[发明专利]一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统及其使用方法

权利要求书

1.一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统，包括发动机系统、主传动系统、发电-应急电动系统，其特征在于：所述发动机系统包括活塞式发动机、发动机电子控制单元、离心式离合器；所述活塞式发动机通过橡胶减震器安装于无人直升机机身；所述离心式离合器同轴固定在发动机的输出轴上，包括离心式蹄块和离合器外环；

所述主传动系统包括主减速器、辅助减速系统；所述主减速器包括主减速箱体、发动机输入齿轮轴、大锥齿轮、电动机双向齿轮轴；所述发动机输入齿轮轴一端与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上，另一端与发动机离合器外环固连；所述电动机双向齿轮轴与大锥齿轮啮合，通过轴承固定在主减速箱体上；所述辅助减速系统包括小同步带轮、大同步带轮和同步带；所述小同步带轮与电动机双向齿轮轴同轴固定，大同步带轮通过轴承固定于主减速器上，大同步带轮和小同步带轮通过同步带连接同向旋转；

所述发电-应急电动系统包括发电-电动一体机、联轴器、电动系统控制模块和电源模块；所述电动机通过联轴器与大同步带轮同轴固连；所述电动系统控制模块包括发电机整流稳压模块和电动机电子调速器模块；所述电源模块包括机载供电电源模块和动力电池模块。

2.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述发动机系统通过离合器与主传动系统连接，在发动机低速运转或停车时，离心式离合器蹄块与离合器外环脱离，以实现直升机怠速状态下旋翼停转和停车时直升机自转下滑。

3.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的主传动系统将发动机的机械能输出给直升机的旋翼系统，并通过辅助减速系统与发电-应急电动系统连接，在正常和应急工作状态下同时或单独由相应动力系统为无人直升机的旋翼系统提供动力输入。

4.根据权利要求3所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的发电-应急电动系统中的发电-电动一体机的极限最大功率相同或大于发动机最大功率，以实现在发动机停车或发动机功率不足的应急状态下提供紧急动力供给或补偿，无人直升机安全返航或飞行状态的稳定。

5.根据权利要求3所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的主传动系统中的发动机输入齿轮轴和电动机双向齿轮轴与大锥齿轮同时啮合，齿轮端模数和齿数相同，转速相同，并180°分布于直升机前后两端。

6.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的发电机整流稳压模块，其接通开关由飞控系统控制；直升机正常工作状态下，电动机作为发电机输出电流由发电机整流稳压模块输出给无人直升机机载供电电源系统，为其充电并为直升机机载电源设备供电；应急状态下，飞控系统关闭发电机整流稳压模块，停止供电。

7.根据权利要求1所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的电动机电子调速器模块，其接通开关和控制信号由飞控系统控制，直升机正常工作状态下，电子调速器模块关闭；应急状态下，飞控系统接通并控制电子调速器模块，将电源模块的电能通过电子调速器模块输入给主传动系统，驱动直升机旋翼系统，以实现满足或补偿直升机的功率。

8.根据权利要求4所述的用于无人直升机的油电混合动力传动系统，其特征在于：所述的电源模块中的动力电池为高能量密度电池，正常状态不对外输出电能，作为机载供电电池的备份；在发动机停车或其他应急状态下电动机电子调速器模块将动力电池的电能输出给电动机，转换为机械能通过辅助减速系统驱动直升机旋翼系统工作。

9.一种用于无人直升机的油电混合动力传动系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

当无人直升机工作在正常状态下，发动机的功率满足直升机飞行需求和发电需要，飞控系统打开发电机整流和稳压模块，关闭电动系统中的电动机电子调速器模块，发动机通过主传动系统将富余功率输出给电动机，电动机工作为发电状态，并通过整流和稳压模块为机载供电模块充电同时为机载设备供电；此时动力电池模块为静默状态，作为机载供电模块的备份，在机载供电模块故障时紧急为机载设备供电；

当无人直升机发生发动机停车且空中再次启动不成功情况下，发动机通过离合器与主传动系统断开，飞控系统关闭发电机整流和稳压模块，打开电动系统中的电动机电子调速器模块，动力电池模块进入工作状态，通过电子调速器模块将电能输出给电动机，此时电动机工作极限功率状态，带动主传动系统驱动直升机旋翼系统工作，根据飞行高度和直升机飞行状态选择相应的控制策略操控直升机进入安全飞行模式，尽快安全返航和安全降落，此时返航和降落过程由发电-应急电动系统全电动驱动；

当无人直升机在遇到发动机功率不足情况下，飞控系统短暂关闭发电机整流和稳压模块，并打开电动系统中的电动机电子调速器模块，动力电池模块进入工作状态，通过电子调速器模块将电能输出给电动机，飞控系统根据发动机功率不足需求并计算功率缺口，调整电动机功率输出，带动主传动系统与发动机同时驱动直升机旋翼系统工作，满足相应应急状态的直升机动力需求，保证直升机飞行安全和性能实现，此时直升机工作在应急混合动力模式。