直升机变转速混合动力系统及用此系统的直升机的制作方法

本发明涉及航空技术领域，尤其是涉及一种直升机变转速混合动力系统及用此系统的直升机。

背景技术：

目前变转速直升机主要采用多个减速比的变速箱或类似于cvt结构的变速箱实现，常采用的方式为机械减速比变换方式和行星减速方式。在机械减速比变换的方式中，变换过程会出现动力输出不连续的问题，从而导致在变换转速的时候直升机稳定性降低，同时维护性低、可靠性差。而行星减速方式存在隔振设计困难、结构复杂、重量代价大、可靠性低以及控制逻辑复杂等问题。因此，上述技术存在改进空间。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直升机变转速混合动力系统，所述直升机变转速混合动力系统结构更优化，控制逻辑简单，安全性和稳定性更高。

本发明还提出了一种具有上述直升机变转速混合动力系统的直升机。

根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统包括：发动机、电动机、发电机、行星减速器和输出轴，所述发动机可驱动旋翼转动，所述发动机包括：第一控制器，所述第一控制器可调整所述发动机的输出；所述电动机包括：第二控制器，所述第二控制器可控制所述电动机的输出用于补充调整所述旋翼的转速；所述发电机和所述发动机相连并通过所述发动机实现驱动，所述发电机包括：第三控制器，所述第三控制器可实现电能转换，并将所述电能提供给所述电动机；所述行星减速器设置在所述发动机与所述输出轴之间。

根据本发明的直升机变转速混合动力系统结构更优化，控制逻辑简单，安全性和稳定性更高。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，所述行星减速器包括：太阳轮、齿圈、减速机构和行星架，所述太阳轮和所述发动机的输出端相连；所述齿圈通过所述减速机构与所述电动机相连；所述行星架和所述输出轴相连。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，所述行星减速器包括：太阳轮、齿圈、减速机构和行星架，所述太阳轮和所述电动机相连；所述齿圈通过所述减速机构与所述发动机的输出端相连；所述行星架和所述输出轴相连。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，所述旋翼套设在所述输出轴上。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，所述旋翼轴通过所述减速机构与所述输出轴连接。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，所述电动机为直流电动机。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统，还包括：电池模块，所述电池模块与所述发电机可为所述电动机供电。

根据本发明的第二方面的直升机，设置有如第一方面任一种所述的直升机变转速混合动力系统。所述直升机与上述的直升机变转速混合动力系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

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。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统的主框架示意图；

图2是根据本发明第一实施例的直升机变转速混合动力系统的框架示意图；

图3是根据本发明第一实施例的直升机变转速混合动力系统的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施例的直升机变转速混合动力系统的框架示意图；

图5是根据本发明第二实施例的直升机变转速混合动力系统的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统的发动机转速调节的流程图；

图7是根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统的电动机转速调节的流程图。

附图标记：

100-直升机变转速混合动力系统，1-发动机，11-第一控制器，2-电动机，21-第二控制器，3-发电机，31-第三控制器，4-行星减速器，41-太阳轮，42-齿圈，43-减速机构，44-行星架，5-输出轴，6-电池模块。

具体实施方式

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统100。如图1所示，根据本发明实施例的直升机变转速混合动力系统100包括：发动机1、电动机2、发电机3、行星减速器4和输出轴5，进一步地，发动机1可驱动旋翼(图中未示出)转动，具体地，如图2所示，发动机1包括：第一控制器11，第一控制器11可调整发动机1的输出。进一步地，电动机2包括：第二控制器21，第二控制器21可控制电动机2的输出用于补充调整旋翼的转速，这样有利于提高旋翼转速的稳定性和提升旋翼转速的可调性。进一步地，发电机3和发动机1相连并通过发动机1实现驱动，发电机3包括：第三控制器31，第三控制器31可实现电能转换，并将电能提供给电动机2，具体地，第三控制器31可以实现将交流电转换成直流电；进一步地，行星减速器4设置在发动机1与输出轴5之间。

根据本发明的直升机变转速混合动力系统100结构更优化，安全性和稳定性更高。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，如图2和图3所示，行星减速器4包括：太阳轮41、齿圈42、减速机构43和行星架44，进一步地，太阳轮41和发动机1的输出端相连；进一步地，齿圈42通过减速机构43与电动机2相连；进一步地，行星架44和输出轴5相连。进一步地，在一个具体的实施例中，齿圈42和减速机构43可以不具备锁止功能，这样电动机2处于始终工作的状态，当旋翼处在低转速工作时，电动机2也以极低转速工作，此时需用功率也极低。在另一个具体的实施例中，齿圈42和减速机构43可以具备锁止功能，当齿圈42锁止不旋转时，电动机2也不工作，从而可以实现发动机1单独为输出轴5提供能量。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，如图4和图5所示，行星减速器4包括：太阳轮41、齿圈42、减速机构43和行星架44，进一步地，太阳轮41和电动机2相连；进一步地，齿圈42通过减速机构43与发动机1的输出端相连；进一步地，行星架44和输出轴5相连。进一步地，在一个具体的实施例中，太阳轮41和电动机2可以不具备锁止功能，这样电动机2处于始终工作的状态，当旋翼处在低转速工作时，电动机2也以极低转速工作，此时需用功率也极低。在另一个具体的实施例中，太阳轮41和电动机2可以具备锁止功能，当太阳轮41锁止不旋转时，电动机2也不工作，从而可以实现发动机1单独为输出轴5提供能量。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，旋翼套设在输出轴5上。旋翼随着输出轴5的转动而转动。这样，输出轴5可以直接作为旋翼轴(图中未示出)实现和旋翼的连接。从而实现旋翼和输出轴5直接相连的连接方式。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，旋翼轴通过减速机构43与输出轴5连接，旋翼连接在旋翼轴上。这样可以实现旋翼和输出轴5间接相连的连接方式。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，电动机2为直流电动机。这样通过第三控制器31转换成直流电可以直接驱动电动机2工作。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，如图2所示，还包括：电池模块6，进一步地，电池模块6与发电机3可为电动机2供电。进一步地，当发动机3的功率不足时，可以由第三控制器31关闭发电机3的输出，由电动机2利用电池模块6储存的电能和发动机1共同提供动力，以满足直升机飞行的动力需求，此时为直升机的混动工作模式。进一步地，当电池模块6储存的电能足够多时，可以只由电动机2利用电池模块6的电能来满足直升机的飞行需求，此时为直升机的纯电动工作模式。进一步地，当发动机1出现故障时，直升机进入自下滑状态，此时电动机2为直升机提供动力，具体地，可以利用电动机2的过载特性，提供瞬时大功率，进一步地减小直升机的接地速度。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，如图6所示，通过第一控制器11可以控制节气门(或油门开度)，进而实现对发动机1转速的调节，从而保证发动机1工作在设定的额定转速，需要说明的是，设定的额定转速即为发动机功率或燃油消耗率的最优转速。

根据本发明一个实施例的直升机变转速混合动力系统100，如图7所示，第二控制器21根据混合动力系统100的目标转速值和输出转速值，对电动机2的输出进行调节，需要说明的是，可以对电动机2的电压输出进行调节，进而满足直升机的飞行需求。

综上所述，根据本发明的直升机变转速混合动力系统100具有以下几方面的优势，第一，通过电动机2对输出转速的补充调整，可以在发动机1转速恒定的情况下，实现输出转速的可调性，进而提升飞行过程中的稳定性；第二，仅仅使用一个行星减速器4就可以实现转速控制的混合动力输出，结构简单、维护性优、可靠性高、重量低、第三，发电机3和电动机2始终分别工作在发电和电动状态下，控制方式更简单；第四，不存在电动机2、发动机1、输出轴5之间的扭矩耦合关系，控制逻辑简单。

本发明还提供了一种直升机，该直升机包括上述的直升机变转速混合动力系统100，从而具有安全性更好、稳定性更高和动力性能更佳等优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。