[發(fā)明專利]一種用于驅(qū)動直升機(jī)主旋翼旋轉(zhuǎn)的電動螺旋槳扭矩臂及其直升機(jī)

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• 申請日: 2019-10-19
• 公開（公告）號: CN111361730A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董大為
• 申請（專利權(quán)）人: 董大為
• 主分類號: B64C27/32
• 分類號: B64C27/32
• 代理公司: 北京東方芊悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11591
• 代理人: 彭秀麗

本發(fā)明公開了一種用于驅(qū)動直升機(jī)主旋翼旋轉(zhuǎn)的電動螺旋槳扭矩臂及其直升機(jī)，扭矩臂設(shè)置于主旋翼的上方，且主旋翼和扭矩臂設(shè)置于同一旋轉(zhuǎn)主軸上，扭矩臂上設(shè)有驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)的線路貫穿旋轉(zhuǎn)主軸，驅(qū)動電機(jī)靠近旋轉(zhuǎn)主軸的軸線設(shè)置，扭矩臂的尖端設(shè)有螺旋槳，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸與螺旋槳形成驅(qū)動連接，用于驅(qū)動螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉或推力，驅(qū)動主旋翼繞旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明將驅(qū)動電機(jī)的輸出軸設(shè)計(jì)成與直升機(jī)主旋翼同軸，或最接近主旋翼的旋轉(zhuǎn)主軸，使驅(qū)動電機(jī)的離心力為零或者最小化，使驅(qū)動效率提高了36％；直升機(jī)的機(jī)身上不設(shè)置尾槳和傳動系統(tǒng)，使直升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化了近40％，通過帶有電動螺旋槳的扭矩臂直接驅(qū)動主旋翼的直升機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于驅(qū)動直升機(jī)主旋翼旋轉(zhuǎn)的電動螺旋槳扭矩臂及其直升機(jī)。

背景技術(shù)

隨著高能電機(jī)和高能電池的發(fā)展，使理想的飛行(Desirable Flight)的電動直升機(jī)成為可能。傳統(tǒng)的直升機(jī)是依靠發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的輸出來驅(qū)動主旋翼旋轉(zhuǎn)，旋翼產(chǎn)生升力而升空飛行。常規(guī)的動力驅(qū)動方式是：內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)或電動機(jī)的動力要經(jīng)過齒輪箱的減速，增加扭矩來驅(qū)動巨大的主旋翼。在主旋翼被驅(qū)動的同時(shí)，整個(gè)機(jī)身也產(chǎn)生了相等的反作用力，因此，安裝發(fā)動機(jī)的機(jī)身，將出現(xiàn)與主旋翼方向相反的同等扭矩，為了平衡這個(gè)扭矩，設(shè)計(jì)制造了尾槳和長長的尾管來平衡住機(jī)身，使其保持機(jī)頭的方向，不致因旋翼的扭矩而轉(zhuǎn)動。可以想見的是：傳動系統(tǒng)、長長的平衡扭矩的尾槳不但消耗了接近30％的功率，而且增加了制造上和操控上的麻煩，也產(chǎn)生了許多事故。另一種驅(qū)動主旋翼的動力方式是安裝在主旋翼尖端的噴氣發(fā)動機(jī)產(chǎn)生推力，來驅(qū)動主旋翼直接旋轉(zhuǎn)。他使機(jī)身沒有了扭矩，不再需要尾槳和發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)。但新的問題是：安裝在旋翼尖端的發(fā)動機(jī)重量在轉(zhuǎn)動時(shí)，將產(chǎn)生巨大的離心力，同時(shí)噴氣發(fā)動機(jī)的噴射方向時(shí)刻在跟隨旋翼的槳葉角度在不停的變動，燃料和控制也要通過中心旋轉(zhuǎn)軸輸出到高速轉(zhuǎn)動的旋翼尖部。到目前，試驗(yàn)機(jī)型很多，但進(jìn)入商業(yè)市場的實(shí)用機(jī)型卻寥寥無幾。

直升機(jī)的主旋翼需要動力來驅(qū)動使其旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的旋翼槳葉使正常壓力(NormalPressure)的空氣快速向旋翼下方運(yùn)動，稱為(Downwash Velocity)下洗流。(Is oftencalled the downwash of the rotor)旋翼下方的壓力增加(Increased Pressure)，產(chǎn)生了向上的升力。

旋翼運(yùn)轉(zhuǎn)的功率消耗由兩個(gè)部件組成：

(1)用于增加垂直方向空氣動量的動力提升功率H.P1

H.P.＝L.U./550Calculation from equation

(2)主旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，克服形阻功率H.P2驅(qū)動直升機(jī)旋翼旋轉(zhuǎn)的動力，目前有兩種形式：①內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或渦輪軸發(fā)動機(jī)及近年出現(xiàn)的高能電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出的動能，通過離合器、減速齒輪箱、超越離合器從主軸傳輸?shù)叫順灒剐硇D(zhuǎn)；②安裝在旋翼外端的沖壓噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、過氧化氫噴氣發(fā)動機(jī)等從旋翼尖端噴射，產(chǎn)生推力來驅(qū)動主旋翼旋轉(zhuǎn)。直升機(jī)為了能在發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，安全進(jìn)入自旋著陸的必備功能，要設(shè)計(jì)最好的自旋旋翼系統(tǒng)。

高能旋翼系統(tǒng)為飛行員提供了當(dāng)今最好的自動旋轉(zhuǎn)降落的直升機(jī)。當(dāng)今只有法國DJINN直升機(jī)可以自豪地說獲得了最好的自旋降落性能。而另外的共軸式動力驅(qū)動的直升機(jī)，雖然因雙層旋翼左右相對旋轉(zhuǎn)，也同樣沒有扭矩作用于機(jī)身，也不需要尾槳和尾傳動系統(tǒng)，但發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)和槳盤操控系統(tǒng)的復(fù)雜，以及上下旋翼氣動干擾所帶來的自旋降落效率的降低，共軸式上下對轉(zhuǎn)旋翼，在爬升和懸停時(shí)效率是增加的，但在自旋降落時(shí)是相反的。這就使其不具備與單槳傳統(tǒng)直升機(jī)自旋安全著陸的性能相比美。

發(fā)明人已經(jīng)有四十余年研究開發(fā)輕型直升機(jī)和無人駕駛直升機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，并研制出幾個(gè)型號的實(shí)驗(yàn)直升機(jī)樣品。2016年申請的專利號US.10,076,763B2半飛、半行走的高效懸浮噴灑桁架，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這種本方案驅(qū)動方式，進(jìn)而發(fā)明這個(gè)使用電動螺旋槳扭矩臂驅(qū)動主旋翼的直升機(jī)。