CN104743102B - 用于直升机的涵道和涵道组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于直升机的涵道和一种涵道组件，包括：涵道筒体，所述涵道筒体构造成由截面为直角梯形的扩张段以及位于所述扩张段上面的且截面为半圆的唇口段，所述直角梯形的上底边长于所述直角梯形的下底边，所述直角梯形的直角边位于所述涵道筒体的外周缘上，所述扩张段的上表面与所述唇口段的下表面重合；其中，令所述扩张段的最小直径为Dt，令所述扩张段的扩张角为θd，则，所述涵道筒体的高度Cs＝0.6Dt，所述唇口段的截面的半径rlip＝0.075Dt。根据本发明实施例的用于直升机的涵道，对涵道的关键参数进行优化设计，可大大提高直升机尾桨的气动性能，减少因使用涵道带来的冗余重量。

Description

用于直升机的涵道和涵道组件
技术领域
本发明设计航空技术领域，特别是设计一种用于直升机的涵道以及具有该用于直升机的涵道的涵道组件。
背景技术
直升机涵道尾桨技术是解决直升机尾桨噪声以及提高安全性的有效措施之一。同时，优秀的涵道设计也可以提高尾桨的气动效率以弥补由于涵道本身带来的额外重量。然而，目前涵道设计过程中参数选取过于简单，导致涵道气动效率低下，还有巨大的提高空间。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种用于直升机的涵道。
本发明的另一目的在于提出一种具有该用于直升机的涵道组件。
根据本发明实施例的一种用于直升机的涵道，包括：涵道筒体，所述涵道筒体构造成由截面为直角梯形的扩张段以及位于所述扩张段上面的且截面为半圆的唇口段，所述直角梯形的上底边长于所述直角梯形的下底边，所述直角梯形的直角边位于所述涵道筒体的外周缘上，所述扩张段的上表面与所述唇口段的下表面重合；其中，令所述扩张段的最小直径为Dt，令所述扩张段的扩张角为θd，则，所述涵道筒体的高度Cs＝0.6Dt，所述唇口段的截面的半径rlip＝0.075Dt。
根据本发明实施例的用于直升机的涵道，对涵道的关键参数进行优化设计，可大大提高直升机尾桨的气动性能，减少因使用涵道带来的冗余重量。
另外，根据本发明上述实施例的用于直升机的涵道还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个示例，所述Dt∈[0.3，1.0](单位：米)。
根据本发明的一个示例，所述Dt＝0.41米。
根据本发明的一个示例，所述θd∈[10°，20°]。
根据本发明的一个示例，所述θd＝15°。
根据本发明实施例的直升机涵道组件，包括：上述任一项所述的用于直升机的涵道；和桨叶，所述桨叶设在所述用于直升机的涵道内，其中，所述桨叶的转轴与所述用于直升机的涵道的中心轴重合，所述桨叶的旋转平面与所述扩张段的最小通过面重合，所述桨叶的长度小于所述扩张段的最小直径Dt且所述桨叶的长度与所述扩张段的最小直径Dt之间的差为2δtip，其中，δtip＝0.01Dt。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的涵道组件的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的用于直升机的涵道。
如图1所示，根据本发明实施例的一种用于直升机的涵道，包括：涵道筒体。
具体地说，所述涵道筒体构造成由截面为直角梯形的扩张段11以及位于扩张段11上面的且截面为半圆的唇口段12。
扩张段11的直角梯形截面的上底边长于其下底边。扩张段11的直角梯形截面的直角边位于所述涵道筒体的外周缘上。
扩张段11的上表面与唇口段12的下表面重合。
其中，令扩张段11的最小直径为Dt，令扩张段11的扩张角为θd，则，所述涵道筒体的高度Cs＝0.6Dt，唇口段12的截面的半径rlip＝0.075Dt。
也就是说，根据本发明实施例的用于直升机的涵道，先确定扩张段11的最小直径为Dt以及扩张段11的扩张角为θd，则根据本发明实施例的用于直升机的涵道其他参数也可以相应确定。
如图1所示，所述涵道筒体的高度Cs＝0.6Dt。
扩张段11的直角梯形截面的上底边＝2rlip＝0.15Dt。
扩张段11的高度(即扩张段11的直角梯形截面的直角边的长度)Ld＝Cs-rlip＝0.45Dt。
扩张段11的直角梯形截面的下底边＝2rlip-Ld×tan(θd/2)。
根据本发明实施例的用于直升机的涵道，对涵道的关键参数进行优化设计，可大大提高直升机尾桨的气动性能，减少因使用涵道带来的冗余重量。
有利地，根据本发明的一个示例，所述Dt∈[0.3，1.0](单位：米)。进一步第，所述Dt＝0.41米。
有利地，所述θd∈[10°，20°]。进一步第，所述θd＝15°。
如图1所示，根据本发明实施例的直升机涵道组件，包括：上述任一项所述的用于直升机的涵道和桨叶20。
桨叶20设在所述用于直升机的涵道内。其中，桨叶20的转轴与所述用于直升机的涵道的中心轴重合。所述桨叶的旋转平面与扩张段11的最小通过面重合。
桨叶20的长度小于扩张段11的最小直径Dt且桨叶20的长度与扩张段11的最小直径Dt之间的差为2δtip，其中，δtip＝0.01Dt。
根据本发明实施例的用于直升机的涵道，对现有涵道加以改进，完成了关于直升机涵道关键参数的优化设计。采用自由尾迹和面元法相结合的数值算法，在涵道壁面布置奇异点来构建方程。该程序计算结果准确、效率高、适应各种不同的壁面形状。在具体设计过程中，涉及到的主要设计参数包括涵道高度Cs、唇口半径rlip、扩张段长度Ld和扩张角θd、涵道间隙δtip等。
对于任意一组设计参数，采用自由尾迹和面元法求解其气动效率和气动特性，同时采用遗传算法(Genetic Algorithm)，以气动效率作为优化目标变量，将上文提到的设计参数作为控制参数变量进行迭代优化。经过充分优化过程后，可以得到整个设计的最优解。
经计算，该涵道可以使尾桨气动效率显著提高。悬停状态下，同样桨叶布局的悬停效率和不加涵道相比，提升了27％。使用该设计大大提高了直升机尾桨的气动性能，减少了因使用涵道带来冗余重量。
与现有涵道相比，根据本发明实施例的用于直升机的涵道方案设计参数经过优化，气动效率有了显著提升。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种用于直升机的涵道，其特征在于，包括：
涵道筒体，所述涵道筒体构造成由截面为直角梯形的扩张段以及位于所述扩张段上面的且截面为半圆的唇口段，所述直角梯形的上底边长于所述直角梯形的下底边，所述直角梯形的直角边位于所述涵道筒体的外周缘上，所述扩张段的上表面与所述唇口段的下表面重合；
其中，令所述扩张段的最小直径为Dt，令所述扩张段的扩张角为θd，
则，所述涵道筒体的高度Cs＝0.6Dt，所述唇口段的截面的半径rlip＝0.075Dt。
2.根据权利要求1所述的用于直升机的涵道，其特征在于，所述Dt∈[0.3，1.0](单位：米)。
3.根据权利要求2所述的用于直升机的涵道，其特征在于，所述Dt＝0.41米。
4.根据权利要求1所述的用于直升机的涵道，其特征在于，所述θd∈[10°，20°]。
5.根据权利要求4所述的用于直升机的涵道，其特征在于，所述θd＝15°。
6.一种直升机涵道组件，其特征在于，包括：
根据权利要求1-5中任一项所述的用于直升机的涵道；和
桨叶，所述桨叶设在所述用于直升机的涵道内，其中，所述桨叶的转轴与所述用于直升机的涵道的中心轴重合，所述桨叶的旋转平面与所述扩张段的最小通过面重合，所述桨叶的长度小于所述扩张段的最小直径Dt且所述桨叶的长度与所述扩张段的最小直径Dt之间的差为2δtip，其中，δtip＝0.01Dt。
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