一种基于磁束缚力的直升机螺旋桨系统的制作方法

[0001]
本发明属于电磁动力技术领域，具体涉及一种基于磁束缚力的直升机螺旋桨系统。


背景技术：

[0002]
直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行，特别是可在小面积场地垂直起降。但是当前直升机振动和噪声较高、维护检修工作量较大、使用成本较高，速度较低，航程较短。
[0003]
传统形式的直升机螺旋桨主要采用机械连接，结构复杂。螺旋桨转速高，在连接结构中容易发生机械失效，机械疲劳现象严重。另外，机械构件之间的摩擦使直升机螺旋桨噪声大，不利于直升机在战场上的生存。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于磁束缚力的直升机螺旋桨系统，可有效降低直升机螺旋桨机械疲劳、减小噪声，显著提高直升机战场生存能力。
[0005]
一种基于磁束缚力的直升机螺旋桨，包括螺旋桨(1)、回龙型导轨(2)以及外部控制系统；
[0006]
所述回龙型导轨(2)为圆环形结构；圆环形结构上布置有多个互相独立的线圈；
[0007]
所述螺旋桨(1)的包括桨叶和环形圈；桨叶端部连接在环形圈的内圆上，环形圈上布置有多个独立的线圈；所述螺旋桨(1)安装于回龙型导轨(2)的圆环形结构内；
[0008]
所述外部控制系统用于对回龙型导轨(2)中各个线圈电流进行控制，产生交变磁场，使得螺旋桨(1)中线圈产生电流，由此为螺旋桨(1)提供悬浮力与驱动力，使得螺旋桨(1)悬浮在回龙型导轨(2)内，并在驱动力的作用下旋转。
[0009]
较佳的，所述螺旋桨(1)为四叶式。
[0010]
较佳的，所述回龙型导轨(2)分为上、中、下三层。
[0011]
较佳的，所述回龙型导轨(2)中层的半径大于上下两层。
[0012]
较佳的，所述螺旋桨(1)与回龙型导轨(2)中层同平面布置。
[0013]
进一步的，还包括为回龙型导轨(2)供电的电源装置。
[0014]
本发明具有如下有益效果：
[0015]
本发明提供了一种基于磁束缚力的直升机螺旋桨系统，属于电磁动力技术领域，电流控制系统与回龙型导轨上线圈单元相连，在其中产生交变的电流，进而产生磁场；螺旋桨叶片上的线圈，依靠电磁感应原理，受到回龙型导轨产生的磁场作用，感生出变化的电流，依靠螺旋桨叶片上线圈与回龙型导轨上线圈中的电流之间的安培力相互作用，驱动螺
旋桨叶片悬浮于回龙型导轨内，驱动力作用下旋转，进而产生升力，供给直升机运动；利用磁力束缚取代了机械传递，可以很大程度上减小机械磨损，省却了机械的高昂保养费用，极大的缓解了机械疲劳等传动机械常有的问题；通过电流来控制飞行姿态等，该螺旋桨在遭受攻击的时候拥有更好的防护能力，不容易因机械方面的问题遭受破坏，并极大降低噪声水平，使得直升机的安全性能以及战场生存能力得到了很大提高；采用电驱动，不需要航空汽油作为燃料，不存在发动机热源，在面对红外探测仪的时候具有更好的隐身性能，并且没有燃气的排放，也更符合绿色可持续发展的时代趋势。
附图说明
[0016]
图1为本发明的螺旋桨系统结构示意图；
[0017]
图2为本发明螺旋系统桨拆分图；
[0018]
图3为本发明螺旋桨系统的工作示意图；
[0019]
其中：1-螺旋桨、2-回龙型导轨、3-外层线圈、4-螺旋桨线圈。
具体实施方式
[0020]
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0021]
为了解决直升机螺旋桨机械失效现象严重的问题，并且降低螺旋桨的噪声，本发明利用磁力来取代传统动力装置来实现这一要求。首先利用磁力将螺旋桨束缚在一个悬空的状态，利用电磁线圈的作用使螺旋桨工作产生升力，并且利用对线圈电流的控制来改变螺旋桨的倾角，可以实现直升机的悬停，前进与后退等。
[0022]
本发明的技术方案是：
[0023]
(1)回龙型导轨：参考磁悬浮列车的轨道设计，将轨道布置为回龙形，可以采用多单元串联、并联的方式以提高螺旋桨的转速以及倾角。
[0024]
(2)螺旋桨：螺旋桨上布置有线圈，与轨道线圈产生的磁场相互作用，通电线圈在磁场中受安培力，驱动螺旋桨工作。
[0025]
回龙型导轨类似于磁悬浮列车的轨道设计，采用感应斥力悬浮式，三条相互平行的圆形导轨，导轨上分别部署线圈，与外部电流控制装置相连，可以依据要求控制电流的大小和流向。
[0026]
三个互相平行的线圈轴，在其上绕有多个对称的线圈单元，利用这种方式来给它们围成的空间内提供所需要的磁场。
[0027]
螺旋桨为四叶式，螺旋桨上布置线圈，利用线圈感生电流，与导轨中线圈电流产生的磁场相互作用，通电线圈在磁场中受安培力，驱动螺旋桨转动。
[0028]
参见附图1和2，基于磁束缚力的直升机螺旋桨，它包括：螺旋桨(1)、回龙型导轨(2)，螺旋桨与外层束缚单元上分别布置有线圈。螺旋桨设计为四叶式，桨叶端部设计为环形，环形圈上布置有多个单独的线圈单元(4)，作为感生电流的作用单元；外层束缚单元设计为回龙型，类似于磁悬浮列车的导轨，分为上中下三层，导轨上布置线圈(3)，与外部控制系统相连，可以根据需要控制电流的大小与方向。
[0029]
参见附图3，将外层束缚单元与外部控制系统相连，可以根据需要提供交变电流；通过控制输入电流，利用电磁感应，交变电流作用下，外层线圈(3)上产生变化的磁场，该磁
场作用下螺旋桨线圈(4)上感生出电流，螺旋桨线圈(4)可视为一个受力单元，通电的线圈在磁场内受力，当每个线圈单元受到的磁力大小与方向不同时，可以驱动螺旋桨(1)悬浮与转动。
[0030]
通过电流控制系统，在外层线圈(3)上产生交变电流i：
[0031]
i(t)＝i
1 cos(wt)
ꢀꢀ
(1)
[0032]
该交变电流作用下，产生变化的磁场b：
[0033]
b(t)＝bcos(wt)
ꢀꢀ
(2)
[0034]
交变磁场在螺旋桨线圈(4)上产生的感应电动势为：
[0035][0036]
式中，u＝sωb,可见v(t)比i(t)和b(t)落后的相位。
[0037]
把螺旋桨线圈(4)等效成为rl串联电路，则其复阻抗有效值为z＝r+jωl，阻抗为辐角
[0038]
因此线圈中的感应电流i2：
[0039][0040]
可见螺旋桨线圈(4)中感应电流比外层线圈(3)中的电流落后了的相位，即外层线圈(3)电流i(t)产生的磁场b(t)与螺旋桨线圈(4)感生的电流i2(t)产生的磁场b2(t)相位差为
[0041]
螺旋桨线圈(4)感应电流i2(t)受到b(t)的安培力作用。b(t)的方向可以分解成垂直于环面的分量和沿着环面的分量，现在我们考虑沿着环面半径分量方向的磁场的磁力。根据安培力公式有：
[0042][0043]
式中，h为螺旋桨线圈(4)半径，f0＝2πhabi2是常量，a是一个小于1的常数。上式表明，螺旋桨线圈(4)受到的竖直方向的力是随时间周期变化的，其平均磁力为：
[0044][0045]
由此可见，螺旋桨线圈(4)所收到的平均磁力不为零。故螺旋桨线圈(4)在外层线圈(3)的交变电流作用下会受到一个能够维持其悬浮状态的力。
[0046]
电流控制系统作用下，外层线圈(3)可以提供不均匀电流。根据上面的推导，外层线圈(3)中提供有交变电流的时候，螺旋桨线圈(4)中会感生出相位差为的感应电流和磁场。当电流分布不均匀的时候，切向分力的大小就不相等，会提供给螺旋桨(1)一个切向转动的驱动力。
[0047]
由上面的推论可知，而切向力f
t
＝f(t)cosθcosβ。
[0048]
式中θ为合力f与xoy平面的夹角，β为f在xoy平面上的分力与y轴的夹角。
[0049]
分析螺旋桨线圈(4)单元受到外层线圈(3)相互对称两个单元的作用力，当外层线圈(3)各部分的电流分布不均匀的时候假设ω1不等于ω2，所以有：
[0050][0051][0052]
又因为ω1≠ω2[0053]
所以有f
t2
≠f
t1
[0054]
即f
t
＝f
t2-f
t1
≠0
[0055]
所以该电磁条件下螺旋桨(1)有一个切向的力，即满足螺旋桨驱动力的要求。
[0056]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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