一种垂直起降固定翼无人机离心离合式混合动力推进装置的制作方法

本实用新型涉及无人机动力供应装置领域，具体为一种垂直起降固定翼无人机用离心离合式混合动力推进装置。

背景技术：

随着定子信息技术、通信技术、航空器设计等与无人机领域相关的理论体系的不断成熟，无人机在近些年来得到了快速的发展与完善。以无人机为代表的飞行棋在各行各业中使用比较广泛，目前已普遍应用于农业、养殖业、快递运输、灾难救援、测绘等各个领域。

在无人机众多分类中，垂直起降固定翼无人机因融合了固定翼无人机的航程远、续航时间长、速度快和方便起降等优点，受到了众多使用者的热捧，由此垂直起降固定翼无人机当前使用较为普遍且近年来也得到了一定的发展。但是垂直起降固定翼无人机在使用过程中却存在着以下问题：垂直起降固定翼无人机在进行巡航飞行过程中，若发动机因一些意外原因发动机熄火，往往会导致无人机失去前进动力而造成的飞行事故而引起较大的经济损失。

申请号为2014103392669的发明专利公布了一种双发动机四轴四螺旋桨无人机，包括机体、动力传动装置和螺旋桨总成；动力传动装置固定在机体上并与螺旋桨总成连接，所述的螺旋桨总成包括舵机、螺旋桨夹、变桨距控制臂、变距滑块、变距杆、可变桨距螺旋桨和螺旋桨夹基座；每个螺旋桨夹基座上均安装有两个螺旋桨夹，且这两个螺旋桨夹沿着螺旋桨夹基座中心所在截面呈左右对称安装，螺旋桨夹沿螺旋桨夹基座所在轴旋转，螺旋桨夹与变距杆的一端通过铰接链铰接，以铰接孔为圆心自由转动，变距滑块套在螺旋桨转动输入轴上，沿螺旋桨转动输入轴的轴线上下移动，并与变距杆的另一端刚性连接，带动变距杆上下移动，进而带动螺旋桨夹沿螺旋桨夹基座所在轴旋转转动，所述变桨距控制臂一端与变距滑块链接，另一端与舵机连接，带动变距滑块沿螺旋桨转动输入轴的轴线上下移动；其动力传动装置包括第一发动机、第二发动机、上输入齿轮、下输入齿轮、上输出齿轮、下输出齿轮、中心轴和变速箱；第一发动机带动上输入齿轮，第二发动机带动下输入齿轮，上输入齿轮和下输入齿轮上下重叠放置且共轴于中心轴，上输出齿轮与上输入齿轮啮合，下输出齿轮与下输入齿轮啮合，上输出齿轮和下输出齿轮都通过变速箱与螺旋桨总成的螺旋桨转动输入轴连接。当出现一台发动机故障时，可以通过提升另一台发动机功率，基本保持飞机姿态，实现安全降落，具有很高的可靠性。但是该动力系统无法在垂直起降的固定翼无人机上进行应用。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于：针对当前垂直起降固定翼无人机在进行巡航飞行过程中发动机熄火导致无人机出现飞行事故的技术问题，提出一种适用于垂直起降固定翼无人机的离心离合式混合动力推进装置。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种垂直起降固定翼无人机离心离合式混合动力推进装置，包括动力机构和螺旋桨，所述动力机构包括：电池、发动机、发电机、离合器外罩、连接套和离心甩块，所述电池与发电机通过一电线连接，所述离合器外罩与发电机转子的其中一端相连接，所述螺旋桨与发电机转子的另一端固连；所述发动机的输出轴通过连接套与离心甩块连接，且所述离心甩块位于发电机的离合器外罩的罩体内。

优选地，前述发动机和发电机共轴安装于螺旋桨正下方，这样一来，即使发动机发生故障，在重心作用下，机体仍然处于可靠的平衡状态，飞行姿态不受影响。

优选地，前述发动机上形成有若干安装孔，所述安装孔内安装有发动机支撑杆，所述发动机支撑杆与发电机的定子固定连接。

更优选地，前述安装孔的数量为4个，等间距地竖直设置于发动机壳体的周壁上，位置与发电机转子相对应。

再优选地，前述发电机的电能输出端与电池连接，所述电池为锂电池，且电池的输出端设有型号为as150的防打火插头。

更优选地，前述发动机为航空发动机。

再进一步优选地，前述连接套的中心位置形成有用于连接发动机输出轴的连接孔，在连接孔两侧为一对对称设置的连接帽，所述连接帽与离心甩块固定连接。

更进一步优选地，前述离心甩块包括结构完全一致的第一甩块和第二甩块，均形成有一通孔且在两个通孔之间连接一弹簧，所述第一甩块和第二甩块上分别形成有与连接帽配合的安装结构。

更进一步优选地，前述离心甩块处于缩紧状态时，弹簧处于原长，当发动机高速旋转时，由于离心力的作用导致离心甩块张开，则弹簧处于伸长状态。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型的混合动力推进装置中，发动机和发电机共轴叠放于螺旋桨正下方，使整个动力系统的重心位于螺旋桨中心线上，当发动机发生故障时，丝毫不会影响无人机的飞行姿态，具有更高的安全性和可靠性；

（2）本实用新型的混合动力推进装置为离心离合式动力系统，无人机初始起飞状态时，发动机处于怠速状态时，离心甩块处于缩紧状态，未与离合器外罩的内壁接触，此时通过电池进行供电，发电机的工作状态变成电动机，输出机械能为螺旋桨提供飞行过程中的前进推力，这样能够使无人机的启动更快，实时响应性更好；

（3）当无人机在巡航飞行时，发动机处于中高速运行，在高速旋转的情况下由于离心力的作用导致离心甩块的第一甩块和第二甩块处于张开的分离状态，将机械能传递到发电机转子上在给螺旋桨提供动力的同时并给电池进行充电，而一旦发动机故障，电池会马上给发电机反充，再次将发电机的工作状态变为电动机，能够有效解决垂直起降固定翼无人机在进行巡航飞行过程中发动机故障带来的各种问题，避免无人机失去前进动力而造成的飞行事故。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的垂直起降固定翼无人机的离心离合式混合动力推进装置的一个具体实施例的立体结构示意图；

图2是图1所示实施例的爆炸图；

图3是图1所示实施例另一视角的爆炸图；

图4是图1所示实施例的主视图；

图5是图1所示实施例的俯视图；

图6是图2的局部放大结构示意图。

图中附图标记的含义：1、发动机，2、安装孔，3、发动机支撑杆，4、输出轴，5、连接套，501、连接孔，502、连接帽，6、离心甩块，601、第一甩块，602、第二甩块，603、通孔，604、弹簧，7、离合器外罩，8、定子，9、发电机，10、发电机转子，11、螺旋桨，12、电池。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1至图5所示，本实用新型的推进装置适用于垂直起降固定翼无人机，包括动力机构和螺旋桨11，其中，动力机构采用离心离合式混合动力方式，包括：电池12、发动机1、发电机9、离合器外罩7、连接套5和离心甩块6，其中，电池12最好为锂电池，与发电机9通过电线连接，即发电机9的电能输出端与电池12连接，具体的连接方式为发电机9的电能输出端子的v+端子接电池12的正极，发电机9的电能输出端子的v-端子接电池12的负极。为提高安全性能，电池12的输出端设有型号为as150防打火插头。

需要说明的是，发动机1和发电机9共轴安装于螺旋桨11正下方，这样的话，即使发动机1发生故障，在重心作用下，机体仍然处于可靠的平衡状态，飞行姿态不受影响。

如图1和图2所示，离合器外罩7与发电机转子10的其中一端相连接，螺旋桨11与发电机转子10的另一端固连；发动机1的输出轴4通过连接套5与离心甩块6连接，且离心甩块6位于发电机9的离合器外罩7的罩体内。这样一来，在垂直起降固定翼进行巡航飞行过程中，正常中高速运行状态下是由发动机1提供动力，并同时给电池12充电，而在怠速状态下或当发动机1故障熄火导致无人机失去前进动力时，电池12会及时提供电能给发电机9，让发电机9处于电动机工作状态，带动螺旋桨11继续提供前进推力。

为了将发动机1和发电机9组装成一结构紧凑的整体动力推进装置，在发动机1上形成有若干安装孔2，安装孔2内安装有发动机支撑杆3，发动机支撑杆3与发电机9的定子8固定连接。优选地，安装孔2的数量为4个，等间距地竖直设置于发动机1壳体的周壁上，位置与发电机转子10相对应。

具体地，如图6所示，在连接套5的中心位置形成有用于连接发动机1输出轴4的连接孔501，在连接孔501两侧为一对对称设置的连接帽502，连接帽502则与离心甩块6固定连接。离心甩块6则包括结构完全一致的第一甩块601和第二甩块602，均形成有一通孔603且在两个通孔603之间连接一弹簧604，第一甩块601和第二甩块602上则分别形成有与连接帽502配合的安装结构。

当离心甩块6处于缩紧状态时，弹簧604处于原长；。当无人机的发动机1处于中高速运行时，离心甩块6在离心力作用下，第一甩块601和第二甩块602分离张开，与离合器外罩7的内壁紧密贴合，此时弹簧604处于伸长状态。

本实用新型的推进装置的工作原理为：当发动机1处于怠速状态时，离心甩块6处于缩紧状态，未与离合器外罩7的内壁接触，此时通过电池12进行供电，发电机9的工作状态变成电动机，输出机械能为螺旋桨11提供飞行过程中的前进推力；而当发动机1处于中高速运行状态时，在高速旋转的情况下，由于离心力的作用导致离心甩块6与离合器外罩7的内壁面接触而传递扭矩，传递的扭矩通过离合器外罩7传递到发电机转子10上，发电机转子10带动螺旋桨11转动，发动机1直接提供无人机所需的前进推力，此时发电机9处于发电工作状态，同时给电池12进行充电。

综上，本实用新型的混合动力推进装置适用于垂直起降固定翼无人机，具有更高的安全性和可靠性，采用发动机1和发电机9的离心离合式双动力系统，使得使无人机的启动更快，实时响应性更好，能够有效解决垂直起降固定翼无人机在进行巡航飞行过程中发动机1故障带来的各种问题，避免无人机失去前进动力而造成的飞行事故。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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”、“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实用新型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。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

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