CN107826245B - 一种横流式风扇翼装置 - Google Patents

Abstract

一种横流式风扇翼装置，包括若干节风扇翼节段和横流风扇，每个横流风扇均包括横流风扇本体和操纵装置；每个横流风扇本体均包括端板、若干片风扇叶片和偏心涡流腔；操纵装置设在每个横流风扇本体中的偏心涡流腔内，操纵装置包括舵机和舵面体；舵机设在舵面体两侧，每个舵机均包括水平连杆，水平连杆一端与舵机固定连接，水平连杆另一端从端板穿出后与风扇翼节段相连接；舵面体在舵机的驱动下，能在偏心涡流腔内上下移动和转动。本发明能够解耦操纵横流风扇翼的升力或推力大小。当将操纵装置向着横流风扇本体的中心轴线移动时，推力增加而升力基本不变。当舵面体转动，也即改变迎角时，升力将随迎角增加而减小，推力基本不变。

Description

一种横流式风扇翼装置

技术领域

本发明涉及通用航空装置，特别是一种横流式风扇翼装置。

背景技术

横流风扇翼是一种新型产生气动升力的装置，它利用翼型前置的旋转风扇产生涡升力和推力进行飞行，具有低速性能好、载荷大和大迎角不失速等优点，受到国内外相关机构和研究人员的关注。

风扇翼产生升力由两部分组成：一部分是当风扇旋转时，机翼后半部分上下表面的流速不同，造成机翼上下表面的压力差，形成机翼的升力。另一部分是因为风扇旋转时，在风扇内部产生一个很强的偏心漩涡，造成较强的偏心漩涡低压区，使得机翼前半部分圆弧形区域的上下表面产生较大的压力差，形成更大部分的机翼升力，即涡升力。风扇翼飞行器问世不久，研究工作尚处于探索起步阶段，国外很少发表关于风扇翼最新的研究成果及其项目进展。目前横流式风扇翼已经应用在飞行器上，但主要在固定翼飞机上使用，旋翼飞行器上还很少。

2014年4月30日公开的申请号为201410012991.5的中国发明专利，其发明创造的名称为“一种大升力旋翼”。该专利申请为我校于2014年1月13日提交，其通过一根传动轴带动横流风扇叶旋转，传动轴贯穿横流风扇。

我校在后续的多次模拟试验过程中发现，为保持高速旋转传递扭矩，上述“一种大升力旋翼”的结构设计，存在着如下缺陷：

1.中间转轴也是传动轴，传扭太长之后容易产生形变，使得转速加大后会产生较大噪声和振动。

2.在扇叶旋转时，由于传动轴在扇叶内部中心，对扇叶内部产生的偏心漩涡造成影响，使得升力减小，降低气动效率。

3.目前使用的横流式风扇翼叶片是绕传动轴四周相互平行布置的，每次有叶片转到凹台后端进入圆弧内和转到凹台前端叶片离开圆弧那一瞬间，风扇翼升力都会出现波动，并呈周期性变化，不仅带来升力值波动，而且带来整个装置的振动，不利于飞行器正常工作使用。

4.风扇翼应用在机翼或旋翼上时，由于机翼或旋翼从根部至尖部升力作用成弯矩而产生变形，传动轴也跟着变形旋转、风扇叶片变形与其它部件干涉等都会造成很大的不利影响。

5.风扇翼应用在机翼时，升力和推力不能解耦，不能单独调节升力或推力大小，从而影响操纵效果，加大操纵难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种横流式风扇翼装置，该横流式风扇翼装置不会对扇叶内部产生的偏心漩涡造成影响，升力大且可以分别调节升力和推力，即解耦横流风扇翼升力和推力。进一步，还能减小横流式风扇翼的气动力值的波动及振动，提高气动效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种横流式风扇翼装置，包括若干节相互串联的风扇翼节段和与风扇翼节段数理相等的横流风扇，相邻两节风扇翼节段均固定连接。

每节风扇翼节段均包括支撑板、具有空气动力学的上表面和下表面，每节风扇翼节段的前部均形成前缘，每节风扇翼节段的后部均形成后缘。

位于前缘的每节风扇翼节段上表面沿长度方向均设置有圆弧凹台，每个圆弧凹台内设置一个横流风扇。

每个横流风扇均包括横流风扇本体、风扇驱动装置和操纵装置。

每个横流风扇本体均包括两块端板、若干片风扇叶片和偏心涡流腔；风扇叶片沿端板周向均匀布设在两块端板之间，风扇叶片与端板之间围合形成的空腔为偏心涡流腔；每块端板的中心均设置有中心通孔。

风扇驱动装置设置在横流风扇本体的外侧，用于驱动横流风扇本体的转动。

操纵装置设置在每个横流风扇本体中的偏心涡流腔内，操纵装置包括舵机和舵面体；舵机设置在舵面体两侧，每个舵机均包括水平连杆，水平连杆的一端与舵机固定连接，水平连杆的另一端从端板的中心通孔穿出后，并与风扇翼节段相连接；其中，端板与水平连杆转动连接。

舵面体在舵机的驱动下，能在偏心涡流腔内上下移动和转动。

舵面体为翼形体或弧形体或圆柱体或月牙形体。

每片风扇叶片均呈扭转状布置在两块端板之间，各风扇叶片相互平行。

每片扇形叶片均具有空心腔体。

假设每个横流风扇中扇形叶片的数量为n，则每片扇形叶片的扭转角度为0°~7*360°/n。

前缘为圆弧形或整流翼型。

位于后缘的每节风扇翼节段上表面均为斜面，斜面与下表面之间均设置有容纳空腔；风扇驱动装置设置在容纳空腔内。

位于后缘的每节风扇翼节段上表面均为直斜面或具有弯曲弧度的弧形斜面，下表面为直平面或具有弯曲弧度的多弧形面。

每个斜面上均开设有缝隙，形成后缘缝翼。

每个横流风扇本体均为整体式结构。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.上述操纵装置设置在横流风扇本体的内部，且不随横流风扇本体一起转动，故而能够解耦操纵横流风扇翼的升力或推力大小。当将操纵装置向着横流风扇本体的中心轴线移动时，推力增加而升力基本不变。当将操纵装置中的舵面体转动，也即改变迎角时，升力将随迎角增加而减小，推力基本不变。

2.上述风扇叶片扭转设置，能够减小横流式风扇翼的气动力值的波动及振动，提高气动效率。

3.优化了风扇翼装置内部结构，提高了整体装配效能。

附图说明

图1是本发明一种横流式风扇翼装置的立体结构示意图。

图2显示了横流风扇本体的立体结构示意图。

图3显示了风扇翼节段的立体结构示意图。

图4显示了舵面体在端板上的安装位置示意图。

图5显示了操纵装置的立体结构示意图。

图6显示了推力调节示意图，其中箭头表示舵面体的移动方向。

图7显示了舵面体向横流风扇本体的中心轴线移动过程中，偏心涡流示意图。

图8显示了升力调节示意图，其中箭头表示舵面体的转动方向。

图9显示了舵面体迎角变化过程中，偏心涡流示意图。

其中有：

10.风扇翼节段；

11.支撑板；12.圆弧凹台；13.斜面；

20.横流风扇；

21.端板；211.中心通孔；22.风扇叶片；

30.操纵装置；

31.舵机；311.水平连杆；312.竖向滑槽；313.万向连杆；

32.舵面体；321.转轴；322.固定柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种横流式风扇翼装置，包括若干节相互串联的风扇翼节段10和与风扇翼节段数理相等的横流风扇20，相邻两节风扇翼节段均固定连接。

如图3所示，每节风扇翼节段均包括支撑板11、具有空气动力学的上表面和下表面，每节风扇翼节段的前部均形成前缘，每节风扇翼节段的后部均形成后缘。

支撑板11优选设置在每节风扇翼节段的一个端面或两个端面，当支撑板设置在每节风扇翼节段的一个端面时，如图3所示，相邻两节风扇翼节段共用一个支撑板。

当支撑板设置在每节风扇翼节段的两个端面时，每节风扇翼节段可以单独加工，方便拆卸，相邻两节风扇翼节段通过螺栓连接或焊接等方式，将相邻的两块支撑板固定连接。

前缘优选为圆弧形或整流翼型等。

位于前缘的每节风扇翼节段上表面沿长度方向均设置有圆弧凹台12。

位于后缘的每节风扇翼节段上表面均优选为斜面，进一步优选为直斜面或具有弯曲弧度的弧形斜面等。下表面为直平面或具有弯曲弧度的多弧形面。

斜面与下表面之间均优选设置有容纳空腔。

每个上述斜面上均优选开设有缝隙，能形成后缘缝翼。

每个圆弧凹台内设置一个横流风扇。

每个横流风扇均包括横流风扇本体、风扇驱动装置和操纵装置30。

每个横流风扇本体均优选为整体式结构，既能作为固定机翼，也可以为旋翼浆叶作升力装置。另外，强度和减振降噪也得到加强。

如图2所示，每个横流风扇本体均包括两块端板21、若干片风扇叶片22和偏心涡流腔。

风扇叶片沿端板周向均匀布设在两块端板之间，风扇叶片与端板之间围合形成的空腔为偏心涡流腔；每块端板的中心均设置有中心通孔211。

每片风扇叶片均优选呈扭转状布置在两块端板之间，各风扇叶片相互平行。

每片扇形叶片均优选具有空心腔体，进一步优选为带有翼型的空心腔体，从而能够具有足够的刚度和强度支持自身气动力和传递横流风扇本体的转动扭矩。

假设每个横流风扇中扇形叶片的数量为n，则每片扇形叶片的扭转角度优选为0°~7*360°/n。

上述风扇叶片扭转设置，能够减小横流式风扇翼的气动力值的波动及振动，提高气动效率。

风扇驱动装置设置在横流风扇本体的外侧，用于驱动横流风扇本体的转动。风扇驱动装置优选设置在斜面与下表面之间形成的容纳空腔内。风扇驱动装置为现有技术，如皮带轮传动或齿轮副传动等。

通过调节传动轴或转轴上的齿轮大小或皮带轮大小，来调节各个横流风扇本体的转速，从而能使位于不同风扇翼节段上的横流风扇本体具有不同的转速。

操纵装置设置在每个横流风扇本体中的偏心涡流腔内，如图1、图4和图6所示，操作装置优选设置在端板的中间偏上方。

如图5所示，操纵装置包括舵机31和舵面体32。

上述舵面体优选为翼形体或弧形体或圆柱体或月牙形体等。

舵面体的两侧端均优选设置有转轴321和固定柱322，固定柱优选对称设置在转轴两侧。

舵机优选设置在舵面体两侧，每个舵机均包括水平连杆311、竖向滑槽312和万向连杆313。

水平连杆的一端与舵机固定连接，水平连杆的另一端从端板的中心通孔穿出后，并与风扇翼节段相连接。其中，端板与水平连杆之间转动连接，水平连杆与风扇翼节段之间优选为可拆卸连接。

转轴位于竖向滑槽内，并能沿竖向滑槽上下滑动。万向连杆的一端与固定柱相铰接，万向连杆的另一端与舵机相铰接。

舵面体在舵机的驱动下，能在偏心涡流腔内上下移动和转动。

如图6和图7所示，在额定转速时，操纵装置位置向下运动，也即向着横流风扇本体的中心轴线移动时，推力增加而升力基本不变。

如图8和图9所示，在额定转速时，舵面体转动，也即改变迎角时，升力将随迎角增加而减小，推力基本不变。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种横流式风扇翼装置，其特征在于：包括若干节相互串联的风扇翼节段和与风扇翼节段数理相等的横流风扇，相邻两节风扇翼节段均固定连接；

每节风扇翼节段均包括支撑板、具有空气动力学的上表面和下表面，每节风扇翼节段的前部均形成前缘，每节风扇翼节段的后部均形成后缘；

位于前缘的每节风扇翼节段上表面沿长度方向均设置有圆弧凹台，每个圆弧凹台内设置一个横流风扇；

每个横流风扇均包括横流风扇本体、风扇驱动装置和操纵装置；

每个横流风扇本体均包括两块端板、若干片风扇叶片和偏心涡流腔；风扇叶片沿端板周向均匀布设在两块端板之间，风扇叶片与端板之间围合形成的空腔为偏心涡流腔；每块端板的中心均设置有中心通孔；

风扇驱动装置设置在横流风扇本体的外侧，用于驱动横流风扇本体的转动；

操纵装置设置在每个横流风扇本体中的偏心涡流腔内，操纵装置包括舵机和舵面体；舵机设置在舵面体两侧，每个舵机均包括水平连杆，水平连杆的一端与舵机固定连接，水平连杆的另一端从端板的中心通孔穿出后，并与风扇翼节段相连接；其中，端板与水平连杆转动连接；

舵面体在舵机的驱动下，能在偏心涡流腔内上下移动和转动；

舵面体为翼形体或弧形体或圆柱体或月牙形体；

每片风扇叶片均呈扭转状布置在两块端板之间，各风扇叶片相互平行；

位于后缘的每节风扇翼节段上表面均为斜面，斜面与下表面之间均设置有容纳空腔；风扇驱动装置设置在容纳空腔内。

2.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：每片扇形叶片均具有空心腔体。

3.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：假设每个横流风扇中扇形叶片的数量为n，则每片扇形叶片的扭转角度为0~7*360°/n。

4.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：前缘为圆弧形或整流翼型。

5.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：位于后缘的每节风扇翼节段上表面均为直斜面或具有弯曲弧度的弧形斜面。

6.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：每个斜面上均开设有缝隙，形成后缘缝翼。

7.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：每个横流风扇本体均为整体式结构。