本发明专利技术公开了一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂及其直升机，扭矩臂设置于主旋翼的上方，且主旋翼和扭矩臂设置于同一旋转主轴上，扭矩臂上设有驱动电机，驱动电机的线路贯穿旋转主轴，驱动电机靠近旋转主轴的轴线设置，扭矩臂的尖端设有螺旋桨，驱动电机的输出轴与螺旋桨形成驱动连接，用于驱动螺旋桨高速旋转，螺旋桨旋转产生拉或推力，驱动主旋翼绕旋转主轴旋转。本发明专利技术将驱动电机的输出轴设计成与直升机主旋翼同轴，或最接近主旋翼的旋转主轴，使驱动电机的离心力为零或者最小化，使驱动效率提高了36％；直升机的机身上不设置尾桨和传动系统，使直升机机械结构简化了近40％，通过带有电动螺旋桨的扭矩臂直接驱动主旋翼的直升机成为现实。
【技术实现步骤摘要】
一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂及其直升机
本专利技术属于直升机
，具体涉及一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂及其直升机。
技术介绍
随着高能电机和高能电池的发展，使理想的飞行(DesirableFlight)的电动直升机成为可能。传统的直升机是依靠发动机旋转轴的输出来驱动主旋翼旋转，旋翼产生升力而升空飞行。常规的动力驱动方式是：内燃发动机、涡轮轴发动机或电动机的动力要经过齿轮箱的减速，增加扭矩来驱动巨大的主旋翼。在主旋翼被驱动的同时，整个机身也产生了相等的反作用力，因此，安装发动机的机身，将出现与主旋翼方向相反的同等扭矩，为了平衡这个扭矩，设计制造了尾桨和长长的尾管来平衡住机身，使其保持机头的方向，不致因旋翼的扭矩而转动。可以想见的是：传动系统、长长的平衡扭矩的尾桨不但消耗了接近30％的功率，而且增加了制造上和操控上的麻烦，也产生了许多事故。另一种驱动主旋翼的动力方式是安装在主旋翼尖端的喷气发动机产生推力，来驱动主旋翼直接旋转。他使机身没有了扭矩，不再需要尾桨和发动机传动系统。但新的问题是：安装在旋翼尖端的发动机重量在转动时，将产生巨大的离心力，同时喷气发动机的喷射方向时刻在跟随旋翼的桨叶角度在不停的变动，燃料和控制也要通过中心旋转轴输出到高速转动的旋翼尖部。到目前，试验机型很多，但进入商业市场的实用机型却寥寥无几。直升机的主旋翼需要动力来驱动使其旋转，旋转的旋翼桨叶使正常压力(NormalPressure)的空气快速向旋翼下方运动，称为(DownwashVelocity)下洗流。(Isoftencalledthedownwashoftherotor)旋翼下方的压力增加(IncreasedPressure)，产生了向上的升力。旋翼运转的功率消耗由两个部件组成：(1)用于增加垂直方向空气动量的动力提升功率H.P1H.P.＝L.U./550Calculationfromequation(2)主旋翼旋转时的阻力，克服形阻功率H.P2驱动直升机旋翼旋转的动力，目前有两种形式：①内燃发动机或涡轮轴发动机及近年出现的高能电动机的旋转输出的动能，通过离合器、减速齿轮箱、超越离合器从主轴传输到旋翼桨毂，使旋翼旋转；②安装在旋翼外端的冲压喷气发动机、涡轮喷气发动机、过氧化氢喷气发动机等从旋翼尖端喷射，产生推力来驱动主旋翼旋转。直升机为了能在发动机出现故障时，安全进入自旋着陆的必备功能，要设计最好的自旋旋翼系统。高能旋翼系统为飞行员提供了当今最好的自动旋转降落的直升机。当今只有法国DJINN直升机可以自豪地说获得了最好的自旋降落性能。而另外的共轴式动力驱动的直升机，虽然因双层旋翼左右相对旋转，也同样没有扭矩作用于机身，也不需要尾桨和尾传动系统，但发动机传动系统和桨盘操控系统的复杂，以及上下旋翼气动干扰所带来的自旋降落效率的降低，共轴式上下对转旋翼，在爬升和悬停时效率是增加的，但在自旋降落时是相反的。这就使其不具备与单桨传统直升机自旋安全着陆的性能相比美。专利技术人已经有四十余年研究开发轻型直升机和无人驾驶直升机的经验，并研制出几个型号的实验直升机样品。2016年申请的专利号US.10,076,763B2半飞、半行走的高效悬浮喷洒桁架，在实验时，发现了这种本方案驱动方式，进而专利技术这个使用电动螺旋桨扭矩臂驱动主旋翼的直升机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有直升机自旋降落性能较差，实现节能降耗，并简化直升机机械结构；为此，本专利技术提供了一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂及其直升机。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其设置于所述主旋翼的上方，且所述主旋翼和扭矩臂设置于同一旋转主轴上，所述扭矩臂上设有驱动电机，所述驱动电机的线路贯穿所述旋转主轴，所述驱动电机靠近所述旋转主轴的轴线设置，所述扭矩臂的尖端设有螺旋桨，所述驱动电机的输出轴与所述螺旋桨形成驱动连接，用于驱动所述螺旋桨高速旋转，所述螺旋桨旋转产生拉或推力，驱动所述主旋翼绕所述旋转主轴旋转。所述扭矩臂的中部设有一机匣，所述驱动电机设置于所述机匣内，所述旋转主轴的上部与所述机匣的下部固定连接，所述驱动电机的输出轴与所述旋转主轴同轴设置，并通过设置于所述扭矩臂内的传动装置与所述螺旋桨形成驱动连接。所述传动装置包括齿形带轮和齿形带，所述齿形带轮设置于所述机匣内，所述驱动电机的输出轴与所述齿形带轮形成驱动连接，所述齿形带的一端与所述齿形带轮连接，其另一端与所述螺旋桨的驱动端连接。所述主旋翼上方的所述旋转主轴端部设有一机匣，多个所述扭矩臂以相同的旋转半径环绕所述机匣，呈均布设置于所述机匣的外侧面，所述驱动电机和驱动装置设置于各所述扭矩臂内，且所述驱动电机靠近所述机匣设置，所述螺旋桨的驱动端通过所述驱动装置与所述驱动电机的输出轴形成驱动连接。多个扭矩臂垂直于所述旋转主轴设置，且位于同一平面内，所述驱动电机的输出轴通过传动轴与所述螺旋桨的驱动端连接。多个所述扭矩臂可以呈下垂设置，多个所述扭矩臂分别与所述旋转主轴之间形成一相同的下垂夹角。使所述扭矩臂尖端的螺旋桨旋转所形成旋转驱动面与所述主旋翼的旋转平面相同，或位于所述主旋翼旋转平面的下方。所述机匣的上端和/或侧面位置设有串接接口，用于串接形成多级扭矩臂组合。另一方面，本专利技术还提供了一种使用电动螺旋桨扭矩臂驱动主旋翼的直升机，包括机身和位于所述机身上方的主旋翼、扭矩臂，所述扭矩臂为上述的电动螺旋桨扭矩臂，所述扭矩臂中的驱动电机通过贯穿旋转主轴的电线与所述机身上的电源电性连接。所述直升机为使用所述扭矩臂作为驱动力，使主旋翼旋转，并升空飞行的旋翼式载人直升机。所述直升机为使用所述扭矩臂作为驱动力，使主旋翼旋转，并升空飞行的旋翼式无人直升机。本专利技术技术方案，具有如下优点：A.本专利技术中所采用的驱动电机的输出轴与主旋翼同轴，使其旋转时所产生的离心力为零或最小，采用中心距约1米的同步齿形带，从扭矩臂内部驱动螺旋桨高速旋转，拉或推动主旋翼旋转。传送带和推、拉螺旋桨的重量在一磅以下，离心力很小。拉、推螺旋桨的拉、推力乘上1米的扭矩臂半径，直接地显示为主旋翼所需要的动力扭矩：公斤-米或(N-M)。驱动电机的电力从旋转主轴输送给驱动电机，使驱动效率提高了36％，同时，直升机的机身上不设置尾桨和传动系统，使直升机机械结构简化了近40％，通过安装在扭矩臂尖端的电动螺旋桨推、拉，驱动直升机的主旋翼旋转产生升力，特别适用于轻小型直升机。B.直升机使用电动螺旋桨扭矩臂作为驱动主旋翼的动力，具有如下优点：更容易实现悬停，特别是在横风中，由于采用大的主旋翼和合适的扭矩臂，导致更多的陀螺稳定，在所有空气速度下的静态纵向稳定性更好；叶片失速的角度远离正常的飞行叶片角度，这允许跳跃起飞和快速的动态爬升操作，具有很大的安全范围；采用本专利技术实现在高海拔和高温下的垂直起降操作成为可能；主旋翼旋转速度并不重要，因本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其设置于所述主旋翼(1)的上方，且所述主旋翼(1)和扭矩臂(2)设置于同一旋转主轴(3)上，其特征在于，所述扭矩臂(2)上设有驱动电机(4)，所述驱动电机(4)的线路贯穿所述旋转主轴(3)，所述驱动电机(4)靠近所述旋转主轴(3)的轴线设置，所述扭矩臂(2)的尖端设有螺旋桨(5)，所述驱动电机(4)的输出轴与所述螺旋桨(5)形成驱动连接，用于驱动所述螺旋桨(5)高速旋转，所述螺旋桨(5)旋转产生拉或推力，驱动所述主旋翼(1)绕所述旋转主轴(3)旋转。/n
【技术特征摘要】
20181025 US US62/750,4621.一种用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其设置于所述主旋翼(1)的上方，且所述主旋翼(1)和扭矩臂(2)设置于同一旋转主轴(3)上，其特征在于，所述扭矩臂(2)上设有驱动电机(4)，所述驱动电机(4)的线路贯穿所述旋转主轴(3)，所述驱动电机(4)靠近所述旋转主轴(3)的轴线设置，所述扭矩臂(2)的尖端设有螺旋桨(5)，所述驱动电机(4)的输出轴与所述螺旋桨(5)形成驱动连接，用于驱动所述螺旋桨(5)高速旋转，所述螺旋桨(5)旋转产生拉或推力，驱动所述主旋翼(1)绕所述旋转主轴(3)旋转。
2.根据权利要求1所述的用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其特征在于，所述扭矩臂(2)的中部设有一机匣(6)，所述驱动电机(4)设置于所述机匣(6)内，所述旋转主轴(3)的上部与所述机匣(6)的下部固定连接，所述驱动电机(4)的输出轴与所述旋转主轴(3)同轴设置，并通过设置于所述扭矩臂(2)内的传动装置(7)与所述螺旋桨(5)形成驱动连接。
3.根据权利要求2所述的用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其特征在于，所述传动装置(7)包括齿形带轮(71)和齿形带(72)，所述齿形带轮(71)设置于所述机匣(6)内，所述驱动电机(4)的输出轴与所述齿形带轮(71)形成驱动连接，所述齿形带(72)的一端与所述齿形带轮(71)连接，其另一端与所述螺旋桨(5)的驱动端连接。
4.根据权利要求1所述的用于驱动直升机主旋翼旋转的电动螺旋桨扭矩臂，其特征在于，所述主旋翼(1)上方的所述旋转主轴(3)端部设有一机匣(6)，多个所述扭矩臂(2)以相同的旋转半径环绕所述机匣(6)，呈均布设置于所述机匣(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：董大为，
申请(专利权)人：董大为，
类型：发明
国别省市：美国;US
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