一种基于飞艇的矢量传动装置的制作方法

1.本发明属于飞艇设计技术领域，尤其涉及一种基于飞艇的矢量传动装置。


背景技术：

2.飞艇是一种依靠浮力和推进装置飞行的浮空器，相较于飞机，飞艇的制造成本低、噪声小、续航时间长，有着良好的经济适用性。飞艇的主要结构为气囊、吊舱和推进装置。常见的飞艇推进装置主要包括发动机、动力传动系统、矢量控制装置和螺旋桨。飞艇推进装置的作用原理为，发动机输出动力，通过动力传动系统传递至螺旋桨，螺旋桨产生拉力并由安装支架传递至吊舱，为飞艇提供推进力；而矢量控制装置用于实现飞艇推进力方向的改变。
3.如中国发明专利《一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法》，专利号为：cn112572754a，其公开了一种飞艇动力装置、飞艇及其转向控制方法，所述动力装置为：发动机输出轴经长传动轴、锥齿轮、滚动轴承与螺旋桨轮毂相连，推力矢量转向机构包括内驱动电机、外驱动电机、内驱动电机齿轮、外电机齿轮与外传动轴承。所述转向控制方法为：当外驱动电机锁死时，内驱动电机通过齿轮传动带动转向管齿轮转动，转向管齿轮与齿轮箱支架固为一体，带动齿轮箱转动，从而带动螺旋桨转动；当内驱动电机锁死时，外驱动电机驱动外传动轴承转动，外传动轴承与转向管齿轮为一个整体，从而带动齿轮箱转动，进而使螺旋桨跟随转动。在该专利中，传动系统采用刚性传动轴直接连接，通过实验发现，活塞发动机起动时会产生很大的扭矩冲击，直接采用传动轴带动螺旋桨，对传动轴的抗扭要求较高，从而导致所采用的传动轴重量大、疲劳寿命差；在转向控制方法上采用齿轮传动形式实现螺旋桨整体转动，由于齿轮传动无自锁能力，需要锁死装置防止螺旋桨整体倾转；同时，控制电机控制转向管带动齿轮箱转动，最后带动螺旋桨整体转动，涉及零件较多，结构复杂，不利于维护检查。
4.正如上述专利文件所述的飞艇推进装置结构，目前飞艇的推进装置存在着显著的缺点：(1)传动系统未考虑发动机的扭矩波动以及起动时的扭矩冲击，会使传动轴的抗扭要求高，疲劳寿命差；(2)矢量控制装置结构复杂，不利于检查维护。


技术实现要素：

5.发明目的
6.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于飞艇的矢量传动装置，在降低发动机起动时扭矩峰值对传动系统的影响的同时实现螺旋桨拉力方向的自由控制，有效地提高传动轴的疲劳寿命，且结构简单，方便维护。
7.发明技术解决方案
8.一种基于飞艇的矢量传动装置，包括螺旋桨总成、发动机，螺旋桨总成包括螺旋桨桨叶、螺旋桨转向管和螺旋桨支臂，该装置通过皮带传动实现发动机的动力向螺旋桨桨叶的传递，通过蜗轮蜗杆传动实现对螺旋桨总成的转向控制，通过螺旋桨转向管与螺旋桨支臂分别实现螺旋桨转向控制和螺旋桨拉力的传递。
9.优选的，由蜗轮蜗杆传动使螺旋桨转向管绕螺旋桨输入轴所在轴线旋转，进而带动螺旋桨总成绕螺旋桨输入轴所在轴线旋转，实现螺旋桨拉力方向的改变。
10.优选的，螺旋桨桨叶通过桨叶轴与齿轮箱连接；所述齿轮箱内部安装有一对锥齿轮，桨叶轴与螺旋桨输入轴通过该锥齿轮副实现90
°
变向传动。
11.优选的，所述螺旋转向管通过传动转向支架与吊舱壁连接，螺旋桨转向管与传动转向支架通过滑动轴承连接。
12.优选的，还包括矢量转向装置，矢量转向装置包括矢量控制电机、矢量控制电机蜗杆，所述矢量控制电机安装于传动转向支架上，所述矢量控制电机蜗杆与矢量控制电机输出轴连接。
13.优选的，所述螺旋桨转向管中间部分的外表面加工有蜗轮，与矢量控制电机蜗杆构成一对蜗轮蜗杆传动副。
14.优选的，还包括安装于传动转向支架上的皮带轮接口，所述皮带轮接口包括发动机输出端口连接轮、螺旋桨输入端口连接轮、传动皮带，螺旋桨输入端口连接轮与螺旋桨输入轴连接，发动机输出端口连接轮与发动机的发动机输出轴连接，传动皮带、发动机输出端口连接轮与螺旋桨输入端口连接轮构成皮带传动机构。
15.优选的，转动设置在传动转向支架上的张紧轮为光轮，布置于传动皮带外侧且张紧轮外圆周面与传动皮带接触。
16.优选的，齿轮箱通过螺旋桨支臂与螺旋桨防护罩连接。
17.本发明的优点：该装置在发动机输出轴与螺旋桨输入轴之间增加皮带传动，有利于吸收来自发动机起动过程的扭矩峰值，减少其对动力传动系统的影响，将动力相对平稳的从发动机传递至螺旋桨，增加传动轴的疲劳寿命；利用张紧轮对皮带进行张紧，结构简单，便于拆装；通过蜗轮蜗杆副实现螺旋桨转向管转向控制，利用蜗轮蜗杆的自锁特性防止螺旋桨转向管自由转动；螺旋桨转向管设置在防护罩外部，结构简单，方便检查维护；矢量传动装置采用碳纤维全复合材料，重量轻，传动效率高。
附图说明
18.图1为本发明的一种基于飞艇的矢量传动装置的结构示意图(水平方向)。
19.图2为本发明的一种基于飞艇的矢量传动装置的结构示意图(沿航线方向正视图)。
20.图3为皮带轮接口结构示意图。
21.图4为螺旋桨转向管结构示意图。
22.图中：1-螺旋桨总成；101-螺旋桨桨叶；102-螺旋桨防护罩；103-螺旋桨支臂；104-螺旋桨转向管；105-齿轮箱；2-矢量转向装置；201-矢量控制电机；202-矢量控制电机蜗杆；3-皮带轮接口；301-发动机输出端口连接轮；302-螺旋桨输入端口连接轮；303-传动皮带；304-张紧轮；4-发动机；5-吊舱壁；601-传动转向支架；602-发动机安装支架；701-发动机输出轴；702-螺旋桨输入轴；703-桨叶轴。
具体实施方式
23.本发明是通过如下技术方案予以实现的。
24.一种基于飞艇的矢量传动装置，包括螺旋桨总成1、矢量转向装置2、皮带轮接口3、发动机4、吊舱壁5、传动转向支架601、发动机安装支架602、发动机输出轴701、螺旋桨输入轴702、桨叶轴703。
25.所述螺旋桨总成1包括螺旋桨桨叶101、螺旋桨防护罩102、螺旋桨支臂103、螺旋桨转向管104、齿轮箱105。所述螺旋桨桨叶101通过桨叶轴703与齿轮箱105连接。所述齿轮箱105内部安装有一对锥齿轮，桨叶轴703与螺旋桨输入轴702通过该锥齿轮副实现90
°
变向传动；
26.所述齿轮箱105通过螺旋桨支臂103与螺旋桨防护罩102连接。螺旋桨支臂103用于传递螺旋桨拉力；
27.所述螺旋桨防护罩102与螺旋桨转向管104通过螺栓连接。螺旋桨转向管104用于传递拉力，并使螺旋桨总成1绕螺旋桨输入轴702旋转实现螺旋桨总成1矢量变向。
28.所述螺旋转向管104通过传动转向支架601与吊舱壁5连接，螺旋桨转向管104与传动转向支架601通过滑动轴承连接。
29.所述螺旋桨转向管104中间部分的外表面加工有蜗轮，与矢量控制电机蜗杆202为一对蜗轮蜗杆传动副。
30.所述矢量转向装置2包括矢量控制电机201、矢量控制电机蜗杆202，所述矢量控制电机201安装于传动转向支架601上，所述矢量控制电机蜗杆202与矢量控制电机201输出轴通过法兰相连。
31.所述皮带轮接口3安装于传动转向支架601上，所述皮带轮接口3包括发动机输出端口连接轮301、螺旋桨输入端口连接轮302、传动皮带303、张紧轮304。
32.所述发动机输出端口连接轮301与发动机输出轴701通过法兰连接。
33.所述螺旋桨输入端口连接轮302与螺旋桨输入轴702通过键连接。
34.所述传动皮带303用于连接发动机输出端口连接轮301与螺旋桨输入端口连接轮302。
35.所述张紧轮304为光轮，布置于皮带外侧。
36.所述发动机4通过发动机安装支架602与吊舱壁5连接，发动机与发动机安装支架通过螺栓连接。
37.在发动机输出轴与螺旋桨输入轴之间增加皮带传动，有利于吸收来自发动机起动过程的扭矩峰值，减少其对动力传动系统的影响，将动力相对平稳的从发动机传递至螺旋桨，增加传动轴的疲劳寿命。
38.利用张紧轮对皮带进行张紧，结构简单，便于拆装。
39.通过蜗轮蜗杆副实现螺旋桨转向管转向控制，利用蜗轮蜗杆的自锁特性防止螺旋桨转向管自由转动。
40.螺旋桨转向管设置在防护罩外部，结构简单，方便检查维护。
41.矢量传动装置采用碳纤维全复合材料，重量轻，传动效率高。
42.工作过程为：
43.当飞艇飞行时，发动机4输出动力，经由发动机输出轴701、皮带轮接口3、螺旋桨输入轴702、桨叶轴703传递至螺旋桨桨叶101，并使螺旋桨桨叶101旋转产生拉力；螺旋桨拉力经螺旋桨支臂103、螺旋桨防护罩102、螺旋桨转向管104、传动转向支架601传递至吊舱壁5，
为飞艇提供拉力。
44.当飞艇需要垂直起飞降落等灵活飞行时，通过矢量控制电机201带动矢量控制电机蜗杆202转动，由蜗轮蜗杆传动使螺旋桨转向管104绕螺旋桨输入轴702所在轴线旋转，进而带动螺旋桨总成1绕螺旋桨输入轴702所在轴线旋转，实现螺旋桨拉力方向的改变。
45.在进行飞艇动力传动过程中，由于皮带具有良好的弹性，有利于吸收来自发动机起动过程中的扭矩峰值，减少其对动力传动系统的影响，将动力相对平稳的从发动机传递至动力传动系统，在减振的同时增加了传动轴的疲劳寿命。
46.在进行飞艇矢量控制过程中，由于蜗轮蜗杆传动有着自锁的特性，蜗杆可以通过螺旋侧面运动来驱动蜗轮，而蜗轮不能带动蜗杆转动，用于飞艇的矢量控制装置中，通过控制矢量控制电机转向、转角实现螺旋桨拉力方向的改变，同时在不需要改变螺旋桨拉力方向时锁死螺旋桨转向管以实现螺旋桨拉力方向的稳定。
47.本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包括这些改动和变形在内。

技术特征：
1.一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，包括螺旋桨总成(1)、发动机(4)，螺旋桨总成(1)包括螺旋桨桨叶(101)、螺旋桨转向管(104)和螺旋桨支臂(103)，该装置通过皮带传动实现发动机(4)的动力向螺旋桨桨叶(101)的传递，通过蜗轮蜗杆传动实现对螺旋桨总成(1)的转向控制，通过螺旋桨转向管(104)与螺旋桨支臂(103)分别实现螺旋桨转向控制和螺旋桨拉力的传递。2.如权利要求1所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，由蜗轮蜗杆传动使螺旋桨转向管(104)绕螺旋桨输入轴(702)所在轴线旋转，进而带动螺旋桨总成(1)绕螺旋桨输入轴(702)所在轴线旋转，实现螺旋桨拉力方向的改变。3.如权利要求2所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，螺旋桨桨叶(101)通过桨叶轴(703)与齿轮箱(105)连接；所述齿轮箱(105)内部安装有一对锥齿轮，桨叶轴(703)与螺旋桨输入轴(702)通过该锥齿轮副实现90
°
变向传动。4.如权利要求2所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，所述螺旋转向管(104)通过传动转向支架(601)与吊舱壁(5)连接，螺旋桨转向管(104)与传动转向支架(601)通过滑动轴承连接。5.如权利要求4所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，还包括矢量转向装置(2)，矢量转向装置(2)包括矢量控制电机(201)、矢量控制电机蜗杆(202)，所述矢量控制电机(201)安装于传动转向支架(601)上，所述矢量控制电机蜗杆(202)与矢量控制电机(201)输出轴连接。6.如权利要求5所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，所述螺旋桨转向管(104)中间部分的外表面加工有蜗轮，与矢量控制电机蜗杆(202)构成一对蜗轮蜗杆传动副。7.如权利要求5所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，还包括安装于传动转向支架(601)上的皮带轮接口(3)，所述皮带轮接口(3)包括发动机输出端口连接轮(301)、螺旋桨输入端口连接轮(302)、传动皮带(303)，螺旋桨输入端口连接轮(302)与螺旋桨输入轴(702)连接，发动机输出端口连接轮(301)与发动机4的发动机输出轴(701)连接，传动皮带(303)、发动机输出端口连接轮(301)与螺旋桨输入端口连接轮(302)构成皮带传动机构。8.如权利要求5所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，转动设置在传动转向支架(601)上的张紧轮(304)为光轮，布置于传动皮带(303)外侧且张紧轮(304)外圆周面与传动皮带(303)接触。9.如权利要求5所述的一种基于飞艇的矢量传动装置，其特征在于，齿轮箱(105)通过螺旋桨支臂(103)与螺旋桨防护罩(102)连接。

技术总结
本发明公开了一种基于飞艇的矢量传动装置，包括螺旋桨总成、发动机，螺旋桨总成包括螺旋桨桨叶、螺旋桨转向管和螺旋桨支臂，该装置通过皮带传动实现发动机的动力向螺旋桨桨叶的传递，通过蜗轮蜗杆传动实现对螺旋桨总成的转向控制，通过螺旋桨转向管与螺旋桨支臂分别实现螺旋桨转向控制和螺旋桨拉力的传递。该装置在发动机输出轴与螺旋桨输入轴之间增加皮带传动，有利于吸收来自发动机起动过程的扭矩峰值，减少其对动力传动系统的影响，将动力相对平稳的从发动机传递至螺旋桨，增加传动轴的疲劳寿命。疲劳寿命。疲劳寿命。


技术研发人员：晋峰 田钧 鲍志明 罗建国 龙飞 赖贞华
受保护的技术使用者：中国特种飞行器研究所
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/6/26