[發(fā)明專利]一種用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)及其使用方法

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• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111605714A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶資;徐曉冬
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南優(yōu)玄科技有限公司
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02;B64D35/00;B64D35/08
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• 代理人: 暫無信息

1.一種用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、發(fā)電-應(yīng)急電動系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括活塞式發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)電子控制單元、離心式離合器；所述活塞式發(fā)動機(jī)通過橡膠減震器安裝于無人直升機(jī)機(jī)身；所述離心式離合器同軸固定在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，包括離心式蹄塊和離合器外環(huán)；

所述主傳動系統(tǒng)包括主減速器、輔助減速系統(tǒng)；所述主減速器包括主減速箱體、發(fā)動機(jī)輸入齒輪軸、大錐齒輪、電動機(jī)雙向齒輪軸；所述發(fā)動機(jī)輸入齒輪軸一端與大錐齒輪嚙合，通過軸承固定在主減速箱體上，另一端與發(fā)動機(jī)離合器外環(huán)固連；所述電動機(jī)雙向齒輪軸與大錐齒輪嚙合，通過軸承固定在主減速箱體上；所述輔助減速系統(tǒng)包括小同步帶輪、大同步帶輪和同步帶；所述小同步帶輪與電動機(jī)雙向齒輪軸同軸固定，大同步帶輪通過軸承固定于主減速器上，大同步帶輪和小同步帶輪通過同步帶連接同向旋轉(zhuǎn)；

所述發(fā)電-應(yīng)急電動系統(tǒng)包括發(fā)電-電動一體機(jī)、聯(lián)軸器、電動系統(tǒng)控制模塊和電源模塊；所述電動機(jī)通過聯(lián)軸器與大同步帶輪同軸固連；所述電動系統(tǒng)控制模塊包括發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓模塊和電動機(jī)電子調(diào)速器模塊；所述電源模塊包括機(jī)載供電電源模塊和動力電池模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)通過離合器與主傳動系統(tǒng)連接，在發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)或停車時，離心式離合器蹄塊與離合器外環(huán)脫離，以實現(xiàn)直升機(jī)怠速狀態(tài)下旋翼停轉(zhuǎn)和停車時直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的主傳動系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能輸出給直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)，并通過輔助減速系統(tǒng)與發(fā)電-應(yīng)急電動系統(tǒng)連接，在正常和應(yīng)急工作狀態(tài)下同時或單獨由相應(yīng)動力系統(tǒng)為無人直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)提供動力輸入。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的發(fā)電-應(yīng)急電動系統(tǒng)中的發(fā)電-電動一體機(jī)的極限最大功率相同或大于發(fā)動機(jī)最大功率，以實現(xiàn)在發(fā)動機(jī)停車或發(fā)動機(jī)功率不足的應(yīng)急狀態(tài)下提供緊急動力供給或補償，無人直升機(jī)安全返航或飛行狀態(tài)的穩(wěn)定。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的主傳動系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)輸入齒輪軸和電動機(jī)雙向齒輪軸與大錐齒輪同時嚙合，齒輪端模數(shù)和齒數(shù)相同，轉(zhuǎn)速相同，并180°分布于直升機(jī)前后兩端。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓模塊，其接通開關(guān)由飛控系統(tǒng)控制；直升機(jī)正常工作狀態(tài)下，電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)輸出電流由發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓模塊輸出給無人直升機(jī)機(jī)載供電電源系統(tǒng)，為其充電并為直升機(jī)機(jī)載電源設(shè)備供電；應(yīng)急狀態(tài)下，飛控系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓模塊，停止供電。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的電動機(jī)電子調(diào)速器模塊，其接通開關(guān)和控制信號由飛控系統(tǒng)控制，直升機(jī)正常工作狀態(tài)下，電子調(diào)速器模塊關(guān)閉；應(yīng)急狀態(tài)下，飛控系統(tǒng)接通并控制電子調(diào)速器模塊，將電源模塊的電能通過電子調(diào)速器模塊輸入給主傳動系統(tǒng)，驅(qū)動直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，以實現(xiàn)滿足或補償直升機(jī)的功率。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)，其特征在于：所述的電源模塊中的動力電池為高能量密度電池，正常狀態(tài)不對外輸出電能，作為機(jī)載供電電池的備份；在發(fā)動機(jī)停車或其他應(yīng)急狀態(tài)下電動機(jī)電子調(diào)速器模塊將動力電池的電能輸出給電動機(jī)，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能通過輔助減速系統(tǒng)驅(qū)動直升機(jī)旋翼系統(tǒng)工作。

9.一種用于無人直升機(jī)的油電混合動力傳動系統(tǒng)的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

當(dāng)無人直升機(jī)工作在正常狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)的功率滿足直升機(jī)飛行需求和發(fā)電需要，飛控系統(tǒng)打開發(fā)電機(jī)整流和穩(wěn)壓模塊，關(guān)閉電動系統(tǒng)中的電動機(jī)電子調(diào)速器模塊，發(fā)動機(jī)通過主傳動系統(tǒng)將富余功率輸出給電動機(jī)，電動機(jī)工作為發(fā)電狀態(tài)，并通過整流和穩(wěn)壓模塊為機(jī)載供電模塊充電同時為機(jī)載設(shè)備供電；此時動力電池模塊為靜默狀態(tài)，作為機(jī)載供電模塊的備份，在機(jī)載供電模塊故障時緊急為機(jī)載設(shè)備供電；

當(dāng)無人直升機(jī)發(fā)生發(fā)動機(jī)停車且空中再次啟動不成功情況下，發(fā)動機(jī)通過離合器與主傳動系統(tǒng)斷開，飛控系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)電機(jī)整流和穩(wěn)壓模塊，打開電動系統(tǒng)中的電動機(jī)電子調(diào)速器模塊，動力電池模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，通過電子調(diào)速器模塊將電能輸出給電動機(jī)，此時電動機(jī)工作極限功率狀態(tài)，帶動主傳動系統(tǒng)驅(qū)動直升機(jī)旋翼系統(tǒng)工作，根據(jù)飛行高度和直升機(jī)飛行狀態(tài)選擇相應(yīng)的控制策略操控直升機(jī)進(jìn)入安全飛行模式，盡快安全返航和安全降落，此時返航和降落過程由發(fā)電-應(yīng)急電動系統(tǒng)全電動驅(qū)動；

當(dāng)無人直升機(jī)在遇到發(fā)動機(jī)功率不足情況下，飛控系統(tǒng)短暫關(guān)閉發(fā)電機(jī)整流和穩(wěn)壓模塊，并打開電動系統(tǒng)中的電動機(jī)電子調(diào)速器模塊，動力電池模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，通過電子調(diào)速器模塊將電能輸出給電動機(jī)，飛控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)功率不足需求并計算功率缺口，調(diào)整電動機(jī)功率輸出，帶動主傳動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動直升機(jī)旋翼系統(tǒng)工作，滿足相應(yīng)應(yīng)急狀態(tài)的直升機(jī)動力需求，保證直升機(jī)飛行安全和性能實現(xiàn)，此時直升機(jī)工作在應(yīng)急混合動力模式。