共轴反桨旋翼与直列发动机动力总成结构

这套动力结构的设计初衷，是适配小型低空无人飞行器的紧凑动力需求，区别于常规单旋翼带尾桨的布局，共轴反桨的旋翼结构可以抵消旋翼旋转产生的反扭矩，省去尾桨传动的整套结构，能在有限的机身尺寸下提升旋翼的气动效率，在同等起飞重量下缩短整体机身长度，更适合狭窄空间内的起降作业场景。从结构布局来看，下部的直列多缸动力单元采用立式直列排布，曲轴沿竖直方向与上部旋翼主轴直接对接，省去了传统横置发动机需要的锥齿轮换向结构，减少了动力传递路径上的机械损耗，同时也让整体动力单元的重心落在旋翼轴的中心线上，降低飞行过程中的偏航力矩。设计过程中，曲轴的配重块排布经过反复调校，每个曲拐对应的平衡重都对应活塞往复运动的惯性力做了匹配，竖直安装的工况下，曲轴的轴向承载特性和横置发动机有明显区别，设计时特意强化了主轴颈的轴向止推结构，避免旋翼升力传递到曲轴上造成轴向窜动，影响活塞与气缸壁的配合间隙。上部的共轴双旋翼采用内外嵌套的双主轴结构，内轴连接下层旋翼，外轴通过传动套连接上层旋翼，两套旋翼的旋转方向相反，桨叶的翼型采用低速高升力翼型，适合低空低速的飞行工况，桨毂部分采用简化的铰接结构，在保证桨叶变距功能的前提下，尽可能减少零件数量，降低整体结构重量。安装边界方面，整套动力单元的径向最大尺寸出现在发动机缸体部分，旋翼的直径远大于动力段的直径，安装时需要在发动机缸体外侧预留足够的散热风道，因为竖直安装的发动机缸体散热条件和横置发动机不同，自然对流的空气流向是沿竖直方向，设计时缸体的散热鳍片走向也适配了竖直方向的气流路径，避免出现局部散热不良的问题。旋翼部分的安装需要保证上下两层旋翼的桨叶在旋转过程中保持足够的安全间距，避免大载荷下桨叶变形出现打桨的问题，主轴的支撑轴承采用成对安装的角接触轴承，同时承受旋翼旋转的径向载荷和升力带来的轴向载荷，轴承的预紧力经过调校，既保证主轴的旋转精度，又不会因为预紧力过大造成轴承温升过快。这套动力结构可以直接应用在小型共轴无人直升机、低空作业旋翼飞行器上，也可以作为航空动力教学的演示结构，直观展示共轴反桨旋翼和活塞发动机的动力传递逻辑，在结构设计时，所有的连接螺栓都采用标准航空紧固件规格，方便后期维护更换，缸体和旋翼基座的连接法兰采用定位止口设计，保证装配时的同轴度，降低装配过程中的调整工作量。