CN107031850B - 能变几何形状涵道风扇及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种能变几何形状涵道风扇以及用于使用能变几何形状涵道风扇来增加飞机在竖直飞行模式和水平飞行模式中的空气动力学效率的方法，该能变几何形状涵道风扇可包括：空气导管，具有纵向轴线，该空气导管包括能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在入口下游能转动地安装在空气导管内，风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；以及能变面积喷嘴，在风扇下游耦接于空气导管，该能变面积喷嘴包括能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部。

Description

能变几何形状涵道风扇及相关方法
技术领域
本公开总体上涉及用于空中飞行器(air vehicle，飞行器，航空器)的涵道风扇(ducted fan，导管风扇)，并且更具体地，涉及用于竖直起落(vertical take-off andlanding，垂直起降)空中飞行器的能变几何形状涵道风扇。
背景技术
涵道风扇空中飞行器可包括至少一个涵道风扇、以及位于涵道风扇的空气导管内部的用于驱动风扇的发动机。涵道风扇空中飞行器可具有向前飞行和静止悬停的能力。例如，涵道风扇已知被用于竖直起落(“VTOL”)空中飞行器。但是，虽然涵道风扇可实现水平飞行和竖直飞行两者，传统设计要求用于每种飞行模式(例如，水平飞行和竖直飞行)的设计特征的妥协，以便以平衡的方式满足总的空气动力学性能要求。许多约束排除了使每种操作飞行模式中的空气动力学效率最大化的设计。因而，两种飞行模式的空气动力学效率受到损害。
因此，本领域技术人员在涵道风扇推进领域继续研究和开发工作。
发明内容
在一个实例中，所公开的能变几何形状涵道风扇可包括：空气导管，具有纵向轴线，该空气导管包括能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在空气导管内，所述风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于空气导管，所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部(exhaust，排放装置)。
在另一实例中，所公开的飞行器可包括飞行器本体、以及耦接于所述飞行器本体的至少一个能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变几何形状涵道风扇能在大致竖直定向与大致水平定向之间转动，并且其中，所述能变几何形状涵道风扇包括：空气导管，具有纵向轴线，所述空气导管包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内，所述风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部。
在另一实例中，所公开的方法可包括以下步骤：(1)将能变几何形状涵道风扇定位在大致竖直定向或大致水平定向中的一个中，所述能变几何形状涵道风扇包括：空气导管，包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，并且所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的排放部；(2)以下步骤中的一个：当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致竖直定向中以用于竖直飞行时，使所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的纵向轴线扩张以增大所述排放部的排放面积，或者当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致水平定向中以用于水平飞行时，使所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的所述纵向轴线收缩以减小所述排放部的所述排放面积；(3)通过所述入口将空气抽入所述能变几何形状涵道风扇中；(4)使所述空气移动通过所述能变面积喷嘴；以及(5)通过所述排放部使所述空气从所述能变几何形状涵道风扇离开，以根据所述能变几何形状涵道风扇的定向产生适于实现所述竖直飞行或所述水平飞行中的一个的推力。
所公开的设备和方法的其它实例将从以下的详细描述、附图和所附的权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1是设置有能变几何形状涵道风扇的飞机的一个实例的示意性立体图，其中能变几何形状涵道风扇处于竖直飞行模式；
图2是设置有能变几何形状涵道风扇的飞机的示意性立体图，其中能变几何形状涵道风扇处于水平飞行模式；
图3是所公开的能变几何形状涵道风扇的一个实例的示意性立体图；
图4是所公开的能变几何形状涵道风扇的一个实例的截面形式的示意性侧面正视图；
图5是所公开的能变几何形状涵道风扇的空气导管的导管壁的一个实例的截面形式的示意性侧面正视图；
图6是所公开的能变几何形状涵道风扇的一个实例的示意性后视立体图，其被示出为具有能变面积喷嘴的一个实例，该能变面积喷嘴收缩以减小所公开的能变几何形状涵道风扇的排放面积；
图7是所公开的能变几何形状涵道风扇的一个实例的示意性后视立体图，其被示出为具有能变面积喷嘴的一个实例，该能变面积喷嘴扩张以增大所公开的能变几何形状涵道风扇的排放面积；
图8是能变面积喷嘴的踏板的一个实例的截面形式的示意性侧面正视图，其被示出为径向地向内枢转以减小所公开的能变几何形状涵道风扇的排放面积；
图9是能变面积喷嘴的踏板的一个实例的截面形式的示意性侧面正视图，其被示出为径向地向外枢转以增大所公开的能变几何形状涵道风扇的排放面积；
图10是所公开的能变几何形状涵道风扇的能变面积喷嘴的两个踏板的示意性顶部立体图；
图11是所公开的能变几何形状涵道风扇的致动系统的一个实例的示意性局部侧面正视图；
图12是所公开的用于使用所公开的能变几何形状涵道风扇增加飞机在竖直飞行模式和水平飞行模式中的空气动力学效率的方法的一个实例的流程图；
图13是飞机生产和服务方法的框图；以及
图14是飞机的示意性示图。
具体实施方式
以下的详细描述参考附图，附图示出了在本公开中描述的实施方式或实现方式的特定实例。具有不同的结构和操作的其它实例不脱离本公开的范围。相同的附图标记可指代不同附图中的相同元件或部件。
在图14中，参照上文所提及的，连接各个元件和/或部件的实线(如果有的话)可表示机械的、电的、流体的、光学的、电磁的和其它耦接和/或上述的组合。如本文所用的，“耦接”意味着直接地以及间接地关联。例如，构件A可与构件B直接关联、或可例如经由另一构件C而间接地与构件B关联。应理解的是，并非各个公开的元件之间的所有关系都必须被示出。因此，还可能存在除了框图中所示出的那些耦接之外的耦接。连接表示各个元件和/或部件的方框的虚线(如果有的话)代表在功能和目的方面与由实线表示的耦接类似的耦接；但是，由虚线代表的耦接可选择性地被提供或可涉及本公开的可替代实例。同样地，用虚线代表的元件和/或部件(如果有的话)表示本公开的可替代实例。以实线和/或虚线所示的一个或多个元件可在不脱离本公开的范围的情况下从特定实例中省去。环境元件(如果有的话)用虚线代表。为了清楚起见，还可能示出了虚拟的(假想的)元件。本领域技术人员将理解的是，图14所示的特征中的一些可以各种方式组合，而无需包括图14、其它附图、和/或所附的公开内容中所描述的其它功能，即使这种组合或这些组合未在本文中明确地说明。类似地，附加的特征不限于所提出的实例，而是可与本文示出和描述的特征中的一些或全部相组合。
在图12和13中，参照上文所提及的，方框可代表操作和/或操作的部分，并且连接各个方框的线不意味着操作或操作的部分的任何特定次序或从属关系。由虚线代表的方框表示可替代的操作和/或操作的部分。连接各个方框的虚线(如果有的话)代表操作的或操作的部分的可替代从属关系。将理解的是，并非各个公开的操作之间的所有从属关系都必须表现。描述了所阐述的方法的操作的图12和13及所附的公开内容不应被诠释成必然确定了操作待执行的顺序。相反，虽然指出了一个说明性的次序，但是应当理解的是，操作的顺序可在合适时更改。相应地，某些运算可以不同的次序或同时地执行。此外，本领域技术人员将理解的是，并非所有被描述的操作都需要执行。
除非另有说明，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作为标签，而并非旨在对这些术语涉及的项强加次序的、位置的或层级的要求。此外，对“第二”项的引用并不要求或排除具有更小编号的项(例如，“第一”项目)和/或具有更大编号的项(例如，“第三”项)的存在。
本文中对“实例”、“一个实例”、“另一实例”或类似的语言的引用意味着结合该实例所描述的一个或多个特性、结构、或特征包含在至少一个实施方式或实现方式中。因而，本公开全文中的短语“在一个实例中”、“作为一个实例"和类似语言可以(但并非一定)涉及相同的实例。下面提供了根据本公开的主题的说明性而非穷举性实例，这些实例可能(但并非一定)被要求保护。
参照图1和2，公开了设置有所公开的能变几何形状涵道风扇200的飞机100的一个实例。通常，飞机100可以是任何空中飞机，其利用至少一个能变几何形状涵道风扇200来产生适于实现飞行的推力。作为一个实例，并且如图1和2所示，飞机100是固定翼飞机。飞机100可以是有人驾驶或无人驾驶的(例如，无人驾驶空中飞机(“UAV”))。飞机100可包括飞行器本体102。作为一个实例，飞行器本体102包括机身108、机翼104、以及一个或多个稳定器106(例如，竖直稳定器和/或水平稳定器)。作为一个实例，一个能变几何形状涵道风扇200安装于机翼104中的每一个的端部处。也可考虑能变几何形状涵道风扇200的其它安装位置和/或构造，例如安装于机翼104中的每一个上的中间位置、封装在机翼104中的每一个内等。
飞机100能够竖直起落(“VTOL”)，从而飞机100可以竖直地悬停(hover)、起飞、以及着陆(例如，VTOL飞机)。因而，飞机100可以水平轴向飞行模式和竖直轴向飞行模式(例如，悬停、竖直起飞、以及竖直着陆)两者运行。飞机100还可能够有其它运行模式，例如传统的起飞和着陆(“CTOL”)、短距起落(“STOL”)和/或短距起飞与竖直着陆(“STOVL”)。
飞机100被构造成使能变几何形状涵道风扇200在大致竖直定向(如图1中所示)与大致水平定向(如图2中所示)之间移动(例如，倾斜或转动)。因此，能变几何形状涵道风扇200能在能变几何形状涵道风扇200被定位成大致竖直的竖直飞行模式与能变几何形状涵道风扇200被定位大致水平的水平飞行模式之间转动。作为一个实例，并且如图1和2所示，能变几何形状涵道风扇200可以可转动地耦接于机翼104中的每一个(例如，每个机翼104的端部)，并且飞机100可使能变几何形状涵道风扇200倾斜成大致竖直以用于VTOL(图1)、并可使能变几何形状涵道风扇200水平(例如，向前)倾斜成大致水平以用于水平翼载飞行(wing-borne flight)(图2)，同时机翼104保持固定在位。作为一个实例(未明确地示出)，能变几何形状涵道风扇200可固定地耦接于机翼104中的每一个，并且飞机100可使整个机翼组件(例如，机翼104和能变几何形状涵道风扇200)在竖直飞行定向与水平飞行定向之间倾斜。
虽然图1和2所示的示例性飞机100包括两个能变几何形状涵道风扇200，但是在其它未示出的实例中，飞机100可包括仅一个能变几何形状涵道风扇200、或多于两个的能变几何形状涵道风扇200。此外，飞机100的其它实例可包括附加类型的推进装置(例如，喷气发动机、涡轮风扇发动机、动力转子(powered rotor)等)，所述附加类型的推动装置附加于能变几何形状涵道风扇200或与能变几何形状涵道风扇组合地使用。
参照图3，并且参照图1和2，公开了用于飞机100的能变几何形状涵道风扇200的一个实例。能变几何形状涵道风扇200被设计成在悬停飞行(例如，竖直飞行)和高速巡航飞行(例如，以达到大约350哩/小时(knot)的速度的水平飞行)两者中实现高空气动力学效率。如本文将更详细描述的，能变几何形状涵道风扇200包括能变的(例如，可修改的)排放几何形状，该能变的排放几何形状被构造成在特定的飞行模式(例如，竖直飞行或水平飞行)期间优化风扇气流。改变排放几何形状改变了排放面积。能变几何形状涵道风扇200包括固定的入口几何形状，该固定的入口几何形状被构造成在悬停模式中产生大量的推力、在高速巡航模式中具备低的表面速度、并且在竖直飞行模式与水平飞行模式之间的转换期间是无分离的。
参照图4，并且参照图3，能变几何形状涵道风扇200包括空气导管202、位于空气导管202内部的风扇204、以及耦接于空气导管202的能变面积喷嘴236。能变几何形状涵道风扇200包括总长度L1。空气导管202包括长度L2，该长度限定能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的一部分。能变面积喷嘴236包括长度L3，该长度限定能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的一部分。作为一个特定的非限制性实施方式，能变面积喷嘴236的长度L3为能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之三十。作为一个特定的非限制性实施方式，能变面积喷嘴236的长度L3为能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之三十五。作为一个特定的非限制性实施方式，能变面积喷嘴236的长度L3为能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之四十。作为一个特定的非限制性实施方式，能变面积喷嘴236的长度L3为能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之四十五。
空气导管202包括大致圆柱形的本体，该本体包括导管壁216、入口(例如，第一)端208、以及纵向地与入口端208相对的出口(例如，第二)端212(图4)。位于空气导管202的入口端208处的大致圆形的入口孔或开口形成空气导管202的入口206。入口206还涉及(限定)能变几何形状涵道风扇200的入口(例如，能变几何形状涵道风扇200的入口206)。位于空气导管202的出口端212处的大致圆形的出口孔或开口形成空气导管202的出口210(图4)。
参照图4，并且参照图5，空气导管202在入口206处包括最大直径(highlightdiameter)D1。最大直径D1是指导管入口唇缘(lip)218的相对最高点278(图5)之间的距离。每个最高点278是指导管入口唇缘218的最前点的位置，例如，位于导管入口唇缘218的大致中心位置。入口206的最大直径D1限定了能变几何形状涵道风扇200的位于最高平面(例如，由最高点278的位置共享的平面)处的最大面积A1。空气导管202的(和能变几何形状涵道风扇200的)喉部包括喉部直径D2。喉部直径D2是指相对的喉部点(throat point)280(图5)之间的距离。每个喉部点280是指空气导管202的喉部的最前点，例如，临近(例如，位于或邻近)入口端208，例如临近入口206。作为一个实例，喉部点280(例如，空气导管202的(和能变几何形状涵道风扇200的)喉部开始处的点)位于内壁过渡部224(图5)的后端处，例如，临近内壁过渡部224与内壁220的大致平坦的表面之间的交叉点。入口206的喉部直径D2限定了空气导管202的(和能变几何形状涵道风扇200的)位于喉部平面(例如，由喉部点280的位置共享的平面)处的喉部面积A2(未明确地示出)。在一个特定的非限制性实施方式中，入口206的收缩比(由(D1/D2)2定义)为大约1.30。
在一个实例中，空气导管202包括沿长度L2(图4)的恒定直径。空气导管202的该部分容纳风扇204。作为一个实例，风扇204是变距风扇(variable-pitch fan)。风扇204包括风扇直径D4。风扇204的风扇直径D4在入口206处大致等于喉部直径D2。在一个特定的非限制性实施方式中，入口喉部直径与风扇直径的比率(D2/D4)是一(unity)。在一个实例中，能变几何形状涵道风扇200的总长度L1与风扇直径D4的比率(例如，L1/D4)为大约0.875。
如在整个本公开中所使用的，空气导管202的入口端208可以是指当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行定向(图2)中时空气导管202的前端、或当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行定向(图1)时空气导管202的顶端。类似地，如在整个本公开中所使用的，空气导管202的出口端212可以是指当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行定向时空气导管202的后端、或当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行定向时空气导管202的底端。
参照图5，作为一个实例，导管壁216包括内壁220和外壁222。导管入口唇缘218在入口端208处在内壁220与外壁222之间延伸。作为一个实例，内壁220可包括内壁过渡部224，该内壁过渡部限定了内壁220的临近(例如，位于或邻近)入口206的一部分或区段。内壁过渡部224从导管入口唇缘218的最高点278延伸到内壁220的喉部点280。内壁过渡部224包括沿空气导管202的纵向轴线方向测量的长度L5。作为一个特定的非限制性实施方式，内壁过渡部长度L5与总导管长度L1(例如，L5/L1)的比率可为大约0.120。
类似地，外壁222可包括限定外壁222的一部分或区段的外壁过渡部226。外壁过渡部226从导管入口唇缘218的最高点278延伸到空气导管202的最大厚度T的位置。外壁过渡部226包括沿空气导管202的纵向轴线方向测量的长度L6。作为一个特定的非限制性实施方式，外壁过渡部长度L6与总导管长度L1(例如，L6/L1)的比率可为大约0.297。
导管入口唇缘218可限定入口206(例如，形成空气导管202的入口孔或开口的周边)。导管入口唇缘218在内壁过渡部224与外壁过渡部226之间延伸。导管入口唇缘218的几何形状可包括具有恒定的曲率半径的曲线或具有变化半径的曲线。导管入口唇缘218在最高位置处(例如，在最高点278处)包括曲率半径R1(图5)。导管入口唇缘218的内壁过渡部224在(能变几何形状涵道风扇200的)空气导管202的喉部处(例如，在喉部点280处)包括曲率半径R2(图5)。
临近能变几何形状涵道风扇200(或空气导管202)的导管入口唇缘218(例如，入口端208)的内壁过渡部224的几何形状的特征在于临近(例如，位于或邻近)最高点278的导管入口唇缘218的几何形状(例如，半径R1)与临近喉部点280的内壁过渡部224的几何形状(例如，半径R2)的组合，并且在本文中大体上被称为倒圆半径R3(在图5中未明确地示出)。倒圆半径R3是用来描述能变几何形状涵道风扇200(或空气导管202)的入口形状的通用参数，因为曲率从R1变化(例如，连续地改变)到R2。倒圆半径R3可由
Figure BDA0001165608740000101
限定。作为一个实例，并且如图5中所示，能变几何形状涵道风扇200(或空气导管202)的入口206的内壁过渡部224的倒圆半径R3可为半径风扇204(例如，1/2D4)的大约百分之十四。
作为一个实例，并且如在图5中最佳地示出的，外壁222可包括从临近(例如，位于或邻近)外壁过渡部226延伸至临近出口210的弯曲表面。空气导管202包括由内壁220形成的恒定内径。内壁220可包括从临近内壁过渡部224延伸到临近出口210的大致平坦的(在横截面中)平面，以形成空气导管202的恒定内径。
作为一个实例，导管壁216(例如，导管入口唇缘218的一部分和外壁222)的外部(例如，从导管入口唇缘218的大致中心到最大厚度T(例如，导管壁216的横截面厚度)的点)的几何形状被设计成在跨音速条件(例如，在大约0.55的设计飞行马赫数)下使局部超速最小化。作为一个实例，最大厚度T与能变几何形状涵道风扇200的总长度L1(例如，T/L1)的比率为大约0.155。
用于半径R1和半径R2(例如，导管入口(分别是导管入口唇缘218和内壁过渡部224)的轮廓形状)的特定数值可优化，以用于竖直飞行模式(例如，悬停)和水平飞行模式(例如，巡航)中的性能、以及在竖直飞行与水平飞行之间的过渡期间的合适的流入条件。用来优化导管入口唇缘218和内壁过渡部224的几何形状的评价参数可包括(但不限于)悬停推力增大比率(hover thrust augmentation ratio)、导管入口唇缘218的内壁侧和外壁侧两者之间的推力分布等。
参照图4，并且参照图3，作为一个实例，风扇204在入口206(例如，导管入口唇缘218)的后方(例如，下游)可转动地安装在空气导管202内。风扇204可包括任何合适的鼓风机(air mover)，所述鼓风机将空气通过空气导管202的入口206抽入空气导管202中、并且通过空气导管202的出口210使空气离开。作为一个实例，风扇204被构造成以一个转速(例如，当针对海平面和标准天气条件时，该转速与例如大约0.60(例如，0.608)的转动末端马赫数相对应)、并且以一个转动方向工作，以便将空气抽入空气导管202中。作为一个实例，风扇204可以是低压力比的涵道风扇(例如，具有大约1.04的压力比)。
风扇204包括转子230以及附接于转子230的风扇(或转子)叶片232(例如，多个风扇叶片232)。风扇204包括风扇直径D4。风扇204的直径D4限定了能变几何形状涵道风扇200的风扇面积A4(未明确地示出)。每个风扇叶片232均包括叶片几何形状(未明确地示出)。叶片几何形状包括叶片长度、叶片厚度(例如，最大厚度和最小厚度)、叶弦(blade chord)C1(例如，最大弦宽和最小弦宽)等。作为一个实例，风扇叶片232的叶片几何形状可例如沿叶片长度改变。作为一个特定的非限制性实施方式，叶片厚度与叶弦的比率(例如，厚度与弦的比率)可例如从临近(例如，位于或邻近)风扇叶片232(例如，在信息)的远端(例如，在末端处)的大约0.04改变为临近风扇叶片232(例如，在转子230处)的近端的大约0.155。
作为一个实例，每个风扇叶片232可在叶片长度上包括扭转(twist)。例如，风扇叶片232可从临近风扇叶片232的近端朝向临近风扇叶片232的远端扭转。作为一个特定的非限制性实施方式，叶片的扭转可大约36度，并且可沿叶片长度非线性地改变。如本领域技术人员将意识到的，叶片的扭转可被构造成或调整成优化风扇叶片232上的空气加载(airloading)和/或修改空气载荷分布，以便在排放的尾流(wake)中实现期望的诱导速度和/或漩涡分布。
作为一个实例，叶片几何形状还包括叶片实度(blade solidity)。叶片实度由叶片面积(例如，叶片长度×叶弦×叶片数量)与风扇面积(风扇204的Πr2－毂(hub)238(或鼻状部(nose)240)的Πr2)的比率限定。作为一个特定的非限制性实施方式，叶片实度可为大约0.56。特定的叶片实度可依靠各种因素改变，所述各种因素包括但不限于风扇速度、排出口面积比、叶片操作升力系数、工作速度、总期望推力等。
作为一个特定的非限制性实施方式，风扇204包括八个风扇叶片232。但是，在没有限制的情况下，也可考虑其它数量的风扇叶片232(例如，少于八个或多于八个)。本领域技术人员将认识到的是，风扇叶片223的数量和/或每个风扇叶片232的叶弦可取决于各种因素，所述各种因素包括但不限于风扇面积A4、排放(例如，离开)面积A5(未明确地示出)、风扇速度、风扇设计(例如，叶片几何形状)等。
作为一个实例，风扇叶片232是变距风扇叶片。风扇叶片232中的每一个均可相对于转子230沿纵向轴线铰接(例如，转动)。作为一个实例，所有风扇叶片232可以可移动地(例如，可转动地)耦接于转子230、并且可一起转动。改变风扇叶片232的间距可在风扇204以固定的转速操作的同时改变由能变几何形状涵道风扇200产生的推力。作为一个实例，风扇叶片232可以小间距定向以用于竖直飞行或低速水平飞行，并且风扇叶片232可以大间距定向以用于高速水平飞行。
参照图4，并且参照图3和6，作为一个实例，能变几何形状涵道风扇200包括定位于空气导管202内部的毂238。毂238可用作用于风扇204的附接点。作为一个实例，转子230可转动地耦接于毂238。
作为一个实例，能变几何形状涵道风扇200包括定子234(例如，多个定子234)。定子234可在风扇204的后方(例如，下游)定位于空气导管202的内部。定子234可从毂238径向地延伸至空气导管202。作为一个实例，定子234中的每一个可固定地耦接于毂238和空气导管202的导管壁216(例如，内壁220)。作为一个特定的非限制性实施方式，能变几何形状涵道风扇200包括九个定子234。但是，在没有限制的情况下，可考虑其它数量的定子234(例如，少于九个或多于九个)。本领域技术人员将认识到的是，定子234的数量可取决于各种因素，所述各种因素包括但不限于风扇叶片232的数量、风扇速度、风扇设计(例如，叶片几何形状)等。
参照图5，并且参照图4，风扇204的定位或位置(例如，相对于能变几何形状涵道风扇200的入口206的定位或位置)可优化，以产生均匀的入口空气流进入风扇204中。作为一个实例，风扇叶片232(例如，由风扇叶片232共享的风扇平面)可在入口206下游定位在能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的至少百分之25的位置处。作为一个实例，风扇叶片232(例如，通过风扇叶片232共享的风扇平面)可在入口206下游定位在能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之25的位置处。还可考虑风扇204相对于能变几何形状涵道风扇200的入口206的其它位置。
定子234可定位成临近于风扇204(例如，风扇叶片232)。定子234的定位或位置(例如，相对于能变几何形状涵道风扇200的入口206的、或相对于风扇叶片232的定位或位置)可优化，以最小化噪声和/或振动。作为一个实例，定子234(例如，由定子234共享的定子平面)可在入口206下游定位在能变几何形状涵道风扇200的总长度L1的大约百分之50的位置处。作为一个实例，定子234(例如，由定子234的定子234或前端共享的定子平面)可在风扇叶片232(例如，由风扇叶片232共享的风扇平面232或风扇叶片的后端)下游定位在最小距离L4处。作为一个特定的非限制性实施方式，最小距离L4可大约等于风扇叶片232的叶弦C1尺寸。
每个定子234均包括定子几何形状(未明确地示出)。定子几何形状包括定子厚度(例如，最大厚度和最小厚度)、定子弦C2(例如，最大弦宽和最小弦宽)、定子扭转等。作为一个实例，每个定子234均可在定子长度上包括扭转。例如，定子234可从临近定子234的近端(例如，在毂238处)朝向定子234的远端(例如，在内壁220处)扭转。作为一个特定的非限制性实施方式，定子扭转可为大约4度，并且可沿叶片长度非线性地改变。作为本领域技术人员将意识到的，定子扭转可被构造成或调整成适应由风扇叶片232诱导的漩涡速度。
风扇叶片232和定子234被设计成具有预定的载荷分布，该预定的载荷分布实现了离开能变几何形状涵道风扇200的空气(例如，排放)的特定的尾流条件。风扇叶片232和定子234设计成使径向气流和/或空气漩涡(例如，排放损失)最小化、并且使空气动力学效率最大化。作为一个实例，风扇叶片232和定子234设计成具有自由涡流(free-vortex)切向速度分布以实现径向平衡，从而例如在高速状态下尾流中没有径向气流。例如，定子234可用来当它推动空气通过空气导管202时去除由风扇204诱导的漩涡(或气流转动)。去除漩涡通过将流涡漩能量转化成推力而提高了风扇空气动力学性能。
参照图4，并且参照图3，作为一个实例，能变几何形状涵道风扇200还可包括鼻状部240。鼻状部240可覆盖转子230。因而，鼻状部240和毂238可形成能变几何形状涵道风扇200的中心本体242。风扇叶片232和定子234可从中心本体242径向地延伸。中心本体242包括直径D3(例如，毂238和/或鼻状部240的最大直径)。中心本体242的直径D3限定横截面的中心本体面积A3(未明确地示出)。作为一个特定的非限制性实施方式，中心本体直径D3可限定风扇直径D4的大约百分之三十(例如，中心本体面积A3可限定风扇面积A4的大约百分之三十)。
参照图2，公开了用于能变几何形状涵道风扇200的驱动系统110的一个实例。驱动系统110可包括可操作地耦接于能变几何形状涵道风扇200的风扇204的至少一个发动机112。发动机112可设置在飞机100的飞行器本体102(例如，机身108)内。作为一个实例，并且如图2中最佳地示出的，单个发动机112可为飞机100的每个能变几何形状涵道风扇200提供动力(例如，驱动)。作为一个实例(未明确地示出)，每个能变几何形状涵道风扇200可由它自己的发动机112提供动力(例如，驱动)。
参照图2和4，作为一个实例，驱动系统110包括耦接在能变几何形状涵道风扇200的发动机112与风扇204之间的至少一个驱动轴114。驱动系统110还可包括至少一个齿轮箱116，以提供从发动机112、通过驱动轴114到达能变几何形状涵道风扇200的风扇204的速度和/或转矩变换。如图2中所示，发动机112例如经由至少一个齿轮箱116耦接于两个驱动轴114。如图4中所示，每个驱动轴114例如经由至少一个齿轮箱116耦接于能变几何形状涵道风扇200的风扇204。作为一个实例，并且如图2中所示，驱动轴114可从发动机112延伸通过机翼104、并到达风扇204。作为一个实例，并且如图4所示，驱动轴114可延伸通过空气导管202的导管壁216并且进入毂238中。整流装置(fairing)246可从毂238延伸到导管壁216、并且覆盖驱动轴114的一部分。整流装置246可包括被构造成基本上匹配定子234的空气动力学载荷的整流装置几何形状(例如，形状)。因而，整流装置246是能变几何形状涵道风扇200的多个定子234中的一个。
参照图4，并且参照图3，能变面积喷嘴236在空气导管202的出口210(例如，出口端212)处耦接于空气导管202。位于能变面积喷嘴的排放端250处的大致圆形的排放孔或开口形成能变面积喷嘴236的排放部248。排放端250也是能变几何形状涵道风扇200的排放端。排放部248也是能变几何形状涵道风扇200的排放部。风扇204将空气通过入口206抽入能变几何形状涵道风扇200中、并且通过排放部248使空气离开。
能变面积喷嘴236在排放部248处包括能变(例如，排放)直径D5。排放部248的直径D5限定能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5(未明确地示出)。因而，随着排放部248的直径D5增加，能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5也增加。类似地，随着排放部248的直径D5减小，能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5也减小。作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式(例如，悬停)(图1)时，能变面积喷嘴236的直径D5大于风扇204的直径D4，因而排放面积A5大于风扇面积A4。作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式(例如，巡航)(图2)时，能变面积喷嘴236的直径D5小于风扇204的直径D4，并且因此，排放面积A5小于风扇面积A4。作为一个特定的非限制性实施方式，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式时，排放面积A5与风扇面积A4的比率(例如，排放面积与风扇面积的比率)为大约0.98。作为一个特定的非限制性实施方式，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式时，排放面积A5与风扇面积A4的比率为大约1.30。
参照图6和7，并且参照图3和4，作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式中时，能变面积喷嘴236径向地向外扩张，如图7中所示。作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式中时，能变面积喷嘴236径向地向内收缩，如图6中所示。
参照图8和9，并且参照图6和7，能变面积喷嘴236包括可移动踏板256(例如，多个踏板256)。作为一个实例，能变面积喷嘴236包括围绕纵向轴线X的周向排列的踏板256。踏板256可在出口210处可枢转地耦接于空气导管202。作为一个实例，踏板256可例如在铰接连接部258(例如，铰链)处铰接地耦接于导管壁216，例如耦接于内壁220和/或耦接于导管壁216的支撑通道(或肋)260。作为一个特定的非限制性实施方式，能变面积喷嘴236可包括十八个踏板256。但是，在没有限制的情况下，也可考虑其它数量的踏板256。
参照图8和9，作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式(例如，悬停)(图1)时，踏板256中的每一个相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向中心轴线X以非零的第一角度G1径向地向外枢转，如图9中所示。作为一个实例，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式(例如，巡航)(图2)时，踏板256中的每一个相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向中心轴线X以非零的第二角度G2径向地向内枢转，如图8所示。作为一个特定的非限制性实施方式，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式时，踏板256相对于轴线X的第一角度G1可为大约正十度(例如，相对于轴线X径向地向外10度)。作为一个特定的非限制性实施方式，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式时，踏板256相对于轴线X的第二角度G2可为大约负三度(例如，相对于轴线X径向地向内3度)。
每个踏板256可包括内蒙皮262和外蒙皮264。内蒙皮262可与导管壁216的内壁220相关联。外蒙皮264可与导管壁216的外壁222相关联。内蒙皮262和外蒙皮264可在踏板256的形成排放部248(例如，与空气导管202相对)的端部处会聚成尖端或末端。作为一个实例，内蒙皮262可形成从出口210到排放部248的大致平坦的(例如，平面的)表面。作为一个实例，外蒙皮264可形成从出口210到排放部248的弯曲的或波形的表面。
作为一个实例，当在径向地向内的方向上枢转时，如图8中所示(例如，当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式中时)，踏板256的外蒙皮264可对齐和/或邻接空气导管202的导管壁216的外壁222。当在径向地向外的方向上枢转时，如图9中所示(例如，当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式中时)，踏板256的外蒙皮264可在空气导管202的导管壁216的外壁222的一部分下方滑动。
参照图6和7，能变几何形状涵道风扇200包括致动系统266。致动系统266被构造成使能变面积喷嘴236扩张(图7)和收缩(图6)，以便分别增大或减小能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5。致动系统266可操作地耦接于踏板256中的每一个(例如，所有)，以便使踏板256在径向地向外的位置(图9)与径向地向内的位置(图8)之间枢转，以便分别增大或减小能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5。各种不同的机构可用作致动系统266，以便使踏板256向内和向外径向地枢转。
参照图8-10，并且参照图6和7，作为一个实例，踏板256中的每一个包括刚性地耦接在内蒙皮262与外蒙皮264之间的至少一个力臂268。力臂268可为踏板256的形状提供结构支撑件并且保持踏板的形状。致动系统266(图6和7)可操作地耦接于力臂268，以使踏板256在径向地向外的位置与径向地向内的位置之间移动(例如，枢转)。
作为一个实例，致动系统266包括致动器252和致动环254。致动环254可围绕(例如，包围)纵向轴线X同心地延伸和/或围绕能变面积喷嘴236周向地延伸。当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式时，致动环254的扩张使得能变面积喷嘴236扩张。当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式时，致动环254的收缩使得能变面积喷嘴236收缩。
作为一个实例，踏板256包括耦接于力臂268的环配件(ring fitting)270。致动环254可耦接于环配件270。作为一个实例，环配件270包括环开口(或孔)272。致动环254围绕形成能变面积喷嘴236的踏板256周向地延伸、并且穿过踏板256中的每一个的环开口272。当能变几何形状涵道风扇200处于竖直飞行模式中时，致动环254的扩张(经由在力臂268上施加径向力)使得踏板256径向地向外枢转。当能变几何形状涵道风扇200处于水平飞行模式时，致动环254的收缩(经由在力臂268上施加径向力)使得踏板256径向地向内枢转。
参照图11，并且参照图6-10，致动器252可使致动环254相对于纵向轴线X扩张和收缩。致动器252可以是任何合适的机械致动装置、电致动装置、气动致动装置、液压驱动装置、或它们的组合。作为一个实例，致动器252可包括活塞274。活塞274可耦接于一对操作地相互连接的致动联动装置(linkage)(例如，第一致动联动装置276A和第二致动联动装置276B)。致动联动装置276A和276B中的每一个可耦接于致动环254的端部(例如，第一端278A和第二端278B)。作为一个实例，活塞274、第一致动联动装置276A、以及第二致动联动装置276B可形成剪刀式联动装置组件，从而活塞274的线性致动将第一致动联动装置276A和第二致动联动装置276B的端部驱动到一起和分开，从而将致动环254的第一端278A和第二端278B驱动到一起和分开，以便分别使致动环254收缩和扩张。
虽然已经描述了并且在图8-11中示出了仅一个特定的示例性致动系统266(例如，致动器252和致动环254)，但是也可在相同的效果和优点的情况下考虑和使用各种其它类型的致动机构。作为一个实例(未明确地示出)，致动系统266可包括操作地耦接于踏板256中的一个或多个的一个或多个致动器。
因此，所公开的用于VTOL飞机100的能变几何形状涵道风扇200提供了能变面积的排放部248，该排放部被构造成优化风扇空气流入量、并在高速飞行和低速飞行两者中实现高效率推进。在竖直飞行模式中，通过使周向排列的踏板256径向地向外枢转使能变面积喷嘴236扩张，以使能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5最大化、以便产生并利用来自空气导管202和风扇204两者的推力，从而有利地增加了竖直飞行模式中的性能。在水平飞行模式中，通过使环向阵列的踏板256径向地向内枢转使能变面积喷嘴236收缩，以使能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5最小化、以便产生并利用来自风扇204的推力，从而有利地增加了水平飞行模式中的性能。当处于水平飞行模式中时，通过限制叶片末端马赫数并避免不利的风扇可压缩性效果，能变几何形状涵道风扇200的排放面积A5的减小可有利地使得能够在高速下(例如，在达到大约350哩/小时的速度(大约0.55的飞行马赫数)下)工作。
所公开的能变几何形状涵道风扇200还可有利地实现大约2.43的悬停推力增大比率。如本文所用的，悬停推力增大比率被定义为风扇推力和导管推力的组合总和除以在静止(例如，悬停)条件之下的风扇推力。
所公开的能变几何形状涵道风扇200还包括被设计为具有自由涡流切向速度分布的一定数量和构造的风扇叶片232和定子234，以便有利地实现排放尾流中的径向平衡。风扇204(例如，风扇叶片232)和定子234的设计可在设计条件下消除排放尾流中的径向和切向的流，以便使水平飞行推进效率最大化。作为一个实例，在操作的水平飞行模式中，所公开的能变几何形状涵道风扇200可有利地实现大约0.80的最大净推进效率。
参照图12，并且参照图1-11，公开了用于使用能变几何形状涵道风扇200来增加飞机100在竖直飞行模式和水平飞行模式中的空气动力学效率的方法500的一个实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，可对方法500做出修改、增加、或省略。方法500可包括更多的、更少的、或其它的步骤。此外，步骤可以任意合适的次序执行。
在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：提供具有至少一个能变几何形状涵道风扇200的飞机100，如方框502所示。方法500可包括以下步骤：将能变几何形状涵道风扇200定位在大致竖直定向(如方框504所示)或大致水平定向(如方框506所示)中的一个中。
在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：当能变几何形状涵道风扇200处于大致竖直定向(方框504)中以用于竖直飞行时，使能变面积喷嘴236相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X扩张，以增大排放部248的排放面积A5，如方框508所示。
如上所述，使能变面积喷嘴236相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X扩张(方框508)的步骤可包括：使踏板256相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X径向地向外枢转，以增大排放部248的排放面积A5。
可替代地，在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：当能变几何形状涵道风扇200处于大致水平定向(方框506)中以用于水平飞行时，使能变面积喷嘴236相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X收缩，以减小排放部248的排放面积A5，如方框510所示。
如上所述，使能变面积喷嘴236相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X收缩(方框510)的步骤可包括：使踏板256相对于能变几何形状涵道风扇200的纵向轴线X径向地向内枢转，以减小排放部248的排放面积A5。
在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：通过入口206将空气抽入能变几何形状涵道风扇200中，如方框512所示。方法500可包括以下步骤：使空气移动通过能变面积喷嘴236，如方框514所示。方法500可包括以下步骤：通过排放部248使空气从能变几何形状涵道风扇200离开，以根据能变几何形状涵道风扇200的定向产生适于实现竖直飞行或水平飞行中的一个的推力，如方框516所示。
在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：使能变几何形状涵道风扇200从大致水平定向转换至大致竖直定向，如方框518所示。在将能变几何形状涵道风扇200定位在大致竖直的定向中之后，可重复如在方框508、512、514和516中所示的步骤以用于竖直飞行。
可替代地，在一个示例性实现方式中，方法500可包括以下步骤：使能变几何形状涵道风扇200从大致竖直定向转换至大致水平定向，如方框520所示。在将能变几何形状涵道风扇200定位在大致水平的定向中之后，可重复如在方框510、512、514和516中所示的步骤以用于水平飞行。
本公开的实例可在如图13所示的飞机制造和服务的方法1100的、以及如图14所示的飞机1200的背景下描述。飞机1200可以是图1和2中所示的飞机100的一个实例。
在预生产期间，所示的方法1100可包括飞机1200的规格和设计(如方框1102所示)、以及材料采购(如方框1104所示)。在生产期间，可进行飞机1200的部件和组件制造(如方框1106所示的)、以及系统集成(如方框1108所示)。此后，飞机1200可经过认证和交付(如方框1110所示)，以便被投入服务(如方框1112所示)。当在使用中时，飞机1200可定期进行例行的维修和保养(如方框1114所示)。例行的维修和保养可包括飞机1200的一个或多个系统的修改、重新构造、翻新等。
所示的方法1100的每个过程可由系统集成者、第三方，和/或操作者(例如，客户)来执行或完成。为了本说明的目的，系统集成者可包括(但不限于)任意数量的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可包括(但不限于)任意数量的销售商、分包商、及供应商；并且操作者可为航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。
如图14中所示，由所示的方法1100所生产的飞机1200可包括具有多个高级系统1204和内部1206的机身1202。高级系统1204的实例包括以下一种或多种：推进系统1208、电气系统1210、液压系统1212和环境系统1214。本文所公开的能变几何形状涵道风扇200和驱动系统110(图1-11)可以是推进系统1208的实例。可包括任意数量的其它系统。
本文所示出的或描述的设备和方法可在制造和服务方法1100的阶段中的任一个或多个期间使用。例如，与部件和子组件生产制造(方框1106)相对应的部件或子组件可以类似于在飞机1200投入服务的同时所生产的部件或子组件的方式生产或制造。此外，设备和方法、或它们的组合的一个或多个实例可在生产阶段(方框1108和1110)期间使用，例如，通过提供在VTOL飞机的竖直飞行模式(例如，悬停)和水平飞行模式(例如，高速巡航)两者中均实现高空气动力学效率的能变几何形状涵道风扇200而使用。类似地，设备和方法、或它们的组合的一个或多个实例可在飞机1200正在服务(方框1112)的同时以及在维修和保养阶段(方框1114)期间使用。
根据本公开的一个方面，提供了一种能变几何形状涵道风扇，包括：空气导管，具有纵向轴线，所述空气导管包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内，所述风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线扩张，以增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述排放面积与所述风扇面积的比率为大约1.30。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线收缩，以减小所述排放面积以用于水平飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述排放面积与所述风扇面积之间的比率为大约0.98。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变面积喷嘴包括能枢转地耦接于所述空气导管且围绕所述纵向轴线的周向排列的踏板。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向外枢转，以增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线以大约正十度的角度径向地向外枢转，以增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向内枢转，以减小所述排放部的所述排放面积以用于水平飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线以大约负三度的角度径向地向内枢转，以减小所述排放部的所述排放面积以用于水平飞行。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变几何形状涵道风扇包括总长度，所述风扇包括风扇直径，所述总长度与所述风扇直径的比率为大约0.875。
进一步公开了能变几何形状涵道风扇，包括在所述风扇叶片下游安装在所述空气导管内的定子。
公开了能变几何形状涵道风扇，其中，所述风扇叶片在所述入口下游定位在所述能变几何形状涵道风扇的所述总长度的至少百分之25的位置处，并且所述定子在所述风扇叶片下游定位在一最小距离处，所述最小距离大约等于所述风扇叶片的叶弦尺寸。
进一步公开了能变几何形状涵道风扇，包括操作地耦接于所述能变面积喷嘴的致动系统，以便使所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线扩张和收缩。
根据本公开的一个方面，提供了一种飞机，包括飞行器本体、以及耦接于所述飞行器本体的至少一个能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变几何形状涵道风扇能在大致竖直定向与大致水平定向之间转动，并且其中，所述能变几何形状涵道风扇包括：空气导管，具有纵向轴线，所述空气导管包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内，所述风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部。
公开了飞机，其中，当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致竖直定向中以用于所述飞机的竖直飞行时，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线扩张以增大所述排放部的所述排放面积，并且当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致水平定向中以用于所述飞机的水平飞行时，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线收缩以减小所述排放面积。
公开了飞机，其中，当所述能变面积喷嘴扩张以用于所述竖直飞行时，所述排放面积与所述风扇面积的比率为大约1.30，并且当所述能变面积喷嘴收缩以用于所述水平飞行，所述排放面积与所述风扇面积之间的比率为大约0.98。
公开了飞机，其中，所述能变面积喷嘴包括能枢转地耦接于所述空气导管且围绕所述纵向轴线的周向排列的踏板。
公开了飞机，其中，当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致竖直定向以用于所述飞机的竖直飞行时，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向外枢转、以增大所述排放部的所述排放面积，并且当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致水平定向以用于所述飞机的水平飞行时，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向内枢转、以减小所述排放部的所述排放面积。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法，该方法包括以下步骤：将能变几何形状涵道风扇定位在大致竖直定向或大致水平定向中的一个中，所述能变几何形状涵道风扇包括：空气导管，包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内；以及能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，并且所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的排放部；以下步骤中的一个：当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致竖直定向中以用于竖直飞行时，使所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的纵向轴线扩张以增大所述排放部的所述排放面积，或者当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致水平定向中以用于水平飞行时，使所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的所述纵向轴线收缩以减小所述排放部的所述排放面积；通过所述入口将空气抽入所述能变几何形状涵道风扇中；使所述空气移动通过所述能变面积喷嘴；以及通过所述排放部使所述空气从所述能变几何形状涵道风扇离开，以根据所述能变几何形状涵道风扇的所述定向产生适于实现所述竖直飞行或所述水平飞行中的一个的推力。
虽然已经示出和描述了所公开的设备和方法的各种实例，但是对于本领域技术人员而言，可在阅读本说明书之后进行修改。本申请包括这些修改、并且仅由权利要求书的范围限制。

Claims (9)

1.一种能变几何形状涵道风扇，包括：
空气导管，具有纵向轴线，所述空气导管包括所述能变几何形状涵道风扇的入口；
风扇，在所述入口下游能转动地安装在所述空气导管内，所述风扇包括限定风扇面积的风扇叶片；
能变面积喷嘴，在所述风扇下游耦接于所述空气导管，所述能变面积喷嘴包括所述能变几何形状涵道风扇的具有能变排放面积的排放部；以及
致动系统，构造成使所述能变面积喷嘴扩张和收缩，以便分别增大或减小所述能变几何形状涵道风扇的排放面积，
其中，所述能变面积喷嘴包括能枢转地耦接于所述空气导管且围绕所述纵向轴线的周向排列的多个踏板，每个踏板包括内蒙皮和外蒙皮，所述内蒙皮与所述空气导管的导管壁的内壁相关联，所述外蒙皮与所述空气导管的导管壁的外壁相关联，每一踏板包括刚性地耦接在所述内蒙皮与所述外蒙皮之间的至少一个力臂，并且每一踏板包括耦接于所述力臂的环配件，
其中，所述致动系统操作地耦接于所述力臂，所述致动系统包括致动环，所述致动环耦接于所述环配件，所述致动环围绕所述踏板周向地延伸并且穿过每个踏板中的环开口，所述致动环围绕所述纵向轴线同心地延伸和/或围绕所述能变面积喷嘴周向地延伸，当所述能变几何形状涵道风扇处于竖直飞行模式时，所述致动环的扩张使得所述能变面积喷嘴扩张，当所述能变几何形状涵道风扇处于水平飞行模式时，所述致动环的收缩使得所述能变面积喷嘴收缩。
2.根据权利要求1所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线扩张，以便增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
3.根据权利要求2所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述排放面积与所述风扇面积的比率为大约1.30。
4.根据权利要求1所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述能变面积喷嘴相对于所述纵向轴线收缩，以便减小所述排放面积以用于水平飞行。
5.根据权利要求4所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述排放面积与所述风扇面积之间的比率为大约0.98。
6.根据权利要求1所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向外枢转，以便增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
7.根据权利要求6所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线以大约正十度的角度径向地向外枢转，以便增大所述排放部的所述排放面积以用于竖直飞行。
8.根据权利要求1所述的能变几何形状涵道风扇，其中，所述踏板相对于所述纵向轴线径向地向内枢转，以便减小所述排放部的所述排放面积以用于水平飞行。
9.一种用于使用根据权利要求1至8中任一项所述的能变几何形状涵道风扇来增加飞机在竖直飞行模式和水平飞行模式中的空气动力学效率的方法，包括：
将所述能变几何形状涵道风扇定位在大致竖直定向和大致水平定向中的一个中，
以下步骤中的一个：
当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致竖直定向中以用于竖直飞行时，所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的纵向轴线扩张以增大所述排放部的排放面积；和
当所述能变几何形状涵道风扇处于所述大致水平定向中以用于水平飞行时，所述能变面积喷嘴相对于所述能变几何形状涵道风扇的所述纵向轴线收缩以减小所述排放部的所述排放面积；
通过所述入口将空气抽入所述能变几何形状涵道风扇中；
使所述空气移动通过所述能变面积喷嘴；以及
通过所述排放部使所述空气从所述能变几何形状涵道风扇离开，以根据所述能变几何形状涵道风扇的定向产生适于实现所述竖直飞行和所述水平飞行中的一个的推力。
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