一种集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统及复合式无人机

本发明属于航空航天，涉及一种集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统及复合式无人机，以三轴锥齿轮差速机构为核心传动枢纽，同时实现双动力输入汇流、多支路功率分配与机翼折叠驱动的一体化传动，属于无人机传动系统集成化、轻量化优化设计的技术范畴。

背景技术：

1、复合推进式无人机融合旋翼垂直起降与固定翼水平巡航双重优势：垂直起降阶段依托旋翼升力，无需跑道即可在舰船甲板、山地、城市楼宇等狭小场地部署；水平巡航阶段借助机翼气动升力配合推力螺旋桨，巡航速度、航程及载荷能力显著优于单一构型无人机，在物流配送、电力巡检、野外勘探、舰载察打等场景应用价值突出，是高适应性、长航时无人机的重要发展方向。

2、传动系统是动力分配与运动传递的核心，直接决定整机功重比、续航与可靠性：既要精准分配动力至主旋翼、推力螺旋桨，兼顾起降升力与巡航推力需求，又需适配不同飞行模态的转速、扭矩特性，在保证传动效率的同时降低自重，为载荷预留空间。机翼折叠能力则是提升储运便携性与场景适配性的关键——折叠后无人机体积大幅缩减，可满足舰载存储、车载转运、单兵携行需求，同时降低运输损伤风险，其驱动方案的集成度与轻量化水平已成为整机设计的核心指标。

3、当前主流复合推进式无人机普遍采用分立设计：主旋翼传动、水平推力传动与机翼折叠驱动为三套独立系统，各配专属传动链与驱动源。主旋翼传动链设专用减速机构，由主电机独立驱动；水平推力传动链需经换向、减速处理，单独铺设传输路径；机翼折叠多依赖额外增设的舵机、电动推杆或液压作动筒，部分方案甚至需为折叠机构单独配置控制器、电源与连杆。这种设计弊端显著：一是多套系统增加整机重量与零件数量，降低功重比与有效载荷，额外死重缩短续航时间；二是折叠驱动与飞行传动独立，挤占机身宝贵载荷空间，提升控制链路复杂度，增加电气干扰与信号延迟风险；三是新增执行机构引入更多单点故障节点，折叠驱动失效不仅影响储运，严重时可能干扰飞行模态切换，威胁飞行安全。此外，独立折叠机构还存在传动路径长、结构刚性弱、能耗高等问题，难以适配轻量化、高集成设计趋势，成为制约该类无人机规模化应用的瓶颈。

4、现有简化方案仍未突破“传动与折叠驱动分立”的核心局限：部分机型将折叠舵机集成于机翼根部，却仍需独立供电与控制接口；少数方案尝试利用主旋翼传动余力驱动折叠，但传动路径复杂、切换逻辑繁琐，可靠性难以保障。因此，开发集成度高、轻量化、可靠性强的传动与折叠一体化系统，已成为复合推进式无人机技术升级的关键需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明为了解决目前复合推进式无人机传动系统与机翼折叠驱动系统相互分立、结构冗余度高、整机重量与故障率偏高，且差速传动机构功能单一、未实现多场景复用的问题，提供一种集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统及复合式无人机。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，包括分别通过主电机、辅助电机提供动力且通过水平输出轴传动连接的第一节竖直轴、第二节竖直轴，主电机、辅助电机经一级锥齿轮减速换向机构传动连接在第一节竖直轴下端、第二节竖直轴上部；第一节竖直轴上端固定安装有上端锥齿轮，第二节竖直轴下端固定安装有下端锥齿轮，水平输出轴内侧端固定安装有与上端锥齿轮、下端锥齿轮啮合的横轴锥齿轮，三个锥齿轮相互啮合构成三轴锥齿轮差速单元；第二节竖直轴的顶端安装有驱动主旋翼的一级行星轮系减速机构，水平输出轴两端接入驱动螺旋桨的水平推力传动机构，水平输出轴外侧固定安装有驱动螺旋桨折叠的旋转块以及与旋转块能够解锁定位锁止的机架，旋转块底部配合安装有能实现旋转块相对机架转动的圆形导轨。

4、无人机正常飞行由主电机单独驱动，经三个锥齿轮形成的差速单元分流分别驱动主旋翼与推力螺旋桨；特定工况辅助电机启动汇流，共同驱动主旋翼；折叠工况两电机输出设定转速差，经三个锥齿轮形成的差速单元带动水平输出轴公转，驱动旋转块沿圆形导轨转动，带动机翼折叠并锁止。

5、一种复合式无人机，包括上述的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统。

6、本发明的有益效果在于：

7、1、本发明所公开的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，以单一三轴锥齿轮差速单元为核心枢纽，通过同一机构同步实现双动力输入汇流、旋翼与推力螺旋桨功率分流、机翼差动折叠驱动三重功能，彻底取消了传统设计中独立的折叠执行机构（如舵机、电动推杆等），大幅减少了零部件数量与机身内部空间占用，有效降低整机死重，显著提升无人机的功重比、有效载荷能力与续航性能。

8、2、本发明所公开的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，创新性复用差速机构的运动耦合特性，利用主电机与辅助电机的设定转速差直接输出折叠驱动力矩，省去了额外的折叠驱动源与配套传动链路，简化了整机控制逻辑，降低了单点故障概率；折叠驱动力直接源自主传动系统，扭矩传递路径短，结构刚性与传动效率显著优于分立式折叠方案，避免了独立机构传动路径长、刚性弱的缺陷。

9、3、本发明所公开的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，支持多模式动力切换：常态飞行由主电机单独驱动，保证传动效率与续航表现；起飞、爬升或重载等大功率工况下辅助电机介入汇流，可满足峰值功率需求，同时形成动力冗余，提升极端工况下的飞行安全性；通过超越离合器与离合器的配合，可实现动力支路的快速通断，工况切换响应迅速，适配垂直起降、水平巡航等多模态飞行需求。

10、4、本发明所公开的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，核心传动部件沿竖直轴线同轴布置，水平推力支路对称分布，整体受力均衡，结构刚度高，可有效抑制飞行振动；布局形式兼容多种构型的复合推进式无人机，无需大幅改动机身主体结构即可实现集成化升级，具备良好的工程适配性与推广前景。

11、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

1.一种集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，包括分别通过主电机（1）、辅助电机（17）提供动力且通过水平输出轴（102）传动连接的第一节竖直轴（9）、第二节竖直轴（22），主电机（1）、辅助电机（17）经一级锥齿轮减速换向机构分别传动连接在第一节竖直轴（9）下端、第二节竖直轴（22）上部；第一节竖直轴（9）上端固定安装有上端锥齿轮（11），第二节竖直轴（22）下端固定安装有下端锥齿轮（110），水平输出轴（102）内侧端固定安装有与上端锥齿轮（11）、下端锥齿轮（110）啮合的横轴锥齿轮（12），三个锥齿轮相互啮合构成三轴锥齿轮差速单元；第二节竖直轴（22）的顶端安装有驱动主旋翼的一级行星轮系减速机构，水平输出轴（102）两端接入驱动螺旋桨的水平推力传动机构，水平输出轴（102）外侧固定安装有驱动螺旋桨折叠的旋转块（301）以及与旋转块（301）能够解锁定位锁止的机架（306），旋转块（301）底部配合安装有能实现旋转块（301）相对机架（306）转动的圆形导轨（302）。

2.如权利要求1所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述主电机（1）输出端传动连接有主电机输入轴（4），主电机（1）输出端与主电机输入轴（4）之间设置有实现动力单向传递与反向解耦的超越离合器ⅰ（2），辅助电机（17）输出端传动连接有辅助电机输入轴（19），辅助电机17输出端与辅助电机输入轴（19）之间设置有控制辅助动力支路通断的超越离合器ⅱ（18）。

3.如权利要求2所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述主电机（1）侧的一级锥齿轮减速换向机构包括相互啮合的主动锥齿轮ⅰ（6）、从动锥齿轮ⅰ（8），主动锥齿轮ⅰ（6）固定安装在主电机输入轴（4）末端，从动锥齿轮ⅰ（8）固定安装在第一节竖直轴（9）下端。

4.如权利要求2所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述辅助电机（17）侧包括相互啮合的主动锥齿轮ⅱ（20）与从动锥齿轮ⅱ（21），主动锥齿轮ⅱ（20）固定安装在辅助电机输入轴（19）末端，从动锥齿轮ⅱ（21）固定安装在第二节竖直轴（22）上部。

5.如权利要求1所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述水平推力传动机构包括多段通过联轴套筒依次连接的水平传动长轴、连接在水平传动长轴最外端的螺旋桨端主动轴（205）、与螺旋桨端主动轴（205）啮合的螺旋桨输出轴（208），螺旋桨端主动轴（205）末端固定安装主动锥齿轮ⅲ（15），螺旋桨输出轴（208）上固定安装与主动锥齿轮ⅲ（15）正交啮合的从动锥齿轮ⅲ（16），构成末端换向减速机构，将水平方向的动力转换为竖直方向输出，驱动两侧推力螺旋桨旋转，为无人机提供水平巡航推力。

6.如权利要求1所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述一级行星轮系减速机构包括太阳轮（112）、若干均布的行星轮（105）、固定齿圈（23）与行星架（107），太阳轮（112）与第二节竖直轴（22）的顶端传动连接，各行星轮（105）通过销轴与轴承安装于行星架（107）上，同时与太阳轮（112）、固定齿圈（23）保持啮合，行星架（107）的输出端固定连接有旋翼轴（25），齿圈（23）固定安装于无人机机体框架上。

7.如权利要求6所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述行星架（107）通过背对背安装的双列圆锥滚子轴承（106）固定于无人机的机体框架上。

8.如权利要求1所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述旋转块（301）底部固定安装有旋转块滚动支座（303）与旋转块支撑（305），旋转块滚动支座（303）嵌入圆形导轨（302）的轨道槽内，沿导轨周向滚动，承担主要径向载荷；旋转块支撑（305）下端连接有滚轮（307）且通过滚轮（307）与机架（306）的上表面滚动接触，起到辅助支撑与轴向限位作用。

9.如权利要求8所述的复合推进式无人机传动系统，其特征在于，所述定位锁止结构为销钉（304），旋转块支撑（305）与机架（306）对应位置设置有定位孔，旋转块（301）带动旋转块支撑（305）转动至预设位置时销钉（304）插入对应的定位孔实现旋转块支撑（305）与机架（306）锁止。

10.一种复合式无人机，其特征在于，包括权利要求1~9任意一项所述的集成差动折叠驱动的复合推进式无人机传动系统。