CN102975850B - 用于从旋翼叶片中的内部致动器消散热量的系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于从旋翼叶片中的内部致动器消散热量的系统，其包括：致动器；盖，其形成旋翼叶片的部分翼型表面；及具有冷凝器端和蒸发器端的热管；其中，热管设置为从致动器向盖传递热量。热管具有坡度，从而在旋翼叶片的旋转中产生的离心力促进热管内的冷凝工作液从冷凝器端向热管的蒸发器端移动。
Description
技术领域
本申请涉及从旋翼叶片内部消散热量。
背景技术
为了在飞行中对旋翼叶片进行空气动力学改变，因此可能期望在旋翼叶片内设有主动元件。举例来说，主动元件可包括设置为驱动旋翼叶片襟翼的致动器。旋翼叶片设计中的一个挑战在于如何有效地移除由致动器产生的热量，从而确定旋翼叶片结构不被致动器产生的热量危害。
尽管旋翼叶片设计已经有了显著的进步，但仍然存在改进的空间。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用于从旋翼叶片中的内部致动器消散热量的系统。
一种用于旋翼叶片的系统，该系统包括：致动器；盖，其形成旋翼叶片的部分翼型表面；及具有冷凝器端和蒸发器端的热管；其中，热管设置为从致动器向盖传递热量。
还包括：与致动器热接触的散热器。
其中，致动器设置为在运行时产生热量。
还包括：旋翼叶片上的后缘襟翼；其中，致动器设置为在驱动后缘襟翼时产生热量。
其中致动器包括线性马达定子。
其中，热管的蒸发器端比热管的冷凝器端更靠近旋翼叶片的末端，由此允许离心力促进冷凝工作液从冷凝器端转移到蒸发器端，离心力由旋翼叶片的旋转产生。
其中，热管是成角度的，从而离心力促进冷凝工作液从热管的冷凝器端转移到蒸发器端，离心力由旋翼叶片的旋转产生。
其中，热管与鞍部热接触，鞍部可拆除地连接到盖上。
其中，盖具有外部表面，在旋翼叶片运行时，外部表面暴露于气流中，从而气流用于促进将热量从盖带到周围空气中。
其中，热管的蒸发器端位于热管的冷凝器端之下。
其中，热管的冷凝器端位于热管的蒸发器端之下。
一种用于飞行器的旋翼叶片，该旋翼叶片包括：翼型外壳；主动元件；设置为操控主动元件的致动器；及设置为促进热量从致动器传递给翼型外壳的热管。
其中，热管具有坡度，从而在旋翼叶片的旋转中产生的离心力促进热管内的冷凝工作液从冷凝器端向蒸发器端移动。
其中，热管的冷凝器端与盖热耦合，盖具有形成部分翼型外壳的外部表面。
其中，盖形成翼型外壳的上部外表面的一部分。
其中，盖形成翼型外壳的下部外表面的一部分。
其中，热管中部具有曲面，从而热管的冷凝器端与由翼型外壳限定的翼型表面的一部分对齐。
其中，热管的冷凝器端比热管的蒸发器端更靠近旋翼叶片的根部。
其中，热管的蒸发器端连接到散热器上，该散热器覆盖致动器。
其中，热管的冷凝器端具有通向翼型外壳的热通路。
本申请的系统具有显著的优点，包括：(1)提供了一种利用热管从旋翼叶片中的致动器移除热量的系统；及(2)利用旋翼叶片的离心力来帮助冷凝液从热管的冷凝器端移动到蒸发器端。
附图说明
作为本发明的系统的特点的新颖性特征在随附权利要求中列出。然而，结合附图参考下述详细说明，将更好地理解系统本身、使用的优选方式以及其他目的和优点，附图中：
图1是根据本申请的飞行器的侧视图；
图2是根据本申请的优选实施方式的旋翼叶片的俯视图；
图3是根据本申请的优选实施方式的旋翼叶片的部分俯视图；
图4是沿图3中的剖面线4-4截取的剖视图；
图5是沿图3中的剖面线5-5截取的剖视图；
图6是根据本申请的优选实施方式的系统的立体图；
图7是根据本申请的优选实施方式的系统的俯视图。
具体实施方式
本申请的方法容易受到不同修改和替代形式的影响，其具体实施方式已经以示例的方式在附图中示出，并且在本文中被详细描述。然而，应该理解的是，本文的具体实施方式的说明不在于将本发明限制在公开的具体方法以内，正好相反，这些说明涵盖所有落入由随附权利要求限定的本申请的方法的精神和范围内的修改、等同物和替代方式。
下文描述了本申请的系统的示例性实施方式。为清楚起见，本说明书并未描述实际实施方式的所有特征。当然，应该意识到在任何这种实际实施方式的研发中，必须做出众多具体实施方式的决定以实现研发者的具体目标，例如与系统相关和商业相关的限制兼容，这将在各种实施方式之间有所不同。此外，应该意识到，这样的研发努力可能是复杂且耗时的，但仍然在获益于本公开文本的本领域内技术人员的常规技能之内。
在说明书中，由于在附图中示出了设备，将参考不同元件之间的空间关系以及元件的不同方位的空间朝向。然而，如本领域技术人员在完整地阅读本申请之后所认识的那样，本文描述的设备、元件、装置等可位于任何期望的朝向。因此，由于本文描述的设备可朝向任何期望的方向，使用诸如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”的术语以及其他类似术语来描述不同组件之间的空间关系或描述这些组件的方位的空间朝向应该分别被理解为描述组件之间的相对关系或这些组件的方位的空间朝向。
本申请的系统使用热管作为传热设备，以移除由位于旋翼叶片内的致动器产生的热量。典型的热管由导热材料(例如铜或铝)制成的密闭中空管组成。热管在充满气相工作液的热管的剩余部分使用相对少量的“工作液”或冷却液(例如水、乙醇或汞)。通过热蒸汽工作液从蒸发器端快速转移到冷凝器端，使热量从热管蒸发器端传导到相对的热管冷凝器端。
此外，对热管的蒸发器端进行加热将使得热管内处于蒸发器端的工作液转化成蒸汽，由此增加热管内的蒸汽压力。由工作液的蒸发而吸收的蒸发潜热降低了热管蒸发器端的温度。此外，热管蒸发器端的压力高于热管冷凝器端的平衡蒸汽压力。该压力差使得热蒸发的工作液从蒸发器端大规模地转移到热管的冷凝器端，蒸汽在冷凝器端凝结，由此释放其潜热并加热热管的冷凝器端。随后，凝结的工作液流回热管的蒸发器端。
然而，在将冷凝工作液从热管的冷凝器端移动到蒸发器端时所遇到的困难可能限制热管的长度。因此，在一些例子中，热管中可包含管芯，该管芯通过毛细作用将工作液返回到蒸发器端。这种管芯通常由烧结到热管壁内的金属粉末制成，但也可以是任何能够浸入工作液的材料。管芯可有助于使冷凝工作液返回到蒸发器端；然而，由于在将冷凝液返回到热管蒸发器端中遇到的困难，对热管长度的限制仍然存在。
例如，引力的存在或不存在能够阻碍或协助冷凝工作液从热管的冷凝器端移动到蒸发器端。这种引力限制通常由热管的朝向决定。在热管的蒸发器端向下垂直朝向的情况下，移动由重力辅助。出于该原因，当热管垂直朝向且蒸发器端位于冷凝器端之下时，热管可以是最长的。当热管垂直朝向且蒸发器端位于冷凝器端之上时，热管的长度通常被限制。在该朝向时，引力将冷凝液吸引到热管的冷凝器端而不是蒸发器端。
因此，热管的长度可以成为设计限制。在于2009年1月12日提交的美国专利申请号为12/352,301的美国专利中，通过连续地将多个热管彼此纵向接近的方式来寻求最大化有效热管长度，通过引用将该专利并入本文中。
本申请的系统包括旋翼飞行器的旋翼叶片中的热管。热管设置为利用由旋翼叶片旋转所产生的离心力来促进从热管的冷凝器端到热管的蒸发器端的液体移动。在一种实施方式中，热管设置为利用离心力来促进从热管的冷凝器端到热管的蒸发器端的液体移动，从而热管长度可以足够长，以使得热管能够连接到散热器结构的多个区域。在一种实施方式中，热管的朝向使得热管的冷凝器端位于热管的蒸发器端之下，但热管的设置方式促进了从热管的冷凝器端到热管的蒸发器端的液体移动，从而克服了引力对热管内的液体移动的负面影响。
参考图1，示出了飞行器101。飞行器101包括机身103、起落装置105和尾桁107。飞行器101是具有多个旋翼叶片109的旋翼飞行器。飞行器101被示为传统的旋翼飞行器；然而，应该意识到，飞行器101可以是多种飞行器类型，举例来说，包括倾转旋翼飞行器、自转旋翼机(gyrocopter)、无人旋翼飞行器。
现在参考图2，示出了旋翼叶片109。应该意识到，尽管示出了单个旋翼叶片109，但飞行器101可具有多个旋翼叶片。旋翼叶片109与旋翼毂123连接，旋翼毂123可操作地连接到主轴，从而旋翼叶片109以旋转方向121旋转。在运行中，旋翼叶片109的旋转产生离心力(CF)111。离心力(CF)111大体上平行于旋翼叶片109的翼展方向。应该意识到，离心力(CF)111的方向和大小可根据飞行器101的具体飞行状态而不同。在所示实施方式中，旋翼叶片109可包括后缘襟翼125，其是由致动器129(在图3中示出)驱动的主动襟翼。致动器盖127设置为散热盖，其具有暴露的形成旋翼叶片109的部分翼型表面的外部表面。旋翼叶片109具有围绕内部旋翼叶片结构的翼型外壳。旋翼叶片109包括前缘113、后缘115、根部端119和末端117。旋翼叶片109可以具有多种翼型。例如，旋翼叶片109可具有扭角，从而根部端119的攻角大于末端117的攻角。为清楚起见，旋翼叶片109被示为具有0扭角。
在所示实施方式中，后缘襟翼125可以由致动器129以极快的速度驱动。例如，后缘襟翼125可在旋翼叶片109绕旋转主轴的单次旋转中被驱动一次或多次。致动器129驱动后缘襟翼125通常在致动器129附近产生大量的热量。为了确保致动器129的正常功能和长寿命以及旋翼叶片109的结构，重要的是帮助移除热量。应该意识到，后缘襟翼125仅仅是可由致动器129驱动的多种主动元件中的一种的实例。
现在参考图3-7，致动器129可以是多种运动驱动装置。例如，致动器129可以是任意数量的电动马达、液压装置、气动马达。在优选实施方式中，致动器129包括两个分离的电动直线马达，每个马达具有定子130。两个定子130位于散热器133内。散热器133优选地由导热材料制成，例如铝。散热器133设置为结构上支撑定子130并吸收定子130产生的热量。
多个热管131设置为提供从散热器133到致动器盖127的有效热传递。每个热管131包括蒸发器端147和冷凝器端145。蒸发器端147与散热器133热接触。导热硅脂139可用于促进蒸发器端147和散热器133之间的热接触。冷凝器端145通过鞍部135与致动器盖127热接触。冷凝器端145优选地焊接到鞍部135上。鞍部135优选地为导热材料，例如铜或铝。致动器盖127包括用于接收每个鞍部135的槽，每个槽略大于每个鞍部135。诸如紧固件137的紧固件可用于连接鞍部135和致动器盖127。导热硅脂可用于促进鞍部135和致动器盖127之间的热接触。
在运行时，每个热管131将热量从散热器133转移到致动器盖127，然后热量可消散到周围空气中。此外，致动器盖127的外部表面之上的气流用于进一步从致动器盖127上带走热量。在优选实施方式中，致动器盖127由质量轻并且有高热传导性的材料制成，例如铝。
每个热管131以与旋翼叶片109的翼展方向成角度141的方式设置，从而离心力(CF)111促进冷凝液从冷凝器端145移动到蒸发器端147。热管131设置为具有斜面，从而离心力(CF)111促进冷凝工作液从冷凝器端145返回到蒸发器端147。在所示实施方式中，角度141大约为10-12°；然而，应该意识到，角度141可以是任何角度，只要足以允许离心力(CF)111促进冷凝工作液从冷凝器端145返回到蒸发器端147。每个热管131以角度143设置。在所示实施方式中，角度143大约为10°；然而，应该意识到，其他实施方式中角度143可以不为10°。角度143由大约位于热管131中部的曲面149形成。曲面149的角度的设置使得冷凝器端145能够大约符合致动器盖的表面，因此与鞍部135具有最大接触面积。此外，曲面149的角度的设置还使得蒸发器端147与散热器133具有最大接触面积。旋翼叶片109的厚度和弯曲度可能影响曲面149的具体角度。例如，与上部和下部翼型表面之间的具有大厚度的旋翼叶片相比，上部和下部翼型表面之间的具有小厚度的旋翼叶片可具有较小的角度143。
在所示实施方式中，致动器盖127的外部表面形成旋翼叶片109的上翼型表面；然而，在替代实施方式中，致动器盖127的外部表面可形成下部翼型表面。如本文所描述的，由于冷凝工作液需要克服重力，不希望热管的蒸发器端位于热管的冷凝器端之上。然而，本申请的系统可利用离心力(CF)111来克服不期望的重力。
本申请的系统具有显著的优点，包括：(1)提供了一种利用热管从旋翼叶片中的致动器移除热量的系统；及(2)利用旋翼叶片的离心力来帮助冷凝液从热管的冷凝器端移动到蒸发器端。
上文中公开的具体实施方式仅仅是示例性的，本申请可被修改并以不一样但等同的方式实施，这对受益于本文教导的本领域内技术人员来说是显而易见的。此外，本文不在于限制本文示出的结构或设计的详细情况，除了权利要求所述的。显然上文中公开的具体方法可被改变或修改，并且所有的这些变化被认为落入本发明的范围和精神内。因此，本文所寻求的保护如权利要求所列。显而易见，已经描述和展示了一种具有众多显著优点的系统。尽管本申请的系统以有限数量的形式示出，但并不限于这些形式，在不脱离其精神的情况下，容易做出各种改变和修改。
Claims (18)
1.一种用于旋翼叶片的系统，该系统包括：
致动器；
盖，其形成旋翼叶片的部分翼型表面；及
具有冷凝器端和蒸发器端的热管；
其中，热管设置为从致动器向盖传递热量；
其中，热管是成角度的，从而离心力促进冷凝工作液从热管的冷凝器端
转移到蒸发器端，离心力由旋翼叶片的旋转产生。
2.如权利要求1的系统，还包括：与致动器热接触的散热器。
3.如权利要求1的系统，其中，致动器设置为在运行时产生热量。
4.如权利要求1的系统，还包括：
旋翼叶片上的后缘襟翼；
其中，致动器设置为在驱动后缘襟翼时产生热量。
5.如权利要求1的系统，其中致动器包括线性马达定子。
6.如权利要求1的系统，其中，热管的蒸发器端比热管的冷凝器端更靠近旋翼叶片的末端，由此允许离心力促进冷凝工作液从冷凝器端转移到蒸发器端，离心力由旋翼叶片的旋转产生。
7.如权利要求1的系统，其中，热管与鞍部热接触，鞍部可拆除地连接到盖上。
8.如权利要求1的系统，其中，盖具有外部表面，在旋翼叶片运行时，外部表面暴露于气流中，从而气流用于促进将热量从盖带到周围空气中。
9.如权利要求1的系统，其中，热管的蒸发器端位于热管的冷凝器端之下。
10.如权利要求1的系统，其中，热管的冷凝器端位于热管的蒸发器端之下。
11.一种用于飞行器的旋翼叶片，该旋翼叶片包括：
翼型外壳；
主动元件；
设置为操控主动元件的致动器；及
设置为促进将热量从致动器传递给翼型外壳的热管；
其中，热管具有坡度，从而在旋翼叶片的旋转中产生的离心力促进热管内的冷凝工作液从冷凝器端向蒸发器端移动。
12.如权利要求11的旋翼叶片，其中，热管的冷凝器端与盖热耦合，盖具有形成部分翼型外壳的外部表面。
13.如权利要求12的旋翼叶片，其中，盖形成翼型外壳的上部外表面的一部分。
14.如权利要求12的旋翼叶片，其中，盖形成翼型外壳的下部外表面的一部分。
15.如权利要求11的旋翼叶片，其中，热管中部具有曲面，从而热管的冷凝器端与由翼型外壳限定的翼型表面的一部分对齐。
16.如权利要求11的旋翼叶片，其中，热管的冷凝器端比热管的蒸发器端更靠近旋翼叶片的根部。
17.如权利要求11的旋翼叶片，其中，热管的蒸发器端连接到散热器上，该散热器覆盖致动器。
18.如权利要求11的旋翼叶片，其中，热管的冷凝器端具有通向翼型外壳的热通路。
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