用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件、直升的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件和具有其的直升机，电动直驱式尾桨组件包括：尾桨；电动机，所述电动机与所述尾桨相连并驱动所述尾桨转动；以及一体式混合动力装置，所述一体式混合动力装置包括发电机和发动机，所述发电机包括转子，所述转子形成为发动机的飞轮，所述发电机与所述电动机相连，以驱动所述电动机转动。根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件，尾桨通过电动机驱动，不需要额外设置减速装置，有效的简化了尾桨的传动结构，可靠性提高；同时，发电机与发动机为一体化设置，发电机的转子作为发动机的飞轮，解决了传统发动机大功率发电的瓶颈，同时可以有效降低该一体式混合动力装置的重量。
【专利说明】用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件、直升机
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空【技术领域】，更具体地，涉及一种用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件和具有该电动直驱式尾桨组件的直升机。
【背景技术】
[0002]主桨带尾桨是直升机的常用构型。其中，尾桨一方面用来产生侧向力平衡主旋翼的反扭矩，另一方面提供航向上的操纵。在相关技术中，尾桨动力的常见来源是发动机将动力输出到减速机构，通过机械传动(如皮带轮、传动轴)的方式传递到尾桨，驱动尾桨转动。
[0003]由于发动机的出轴转速和旋翼的转速与尾桨转速相差较大，必须为尾桨的转动单独设计减速器，增加直升机的重量，同时也降低了直升机的可靠性。同时由于尾桨转速相对较高，必须要考虑到整体的润滑问题，这也增加了系统的复杂性。
[0004]对于单一将尾桨改变为电机驱动的设计方案，需要增加大功率发电组件以驱动电动尾桨。由于大功率发电机工作时产生热量较大，需要单独为其设计散热装置，同样增加直升机的空机重量。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，所述用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件重量减轻且可靠性高。
[0006]本发明还提出了一种具有上述用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件的直升机。
[0007]根据本发明实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，包括:尾桨；电动机，所述电动机与所述尾桨相连并驱动所述尾桨转动；以及一体式混合动力装置，所述一体式混合动力装置包括发电机和发动机，所述发电机包括转子，所述转子形成为发动机的飞轮，所述发电机与所述电动机相连，以驱动所述电动机转动。
[0008]根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件，尾桨通过电动机驱动，不需要额外设置减速装置，有效的简化了尾桨的传动结构，可靠性提高；同时，发电机与发动机为一体化设计，发电机的转子作为发动机的飞轮使用，解决了传统发动机大功率发电的瓶颈，同时有效降低该一体式混合动力装置的重量，从而降低直升机的空机重量并提高动力传输的可靠性。
[0009]另外，根据本发明上述实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]根据本发明的一个实施例，所述发电机内嵌到所述发动机内部且与所述发动机的活塞共用机油以利用机油对所述发电机进行冷却。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述电动机具有输出轴，所述尾桨具有转动轴，所述输出轴与所述转动轴直接相连以控制所述尾桨的转速。
[0012]根据本发明的一个实施例，用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件还包括电池系统，所述电池系统与所述电动机相连。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述电池系统与所述发电机相连并储存所述发电机产生的电能。
[0014]根据本发明的一个实施例，用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件还包括变距操纵机构，所述变距操作机构与所述尾桨相连以控制所述尾桨的桨距。
[0015]根据本发明实施例的直升机，包括根据本发明实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件。
[0016]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件的内部结构示意图；
[0018]图2是根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件的一体式混合动力装置的结构示意图。
[0019]附图标记:
[0020]电动直驱式尾桨组件100 ；
[0021]尾桨10；
[0022]电动机20 ；
[0023]一体式混合动力装置30 ；发动机31 ；壳体311 ；输出轴312 ；发电机32 ；
[0024]电池系统40。
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026]下面结合附图详细描述根据本发明实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件100。
[0027]参照图1和图2所示，根据本发明实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件100包括尾桨10、电动机20和一体式混合动力装置30。一体式混合动力装置30可以为混合动力直升机提供动力来源。
[0028]具体而言，一体式混合动力装置30包括发电机32和发动机31，发电机32发出的电能传输给电动机20，以驱动电动机20转动。电动机20与尾桨10相连，电动机20驱动尾桨10转动。由此，尾桨10通过电动机20驱动，而无需通过发动机31经机械传动驱动，从而无需安装尾桨10的减速装置，有效的简化了尾桨传动系统的结构，同时降低了直升机的重量，提高了直升机的可靠性。
[0029]其中，电动机20具有输出轴，尾桨10具有转动轴，电动机20的输出轴可以与尾桨10的转动轴直接相连，中间没有减速器和传动轴，尾桨10直接通过电动机驱动，尾桨传动系统更简单直接，无润滑要求，降低了系统复杂度，增长了系统寿命。
[0030]发电机32包括转子，转子形成为发动机31的飞轮。也就是说，发电机32的转子和发动机31的飞轮为一个结构件,该结构件在运行时，同时作为发电机32的转子和发动机31的飞轮使用。在设计过程中，发电机32的转子与飞轮的转动惯量相当，有效保证发动机31的正常运转。
[0031]需要说明的是，对于通常发动机而言，发动机的活塞通过连杆带动曲轴转动，曲轴与飞轮相连。飞轮主要用其惯性保证发动机活塞在平衡位置时仍能继续运转，因此飞轮的质量无法减轻。
[0032]而根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件100，通过用发电机32的转子替代发动机31的飞轮，发电机32在运行的同时，发动机31也可以正常运行，发电环节不再单独设置，有效提高该一体式混合动力装置30的集成度并降低了该一体式混合动力装置30的重量，从而降低直升机的空机重量并提高动力传输的可靠性。
[0033]如图2所示，发电机32位于发动机31的壳体311内，即发电机32内嵌到发动机31的内部。由此，发电机32的转子与发动机31的活塞共用机油，通过使用发动机31的机油对发电机32的发电线圈进行冷却，从而有效保证内置式大功率发电机的散热。
[0034]如图1所示，根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件100还可以包括电池系统40，电池系统40与电动机20相连。电池系统40可以对电动机20提供电能，使电动机20可以驱动尾桨10转动。在一体式混合动力装置30无法提供足够尾桨10驱动电能的情况下，可以通过电池系统40进行能量补充，当该一体式混合动力装置30出现故障之后，尾桨10的能量可以完全由电池系统40提供，从而大大提高直升机的可靠性。
[0035]进一步地，电池系统40可以与发电机32相连，发电机32可以将产生的电能传输至电池系统40。电池系统40包括电池能量存储单元和电池管理单元，电池系统40可以储存发电机32产生的电能,并可以进一步将该电能传输至电动机20。
[0036]在本发明的一些实施例中，电动直驱式尾桨组件100还可以包括变距操纵机构(图未示出)，变距操作机构与尾桨10相连。变距操纵机构可以控制尾桨10的桨距，使尾桨10的转速和桨距实现同时协调控制，提高了尾桨10的工作效率。其中，变距操纵机构与直升机的飞控系统相连，变距操纵机构根据操纵指令控制尾桨10的转矩。
[0037]总之，根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件100具有以下优点:
[0038]1、不需要尾减速器和尾传动机构，降低了重量、提高了系统的可靠性。
[0039]2、电动机20的输出轴直接与尾桨10的转动轴相连，无润滑要求，降低了系统复杂度，延长了系统寿命。
[0040]3、尾桨10的变距与转速同时可控，提高了尾桨10的效率。
[0041]4、发动机31与发电机32 —体化设计共同构成混合动力装置，去除单独的大功率发电环节，减轻了重量，提高了发电效率。
[0042]根据本发明实施例的直升机包括根据本发明实施例的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件100。电动直驱式尾桨组件100的发动机31与直升机的主旋翼相连。具体地，发动机31内部集成了减速器，输出轴312与主桨的相连。电动直驱式尾桨组件100与主桨相互配合，保证了直升机的运行。由于根据本发明实施例的电动直驱式尾桨组件100具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的直升机重量减轻且可靠性提高。
[0043]根据本发明实施例的直升机的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。
[0044]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0047]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，包括: 尾桨； 电动机，所述电动机与所述尾桨相连并驱动所述尾桨转动；以及一体式混合动力装置，所述一体式混合动力装置包括发电机和发动机，所述发电机包括转子，所述转子形成为发动机的飞轮，所述发电机与所述电动机相连，以驱动所述电动机转动。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，所述发电机内嵌到所述发动机内部且与所述发动机的活塞共用机油以利用机油对所述发电机进行冷却。
3.根据权利要求1所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，所述电动机具有输出轴，所述尾桨具有转动轴，所述输出轴与所述转动轴直接相连以控制所述尾桨的转速。
4.根据权利要求1所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，还包括电池系统，所述电池系统与所述电动机相连。
5.根据权利要求4所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，所述电池系统与所述发电机相连并储存所述发电机产生的电能。
6.根据权利要求1-5所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件，其特征在于，还包括变距操纵机构，所述变距操作机构与所述尾桨相连以控制所述尾桨的桨距。
7.一种直升机，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的用于混合动力直升机的电动直驱式尾桨组件。
【文档编号】B64D35/00GK104354870SQ201410594441
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王浩文, 姜辰, 张玉文 申请人:清华大学, 深圳清华大学研究院