屬于航空飛行器、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇領(lǐng)域，具體涉及一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，旋翼飛機包括單旋翼帶尾槳式直升機、單旋翼無尾槳式直升機、共軸雙旋翼直升機、傾轉(zhuǎn)旋翼飛機和螺旋槳固定翼飛機等，電動車輛包括電氣化的汽車、軍用車輛等，螺旋槳推進船艦艇包括輪船、軍艦、潛艇等。

技術(shù)背景

在傳統(tǒng)的油-電混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中，可以使發(fā)動機保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，從而提高傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的燃油經(jīng)濟性；采用多種動力源，增加旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的動力源余度，避免由于因單一動力源故障而導(dǎo)致的傷亡事故，從而提高傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的安全性和可靠性；行星齒輪機構(gòu)的體積小、重量輕、傳動效率高，在運行過程中，發(fā)動機和電能儲存裝置通過行星齒輪機構(gòu)嚙合進行能量分配，滿足正常飛行/行駛?cè)蝿?wù)，同時回收發(fā)動機的多余能量和驅(qū)動輪/螺旋槳的制動能量，通過電動機/發(fā)電機發(fā)電存儲到電能儲存裝置中，從而提高傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的機動性，提高行駛里程；但由于機械耦合模式的選擇，傳統(tǒng)的油-電混合動力驅(qū)動系統(tǒng)需選用兩組電機：牽引電機和發(fā)電機/電動機，面臨傳動裝置復(fù)雜，機械故障易發(fā)，維修費用高等問題；同時現(xiàn)有的電能儲存裝置具有比能量較小，成本高、充電時間長、循環(huán)壽命短、電能和機械能轉(zhuǎn)換效率低等特點，因此，需要一種新的能量儲能裝置來替換傳統(tǒng)的電能儲存裝置。

本發(fā)明的一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動是由發(fā)動機、電能儲存裝置和飛輪相結(jié)合并提供動力的技術(shù)，發(fā)動機作為基本動力源，飛輪和電能儲存裝置作為輔助動力源，飛輪具有高比能量、高比功率、長循環(huán)壽命、高能量效率、快速補充能量、免維護特性和環(huán)境的友好性等特點，結(jié)合無級變速裝置將動力輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對目前的旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇，提供了一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，從而改善了旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛行/行駛性能。為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)動機，第一離合器，第一鎖定器，行星齒輪機構(gòu)，第二鎖定器，電動機/發(fā)電機，電能儲存裝置，充電裝置，飛輪制動器，飛輪，無級變速裝置，第二離合器，末端齒輪箱，驅(qū)動裝置；所述發(fā)動機將動力輸出給第一離合器，通過第一離合器嚙合將動力輸出給行星齒輪機構(gòu)中的行星齒輪支架；所述電能儲存裝置與充電裝置電連接，可從外部公用網(wǎng)絡(luò)獲取能量，電能儲存裝置與電動機/發(fā)電機電連接，電動機/發(fā)電機與行星齒輪機構(gòu)中的中心齒輪機械連接；所述第一離合器與行星齒輪結(jié)構(gòu)之間設(shè)置第一鎖定器，所述行星齒輪機構(gòu)與第二鎖定器之間設(shè)置第二鎖定器；飛輪制動器與飛輪機械連接，飛輪與無級變速裝置機械連接，無級變速裝置與第二離合器機械連接，第二離合器與行星齒輪機構(gòu)中的齒圈機械連接，動力通過行星齒輪機構(gòu)完成機械耦合后再輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動裝置。

該驅(qū)動系統(tǒng)包括多種工作模式：

發(fā)動機、電動機/發(fā)電機構(gòu)和飛輪的轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)：第一鎖定器和第二鎖定器釋放，第一離合器嚙合，第二離合器嚙合；所述發(fā)動機將動力輸出給第一離合器，通過第一離合器嚙合將動力輸出給行星齒輪機構(gòu)中的行星齒輪支架；電能儲存裝置通過充電裝置從外部公用網(wǎng)絡(luò)獲取能量，將能量通過電動機/發(fā)電機輸出給行星齒輪機構(gòu)中的中心齒輪；飛輪將動力輸出給無級變速裝置，無級變速裝置與第二離合器相連接，通過第二離合器嚙合將動力輸出給行星齒輪機構(gòu)中的齒圈，動力通過行星齒輪機構(gòu)完成機械耦合后再輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

發(fā)動機和電動機/發(fā)電機構(gòu)造的轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)：第一鎖定器和第二鎖定器釋放，第一離合器嚙合，第二離合器分離，發(fā)動機和電動機/發(fā)電機的動力相加，通過行星齒輪機構(gòu)輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

發(fā)動機和飛輪構(gòu)造的轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)：第一鎖定器釋放，第二鎖定器鎖定，第一離合器和第二離合器嚙合，發(fā)動機和飛輪的轉(zhuǎn)速相加，通過行星齒輪機構(gòu)輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

一種采用油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于旋翼飛機的驅(qū)動方法，該方法包括：

當旋翼飛機處于起飛狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于起動狀態(tài)時，第一離合器嚙合，發(fā)動機啟動并且最終保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器嚙合，第一鎖定器和第二鎖定器釋放，發(fā)動機和電動機/發(fā)電機完成轉(zhuǎn)矩耦合，并通過行星齒輪機構(gòu)將部分動力輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳，剩余動力輸出給無級變速裝置將動力存儲到飛輪中；

當旋翼飛機處于巡航飛行狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于低速行駛狀態(tài)時，第一離合器嚙合，發(fā)動機保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器嚙合，第一鎖定器釋放，第二鎖定器鎖定，發(fā)動機部分動力通過行星齒輪機構(gòu)輸出給輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳，剩余動力輸出給無級變速裝置將動力存儲到飛輪中；

當旋翼飛機處于高速飛行狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于高速行駛狀態(tài)時，第一離合器嚙合，發(fā)動機保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器嚙合，第一鎖定器釋放，第二鎖定器鎖定，發(fā)動機和飛輪完成轉(zhuǎn)速耦合，并通過行星齒輪機構(gòu)將動力輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

當旋翼飛機發(fā)動機發(fā)生故障或者進行隱蔽飛行或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于純電動行駛狀態(tài)時，第一離合器分離，發(fā)動機關(guān)閉，第二離合器嚙合，第一鎖定器鎖定，第二鎖定器釋放，電動機/發(fā)電機和飛輪通過行星齒輪機構(gòu)將動力輸出給末端齒輪箱作用于驅(qū)動輪/螺旋槳。

當旋翼飛機處于減速或制動狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于制動狀態(tài)時，第一離合器分離，發(fā)動機關(guān)閉，驅(qū)動輪/螺旋槳的制動力通過末端齒輪箱作用于行星齒輪機構(gòu)，第二離合器嚙合，第一鎖定器鎖定，第二鎖定器釋放，部分動力輸出給無級變速裝置將動力存儲到飛輪中，剩余動力輸出給電動機/發(fā)電機將能量存儲到電能儲存裝置中。

具體來說，本發(fā)明的一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，當發(fā)動機提供的能量不足時，飛輪或電能儲存裝置提供額外的動力，提高旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛行/行駛動力；當發(fā)動機提供的能量有余時，又能將多余的能量存儲到飛輪或電能儲存裝置；當發(fā)動機發(fā)生故障或者純電動行駛，飛輪和電能儲存裝置為旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇提供行駛動力。

所訴的飛輪動力系統(tǒng)：飛輪制動器、飛輪、無級變速裝置、第二離合器。當旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛輪處于正常運行狀態(tài)時，飛輪輸出能量給無級變速裝置或者從無級變速裝置中吸收能量；當旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛輪轉(zhuǎn)速過高或者飛輪出現(xiàn)故障時，發(fā)動機和電能儲存裝置繼續(xù)為驅(qū)動輪/螺旋槳提供動力滿足正常行駛，飛輪制動器輸出制動力作用于飛輪。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)采用了油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，在旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇行駛過程中既能滿足傳統(tǒng)油-電混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點，如發(fā)動機保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，提高了傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的燃油經(jīng)濟性；多種動力源可以避免因單一動力源故障而導(dǎo)致的傷亡事故，提高了傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的安全性和可靠性；行星齒輪機構(gòu)體積小、重量輕、傳動效率高，通過動力分配和耦合，提高了傳統(tǒng)旋翼飛機/電動車輛/螺旋槳推進船艦艇的機動性，增加了續(xù)航里程；又能提高傳統(tǒng)油-電混合動力驅(qū)動系統(tǒng)傳動效率，彌補傳統(tǒng)電能儲存裝置的比能量較小，成本高、充電時間長、循環(huán)壽命短、電能和機械能轉(zhuǎn)換效率低等缺點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇系統(tǒng)框架圖

圖2為本發(fā)明的旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)框架圖

圖3為本發(fā)明的單旋翼帶尾槳式旋翼飛機傳動結(jié)構(gòu)圖

圖4為本發(fā)明的單旋翼無尾槳式旋翼飛機傳動結(jié)構(gòu)圖

圖5為本發(fā)明的共軸雙旋翼式旋翼飛機傳動結(jié)構(gòu)圖

圖6為本發(fā)明的飛輪動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中：——代表電連接，代表機械連接

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行進一步說明。

請參照圖1，在本實施例中，一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，系統(tǒng)框架圖中的行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪支架、中心齒輪、齒圈分別連接發(fā)動機的輸出端、電動機/發(fā)電機的輸入/出端，飛輪的輸入/出端以及末端齒輪箱的輸入端，其中連接方式較多，本發(fā)明僅以其中一種作為說明，其余連接方式均落入本專利的保護范圍。

請參照圖2，在本實施例中，一種面向旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機1，第一離合器2，第一鎖定器3，行星齒輪機構(gòu)4,5,6，所訴第一離合器2安裝在發(fā)動機1和行星齒輪機構(gòu)4,5,6之間，所訴第一鎖定器3安裝在安裝在行星齒輪機構(gòu)4,5,6行星齒輪支架4上，第二鎖定器7，電動機/發(fā)電機8，所訴第二鎖定器7安裝在電動機/發(fā)電機8和行星齒輪機構(gòu)4,5,6之間，電能儲存裝置9，充電裝置10，飛輪制動器11，飛輪12，無級變速裝置13，第二離合器14，所訴第二離合器14安裝在無級變速裝置13和行星齒輪機構(gòu)4,5,6之間，末端齒輪機構(gòu)15，驅(qū)動輪/螺旋槳16。

當旋翼飛機處于起飛狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于起動狀態(tài)時，第一離合器2嚙合，發(fā)動機1啟動并且最終保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器14嚙合，第一鎖定器3和第二鎖定器7釋放，發(fā)動機1和電動機/發(fā)電機8完成轉(zhuǎn)矩耦合，并通過行星齒輪機構(gòu)4,5,6將部分動力輸出給末端齒輪箱15作用于驅(qū)動輪/螺旋槳16，剩余動力輸出給無級變速裝置13將動力存儲到飛輪12中；

當旋翼飛機處于巡航飛行狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于低速行駛狀態(tài)時，第一離合器2嚙合，發(fā)動機1保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器14嚙合，第一鎖定器3釋放，第二鎖定器7鎖定，發(fā)動機1部分動力通過行星齒輪機構(gòu)4,5,6輸出給輸出給末端齒輪箱15作用于驅(qū)動輪/螺旋槳16，剩余動力輸出給無級變速裝置13將動力存儲到飛輪12中；

當旋翼飛機處于高速飛行狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于高速行駛狀態(tài)時，第一離合器2嚙合，發(fā)動機1保持運行在理想運行曲線狀態(tài)，輸出動力，第二離合器14嚙合，第一鎖定器3釋放，第二鎖定器7鎖定，發(fā)動機1和飛輪12完成轉(zhuǎn)速耦合，并通過行星齒輪機構(gòu)4,5,6將動力輸出給末端齒輪箱15作用于驅(qū)動輪/螺旋槳16。

當旋翼飛機發(fā)動機發(fā)生故障或者進行隱蔽飛行或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于純電動行駛狀態(tài)時，第一離合器2分離，發(fā)動機1關(guān)閉，第二離合器14嚙合，第一鎖定器3鎖定，第二鎖定器7釋放，電能儲存裝置9和飛輪12通過行星齒輪機構(gòu)4,5,6將動力輸出給末端齒輪箱15作用于驅(qū)動輪/螺旋槳16。

當旋翼飛機處于減速或制動狀態(tài)或電動車輛/螺旋槳推進船艦艇處于制動狀態(tài)時，第一離合器2分離，發(fā)動機1關(guān)閉，驅(qū)動輪/螺旋槳16的制動力通過末端齒輪箱15作用于行星齒輪機構(gòu)4,5,6，第二離合器14嚙合，第一鎖定器3鎖定，第二鎖定器7釋放，部分動力輸出給無級變速裝置13將動力存儲到飛輪12中，剩余動力輸出給電動機/發(fā)電機8將能量存儲到電能儲存裝置9中。

請參照圖3，在本實施例中，一種面向單旋翼帶尾槳式旋翼飛機的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)圖。

請參照圖4，在本實施例中，一種面向單旋翼無尾槳式旋翼飛機的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)圖。

請參照圖5，在本實施例中，一種面向共軸雙旋翼式旋翼飛機的油-電-飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)圖。

請參照圖6，在本實施例中，所訴的飛輪動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：飛輪制動器11、飛輪12、無級變速裝置13、第二離合器14。當旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛輪處于正常運行狀態(tài)時，飛輪輸出能量給無級變速裝置或者從無級變速裝置中吸收能量；當旋翼飛機、電動車輛和螺旋槳推進船艦艇的飛輪轉(zhuǎn)速過高或者飛輪出現(xiàn)故障時，發(fā)動機繼續(xù)為驅(qū)動輪/螺旋槳提供動力滿足正常行駛，飛輪制動器輸出制動力作用于飛輪。

上述幾個實施方式只是對本設(shè)計思路的簡單框圖和文字描述，而不是對發(fā)明設(shè)計思路的限制，任何不超出本專利思路的系統(tǒng)裝置和運行模式的組合，增加或修改，尤其是本混合動力的驅(qū)動方式，均落入本專利的保護范圍。