CN108423169A - 一种涵道双旋翼组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涵道双旋翼组件，包括：第一涵道筒和第二涵道筒；固定在第一涵道筒内的第一旋翼；固定在第二涵道筒内的第二旋翼以及固定连接第一涵道筒和第二涵道筒的连接梁；其中，第一涵道筒、第二涵道筒、第一旋翼以及第二旋翼共轴设置；且第一旋翼和第二旋翼的半径相同，第一涵道筒底端和第二涵道筒顶端之间设有预设间距，且第二涵道筒顶端设有第二唇口部，以对第一涵道筒和第二涵道筒之间进入的气流进行导向。本发明所提供的涵道双旋翼组件能够和外部气流之间产生更大的负压拉力，从而提高整个涵道双旋翼组件的工作效率，进而提高具有该涵道双旋翼组件的无人机等飞行设备的载荷能力。

Description

一种涵道双旋翼组件

技术领域

本发明涉及涵道式旋翼设备技术领域，特别是涉及一种涵道双旋翼组件。

背景技术

近年来，无人机发展迅猛，消费者对无人机的要求越来越高，搭载更多的任务载荷、持续更长的续航时间以及能在复杂环境中执行飞行任务是未来无人机发展的方向。涵道式无人机具有垂直起降和悬停的飞行特性。共轴反旋涵道螺旋桨具有反扭矩自行抵消、相同尺寸下提供更大的拉力等优点。而如何进一步提升共轴反旋涵道无人机的工作能力，也是目前无人机行业的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种涵道双旋翼组件，能够在一定程度上提高对无人机的升力，进而提升无人机的工作能力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种涵道双旋翼组件，包括：

第一涵道筒和第二涵道筒；固定在所述第一涵道筒内的第一旋翼；固定在所述第二涵道筒内的第二旋翼以及固定连接所述第一涵道筒和所述第二涵道筒的连接梁；其中，所述第一涵道筒和所述第二涵道筒的中心轴线均与所述第一旋翼和所述第二旋翼的旋转中心轴共线，且所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径相同；所述第一涵道筒底端和所述第二涵道筒顶端之间设有预设间距，且所述第二涵道筒顶端设置有沿径向向外延伸的弧形的第二唇口部，以便对所述第一涵道筒和所述第二涵道筒之间进入的气流进行导向。

其中，所述第二唇口部向外延伸的弧形曲率半径为0.2R～0.4R，所述第二唇口部的自由端半径为1.2R～1.4R，所述第一旋翼和所述第二旋翼相距0.5R～1.2R；其中，R为所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径。

其中，所述第二唇口部和所述第二涵道筒相连接的连接端与所述第二旋翼的桨尖位于同一平面内。

其中，所述第一涵道筒远离所述第二涵道筒的一端设置有第一唇口部；所述第一唇口部和所述第一涵道筒相连接的连接端，与所述第一旋翼的桨尖位于同一平面内。

其中，所述第一唇口部向外延伸的弧形曲率半径为0.15R～0.3R，其中，R为所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径。

其中，所述第二涵道筒的底端设置有沿径向向外延伸的扩散口部，所述扩散口部的扩张角为4°～10°。

其中，所述支撑梁、所述第一涵道筒和所述第二涵道筒为一体结构，所述支撑梁为由所述第一涵道筒底端延伸至所述第二涵道筒顶端的多个条形结构的支撑部件，且所述支撑梁分别和所述第一涵道筒底端以及第二涵道筒顶端之间平滑过渡连接。

其中，所述支撑梁一端固定于所述第一涵道筒的外侧面，另一端固定于所述第二涵道筒的外侧面。

其中，所述支撑梁设置有多个，且环绕所述第一涵道筒和所述第二涵道筒外侧面均匀分布。

本发明所提供的涵道双旋翼组件，具有共轴设置的第一涵道筒、第二涵道筒、第一旋翼和第二旋翼，第一旋翼和第二旋翼分别位于第一涵道筒和第二涵道筒内，而第一涵道筒和第二涵道筒之间设置有预设间距的间隙，相当于将一个共轴反旋涵道结构在两个旋翼之间位置对应的涵道筒设置有开口，使得气流能够从两个旋翼之间流入，从而增大第一旋翼和第二旋翼之间的气流质量流率，在第一涵道筒底端与第二涵道筒顶端所形成的开口处产生负压拉力。

且在第二涵道筒上设置第二唇口部，对流入涵道第一旋翼和第二旋翼之间的气流流向进行导向，使新流入气流平滑地流入到第一旋翼和第二旋翼之间，并产生和第一旋翼旋转产生的负压升力方向相同的负压拉力，在一定程度上提升了整个涵道双旋翼所产生的升力。

本发明所提供的涵道双旋翼组件，能够在很大程度上提升涵道双旋翼组件整体和外部气流之间产生的负压拉力，从而提高整个涵道双旋翼组件的工作效益。将该涵道双旋翼组件应用于无人机等飞行设备中，就能够在一定程度上提升无人机等飞行设备的载荷能力，进而提升无人机等飞行设备的工作能力，有利于无人机等飞行设备的广泛运用。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的涵道双旋翼组件的结构示意图；

图2为图1中的剖面结构示意图；

图3为现有技术中涵道双旋翼的气流流向剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的涵道双旋翼组件的气流流向剖面示意图；

附图中1为第一涵道筒、11为第一唇口部、2为第二涵道筒、21为第二唇口部、22为扩散口部、3为第一旋翼、4为第二旋翼、5为支撑梁、6为涵道筒、61为第一旋翼、62为第二旋翼。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的涵道双旋翼组件的结构示意图，图2为图1中的剖面结构示意图，该涵道双旋翼组件可以包括：

具有圆筒结构的第一涵道筒1和第二涵道筒2，第一涵道筒1内固定有第一旋翼3，且第一旋翼3的旋转中心轴和第一涵道筒1的中心轴重合。相应地，第二涵道筒2内固定有第二旋翼4，且第二旋翼4的旋转中心轴和第一涵道筒1的中心轴重合。与此同时，第一涵道筒1和第二涵道筒2的中心轴重合，也即是说，第一涵道筒1、第二涵道筒2、第一旋翼3、第二旋翼4共轴设置。

为了便于理解，以第一涵道筒1靠近第二涵道筒2一端为第一涵道筒1底端进行说明，以第二涵道筒2靠近第一涵道筒1一端为第二涵道筒2顶端进行说明，第一涵道筒1底端和第二涵道筒2顶端之间设有预设间距，使第一涵道筒1和第二涵道筒2之间留有预定宽度的间隙，具体地，该预定宽度可以为0.15R～0.3R。第一涵道筒1和第二涵道筒2之间通过支撑梁5固定连接，保持固定相对位置关系。

另外，第一旋翼和第二旋翼的半径大小相同，且旋转方向相反，形成涵道式共轴反旋翼结构的飞行组件，对应地，在本发明中，为了气流能够从第一涵道筒1平滑流入第二涵道筒2内。第一涵道筒1底端半径和第二涵道筒2底端半径至少大体上是相同的，但更为优选地是二者半径完全相同。

相对于现有的涵道式共轴反旋翼结构而言，本发明所提供的涵道式共轴反旋翼结构的飞行组件中第一旋翼和第二旋翼之间位置对应的涵道筒的位置设有间隙。

当第一旋翼3旋转时，增加了第一涵道筒1顶端的气流速度，在第一涵道筒1上方形成负压升力，而第二旋翼4向和第一旋翼3旋转方向相反的方向旋转，与第一旋翼3的旋转扭力矩相互抵消。

由于第一涵道筒1和第二涵道筒2之间设有预设间距，因此，第一旋翼3和第二旋翼4之间会有气流流入，由于第一旋翼3和第二旋翼4之间的气流流速较大，会在第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的间隙处形成负压拉力。因此，为了使该处负压拉力和第一涵道筒1顶端处产生的负压升力方向相同，以便提升整个涵道式双旋翼组件的升力。

在第二涵道筒2的顶部还设置有沿径向向外延伸的弧形的第二唇口部21，使第二唇口部21环绕第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的间隙设置，以便对第一涵道筒1和第二涵道筒2之间进入的气流进行导向，使得该气流能够平滑的流入到第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的间隙中，增大流经第二旋翼的气流的质量流率，使第二旋翼上方的气流和第二旋翼上方间隙外部的气流之间形成负压拉力，提高涵道双旋翼组件整体的飞行升力。

综上所述，在第一旋翼和第二旋翼的旋转功率不变的情况下，本发明中的涵道双旋翼组件具有更大的飞行升力，应用于实际的飞行器中，可以在一定程度上提高飞行器的工作效率。

对于现有技术中的涵道双旋翼组件，是在一体结构的涵道筒中设置两个旋转方向相反的共轴旋翼，如图3所示的现有技术中涵道双旋翼的气流流向剖面示意图，由于涵道筒6的限制，第二旋翼62没有自由空气的吸入，第二旋翼62处的气流流动很大程度上取决于第一旋翼61的尾流。由于第二旋翼62完全暴露在第一旋翼61的下洗流中，流动环境十分复杂，气动损失比较大。

而本发明中相当于在涵道筒上对应于第一旋翼3和第二旋翼4之间的位置设置了一个间隙，具体地，可参考图4，图4为本发明实施例提供的涵道双旋翼组件的气流流向剖面示意图，通过第一涵道筒1和第二涵道筒2之间设置的预设间距形成的间隙，使得外部的气流能够从该间隙开口处流入，形成负压升力，这在一定程度上降低了第一旋翼3和第二旋翼4之间的气流复杂度，减少气动损失，增大了整个涵道双旋翼组件所能够产生的升力，从而提升具有该涵道双旋翼组件的无人机的承载能力，进而提高无人机的工作能力，使得无人机能够完成需要更大承载能力的工作任务。

对于本发明中在涵道筒上设置间隙的涵道双旋翼组件相对于现有技术未设定间隙的组件，具体的提升效果如下表1和表2所示：

表1拉力系数

	第一旋翼	第二旋翼	涵道	系统总和
					设定间隙前	0.032122	0.034698	0.056212	0.123033
设定间隙后	0.041054	0.037891	0.058047	0.136991

表2品质因数

	第一旋翼	第二旋翼	系统总和
				设定间隙前	0.254267	0.286622	0.602878
设定间隙后	0.322082	0.298231	0.633166

表1中，拉力系数为涵道旋翼结构的部件产生上升拉力大小的参数，由表1可知，本发明中设置间隙后各个部件的拉力系数均有所上升，最终涵道旋翼结构系统整体的拉力系数也有所增加，也即是说本发明的方案能够提高涵道双旋翼组件飞行升力。

对应地，表2中的品质因数为评价涵道双旋翼组件工作效率的参数，品质因数越大，说明涵道双旋翼组件在耗费相同的能量下，能够驱动飞行器飞行更远的距离。由表2可知，本发明中的涵道双旋翼组件相对于现有技术而言，具有更高的品质因数。

基于上述实施例，为了避免从第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的预设间距形成的间隙处流入的气流会产生流动分离现象，在本发明的另一具体实施例中，可以进一步地包括：

第二唇口部21向外延伸的弧形曲率半径为0.2R～0.4R，使气流能够沿第二唇口部21流线形内壁进入第一旋翼3和第二旋翼4之间；第二唇口部21的自由端半径为1.2R～1.4R。并且该第二唇口部21自由端不至于延伸过长，又能够恰好使第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的预设间距完全位于第二唇口部21内环中，其中，R为第一旋翼3和第二旋翼4的半径，第二唇口部21的自由端即为不和第二涵道筒2相连接的一端。

另外，第一旋翼3和第二旋翼4相距0.5R～1.2R，而第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的预设间距。为了避免由于第一旋翼3和第二旋翼4之间的气流质量流率增大而产生复杂的气流场，形成气流漩涡，进而产生阻力，降低预设间隙位置的拉力增量，本实施例中可以进一步地包括第二唇口部21和第二涵道筒2相连接的连接端与第二旋翼4的桨尖位于同一平面内，使通过预设间隙流入的气流进入涵道后，立即伴随第二旋翼4流动，避免第二唇口部21处产生流动分离。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，可以进一步地包括：

第一涵道筒1远离第二涵道筒2的一端设置有第一唇口部11，该第一唇口部11的结构和上述实施例中第二唇口部21的结构形状近似。但是考虑到第一唇口部11对应位置流过的质量流率占很大比重，为了提高第二唇口部21处的质量流率以及负压拉力，第二唇口部21沿径向向外延伸的弧度和尺寸稍大于第一唇口部11向外延伸的弧度和尺寸。

具体地，第一唇口部向外延伸的弧形曲率半径可以为0.15R～0.3R，而第二唇口部21向外延伸的弧形曲率半径为0.2R～0.4R，其中，R为第一旋翼和第二旋翼的半径大小。

另外，为了避免第一旋翼3上方的气流形成漩涡，第一唇口部11和第一涵道筒1相连接的连接端，与第一旋翼3的桨尖位于同一平面内。

基于上述任意实施例，为了避免从第二旋翼4底端流出气流的压强过小，在本实施例中，可以包括：

第二涵道筒2的底端设置有沿径向向外延伸的扩散口部22，具体地，所述扩散口部22的内壁可以为沿径向呈弧线形的内壁，也可以为沿径向呈直线形的内壁。为了避免第二涵道筒2内的气流出现流动分离现象，扩散口部22的扩张角为4°～10°，其中，当该扩散口部22的内壁沿径向呈弧线形，那么该扩散口部22的扩张角即为该扩散口部22内壁的沿径向切线和第二涵道筒2底端内壁切线之间的最大夹角。

基于上述任意实施例，为了使第一涵道筒1和第二涵道筒2构成的涵道筒整体的气流能够成流线型流入并呈流线形流出，在本发明的另一具体实施例中，可以进一步地包括：

第一涵道筒1远离第二涵道筒2的一端设置有上唇口部11，第二涵道筒2远离第一涵道筒1的一端设置有扩散口部22，该上唇口部11和扩散口部22均是半径径向向外扩张的第二唇口部21，只是上唇口部11位于第一涵道筒1顶端，因此是整体向上向外扩张的第二唇口部21；而扩散口部22设置与第二涵道筒2底部，因此扩散口部22整体是向下向外扩张的第二唇口部21；并且上唇口部11和扩散口部22向外扩展的弧形第二唇口部21。

进一步地，该上唇口部11向外扩展的弧形曲率半径为0.15R～0.3R。

基于上述任意实施例，本发明中第一涵道筒1和第二涵道筒2是通过支撑梁5固定连接的，为了便于加工，在本发明的具体实施例中可以包括：

支撑梁5、第一涵道筒1和第二涵道筒2为一体结构，支撑梁5为由第一涵道筒1底端延伸至第二涵道筒2顶端的多个条形结构的支撑部件，且支撑梁5分别和第一涵道筒1底端以及第二涵道筒2顶端之间平滑过渡连接，使得气流能够平滑的由第一涵道筒1内流入第二涵道筒2中。

具体地，在实际操作过程中可以将一个整体的涵道筒，在相应的位置，设置多个环形分布的通孔，而相邻通孔之间未去除的部分即为支撑梁5。但是为了保证整个涵道筒中的气流的对称性，各个支撑梁5应当在涵道筒上均匀分布。

当然，为了避免设置在第一涵道筒1和第二涵道筒2之间的支撑梁5会对气流产生一定地阻挡作用，在本发明中还可以有另一种设置支撑梁的方式，具体地可以包括：

支撑梁一端固定于所述第一涵道筒1的外侧面，另一端固定于所述第二涵道筒2的外侧面。优选地，可以将支撑梁设置成弓形，尽可能的增大支撑梁中间段和第一涵道筒1与第二涵道筒2之间间隙的距离，从而减小支撑梁对通过预设间距留入涵道筒内的气流所产生的影响。

进一步地，该支撑梁可以设置多个，使多个支撑梁环绕第一涵道筒1和第二涵道筒2外侧面均匀分布。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的涵道双旋翼组件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种涵道双旋翼组件，其特征在于，包括第一涵道筒和第二涵道筒；固定在所述第一涵道筒内的第一旋翼；固定在所述第二涵道筒内的第二旋翼以及固定连接所述第一涵道筒和所述第二涵道筒的连接梁；

其中，所述第一涵道筒和所述第二涵道筒的中心轴线均与所述第一旋翼和所述第二旋翼的旋转中心轴共线，且所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径相同；所述第一涵道筒底端和所述第二涵道筒顶端之间设有预设间距，且所述第二涵道筒顶端设置有沿径向向外延伸的弧形的第二唇口部，以便对所述第一涵道筒和所述第二涵道筒之间进入的气流进行导向。

2.根据权利要求1所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述第二唇口部向外延伸的弧形曲率半径为0.2R～0.4R，所述第二唇口部的自由端半径为1.2R～1.4R，所述第一旋翼和所述第二旋翼相距0.5R～1.2R；其中，R为所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径。

3.根据权利要求2所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述第二唇口部和所述第二涵道筒相连接的连接端与所述第二旋翼的桨尖位于同一平面内。

4.根据权利要求1所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述第一涵道筒远离所述第二涵道筒的一端设置有第一唇口部；所述第一唇口部和所述第一涵道筒相连接的连接端，与所述第一旋翼的桨尖位于同一平面内。

5.根据权利要求4所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述第一唇口部向外延伸的弧形曲率半径为0.15R～0.3R，其中，R为所述第一旋翼和所述第二旋翼的半径。

6.根据权利要求2所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述第二涵道筒的底端设置有沿径向向外延伸的扩散口部，所述扩散口部的扩张角为4°～10°。

7.根据权利要求1至6任一项所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述支撑梁、所述第一涵道筒和所述第二涵道筒为一体结构，所述支撑梁为由所述第一涵道筒底端延伸至所述第二涵道筒顶端的多个条形结构的支撑部件。

8.根据权利要求1至6任一项所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述支撑梁一端固定于所述第一涵道筒的外侧面，另一端固定于所述第二涵道筒的外侧面。

9.根据权利要求8所述的涵道双旋翼组件，其特征在于，所述支撑梁设置有多个，且环绕所述第一涵道筒的外侧面和所述第二涵道筒的外侧面均匀分布。