池组件构成；储能电池，与太阳能电池阵列相连接，由锂电池堆组成；供电控制单元，一端与太阳能电池阵列和储能电池相连，另一端与方向调整装置和螺旋桨驱动装置相连。
[0020]进一步地，能源装置还包括跟踪机构，太阳能电池阵列通过跟踪机构安装在安装基础的下部，跟踪机构用于跟踪太阳的运行方向，控制太阳能电池阵列面向太阳的面积最大。
[0021]进一步地，囊体的蒙皮由高强层压复合材料制成，囊体内部填充氦气，囊体通过外部缆索连接到安装基础。
[0022]通过本实用新型的螺旋桨装置采用螺旋桨驱动装置驱动螺旋桨叶片以产生动力，方向调整装置调整螺旋桨驱动装置的朝向，从而实现调整螺旋桨装置的出力方向，将该螺旋桨装置设置到相应的飞行器上，例如平流层飞行器，即能够解决现有技术中的上述飞行器难以控制偏航姿态的问题，实现飞行器的可控机动，提高飞行器的灵活性与适用性。
【附图说明】
[0023]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0024]图1是根据本实用新型实施例的飞行器的结构图；
[0025]图2是根据本实用新型实施例的螺旋桨装置的结构图；
[0026]图3是根据本实用新型实施例的矢量推进系统的出力分析的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]图2是根据本实用新型实施例的螺旋桨装置的结构图，如图2所示，该装置包括:方向调整装置，具有固定部和设置在固定部上的活动部；螺旋桨驱动装置，设置在方向调整装置的活动部上；以及螺旋桨叶片，设置在螺旋桨驱动装置的驱动端。
[0029]通过本实用新型的螺旋桨装置采用螺旋桨驱动装置驱动螺旋桨叶片以产生动力，方向调整装置调整螺旋桨驱动装置的朝向，从而实现调整螺旋桨装置的出力方向，将该螺旋桨装置设置到相应的飞行器上，例如平流层飞行器，即能够解决现有技术中的上述飞行器难以控制偏航姿态的问题，实现飞行器的可控机动，提高飞行器的灵活性与适用性。
[0030]图1是根据本实用新型实施例的飞行器的结构图，该飞行器是一种平流层气球，可见该飞行器包括用于控制偏航姿态及机动的矢量推进系统200，矢量推进系统200具有多个图2中示出的螺旋桨装置，螺旋桨装置在飞行器飞行过程中主要起到输出推力和调整推力方向的作用。
[0031]优选地，方向调整装置为摆动装置，固定部为回转支承10，活动部为回转地安装在回转支承10上的摆动台20，摆动装置还包括驱动摆动台20相对回转支承10回转的偏转电机30。偏转电机30与摆动台20之间还设置有减速机。
[0032]更优选地，螺旋桨驱动装置包括:驱动电机40，固定设置在摆动台20上；驱动轴50，第一端与驱动电机40的电机轴连接，第二端形成驱动端。
[0033]可见，偏转电机30用于控制螺旋桨的朝向，而驱动电机40用于驱动螺旋桨转动产生推动力，其中驱动电机40可以采用直流永磁同步电机，偏转电机30可以采用步进电机。此外，在螺旋桨驱动装置的另一种实施例中，仅采用一个电机驱动螺旋桨转动并控制螺旋桨的朝向，该实施例中的电机与摆动台20之间设置有传动装置和离合器，并且摆动台20和回转支承10之间还设置有锁紧装置。
[0034]优选地，驱动轴50与驱动电机40的电机轴同轴设置，并通过两个同轴设置的轴承座60支撑在摆动台20上。摆动台20包括位于回转支承10上方的中心摆动台21以及一个从中心摆动台21的边缘沿径向向外延伸的径向延伸台22，两个轴承座60设置在中心摆动台21上，驱动电机40固定设置在径向延伸台22上。径向延伸台22上固定设置有立座，驱动电机40安装在立座上。
[0035]作为方向调整装置的摆动装置，在具体实施时，也可以采用如下方式，例如，在安装基础上固定安装一立轴，将摆动台21枢接到该立轴上，再设置一个直线推进机构，例如电动推杆、丝杆装置等，使直线推进机构的两端分别与安装基础上摆动台21铰接，这样，通过控制直线推进机构，就可以推动摆动台21绕该立轴摆动。
[0036]此外，如图2所示，螺旋桨驱动装置的螺旋桨与驱动轴50之间通过法兰连接，其中一个具体的实施例如下:螺旋桨驱动装置还包括固定设置在驱动轴50的第二端的螺旋桨安装法兰70，螺旋桨叶片安装在螺旋桨安装法兰70上。
[0037]根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种矢量推进系统，该矢量推进系统包括至少两个上述的螺旋桨装置，至少两个螺旋桨装置分别设置在飞行器的一安装基础上。
[0038]图3是根据本实用新型实施例的矢量推进系统的出力分析的示意图，如图3所示，该矢量推进系统通过控制多个螺旋桨装置的出力方向从而控制矢量推进系统整体的出力方向，而多个螺旋桨装置的出力方向可以相同也可以不同，因此矢量推进系统能够实现位移或通过旋转实现姿态调整。
[0039]例如图3中示出的出力状态，一个螺旋桨装置与X轴的正向方向之间所呈的夹角为a i，并朝向y轴的正向方向出力，另一个螺旋桨装置与X轴的正向方向之间所呈的夹角为α2，并朝向y轴的正向方向出力。当两个螺旋桨装置的出力相同时，若€^与α 2相等，贝IJ矢量推进系统的运动趋势为与X轴的逆向方向之间所呈的夹角为Ci1并朝向y轴的逆向；若^与α 2不相等，则根据力的合成公式，可以得到两个螺旋桨装置的合力方向与大小。
[0040]此外，矢量推进系统还可以通过控制不同的螺旋桨的出力来协助上述的通过控制出力而实现的动作，或替代一部分上述的通过控制出力而实现的动作。
[0041]优选地，安装基础为桁架，至少两个螺旋架装置分别安装在桁架的两端。可替换地，安装基础为吊框，至少两个螺旋架装置分别安装在吊框的相对两侧。
[0042]更优选地，至少两个螺旋桨装置分别安装在安装基础的两个彼此相对的位置，至少两个螺旋桨装置相对安装基础的中心呈中心对称设置。对称设置的螺旋桨装置较容易控制出力，并且较容易使飞行器保持自重平衡。
[0043]此外，螺旋桨装置也可以是三个，设置在一个吊框的三个不同的位置，例如，两个相对设置，另一个设置在吊框底部，或者将该三个螺旋桨设置分别设置在矩形吊