CN109533287A - 一种涵道风扇外涵道及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涵道风扇外涵道，包括外涵道壁和内涵道壁，所述外涵道在其中轴线处的截面的形状为翼型，所述翼型的中弧线朝向所述中轴线突出。还公开了一种无人机，包括机身及设置在机身上的涵道风扇外涵道。本发明的有益效果：本发明所述的涵道风扇外涵道，能够有效优化涵道风扇前后流场，使外涵道提供可观推力。

Description

一种涵道风扇外涵道及无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体来说，涉及一种涵道风扇外涵道及无人机。

背景技术

近年来，随着无人机等小型飞行器的日益普及，作为飞行的重要动力系统的涵道风扇(Ducted Fan)的设计方式也备受关注。在此，涵道风扇，是指一种螺旋桨位于涵道内的飞机推进装置，该装置的外部结构是通过外涵道组成的。该结构能够有效的为螺旋桨提供需要的速度和压力，并且能够有效的降低叶尖诱导阻力，提供优化的来流流场，并阻挡噪音扩散。目前涵道风扇大量运用于民航客机、私人商务客机、军用飞机、气垫船等领域，大多为数千公斤级，因而无法适用于无人机等小型飞行器。

此外，普通的航模用涵道风扇多是应对特定飞行姿态或者路线，飞行时间一般在数分钟到十几分钟之间，因此对涵道风扇的效率要求不高，续航时间差，也不适应于无人机等小型飞行器。而且，这种航模用涵道风扇往往没有经过详细气动设计，以完成特定的短时间表演任务为主。

因此，设计与对应的无人机性能相匹配的涵道风扇也显得尤为重要。而且，优化外涵道流畅，减小阻力，最大化外涵道带来的增益，并且在保证涵道风扇能提供无人机所需性能的同时，尽可能减小外涵道的体积重量的需求日益强烈。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种涵道风扇外涵道，有效保证风扇的气动需求，提高整体效率。另外，还提供一种安装有该涵道风扇外涵道的无人机。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

该涵道风扇外涵道，包括外涵道壁和内涵道壁，所述外涵道在其中轴线处的截面的形状为翼型，所述翼型的中弧线朝向所述中轴线突出。

优选地，所述外涵道壁朝向所述中轴线突出。

优选地，所述外涵道壁与所述内涵道壁之间设有中空部。

优选地，所述中空部的整体靠近所述外涵道的外端。

优选地，所述外涵道壁和所述内涵道壁上分别设有导线槽。

优选地，所述中轴线与气流方向的夹角为-4°～12°之间。

优选地，所述内涵道壁与外涵道壁之间设置通道，所述通道为沿外涵道周向设置的一圈，所述通道与所述导线槽连通。

优选地，所述外涵道包括第一端及第二端，所述第一端内涵道壁上设置第一限位部，所述第一端外涵道壁上设置有第二限位部，所述第一限位部与第二限位部之间形成通道，所述通道为沿外涵道周向设置的一圈且与所述导线槽连通。

优选地，所述第二端开设中空部，所述中空部为沿外涵道周向设置的一圈，所述通道与所述中空部连通。

另一方面，本发明涉及一种无人机，该无人机包括机身及设置在机身上所述的涵道风扇外涵道。

本发明的有益效果：本发明所述的涵道风扇外涵道，其沿外涵道中轴线的截面形状为翼型，相比于现有的外涵道形状，该结构能够有效优化涵道风扇前后流场，使外涵道提供可观推力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例所述的涵道风扇外涵道的立体图；

图2是本发明实施例所述的涵道风扇外涵道的主视图；

图3是图2沿A-A线的剖视图。

图中：1.外涵道；11.外涵道壁；12.内涵道壁；13.中空部；14.导线槽；101.第二限位部；102.第一限位部；103.通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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所示，是本发明实施例所述的涵道风扇外涵道的立体图

如图2所示，是本发明实施例所述的涵道风扇外涵道的主视图。

如图3所示，是图2沿A-A线的剖视图。

如图1～图2所示，本发明实施例所述的一种涵道风扇外涵道1，其周向的截面大致呈圆环形，包括外涵道壁11和内涵道壁12，外涵道壁11与内涵道壁12的边缘彼此连接，成为一体的结构。

中轴线是把平面或立体分成对称部分的直线，是指一个物体或一个三维图形绕着旋转或者可以设想着旋转的一根直线，也叫轴线或中心轴。在本发明中，外涵道1的中轴线位置如图3所示，通过虚线K表示，中轴线处的截面即该虚线K所在的平面(例如图2中的A-A线与虚线K所组成的平面)，该平面能够将外涵道1分割成镜像对称的两部分。图3中右侧为外涵道1的外端侧，图3中左侧为外涵道1的内端侧，图3中箭头表示无人机前方来流方向。

如图3所示，外涵道1在其中轴线K处的截面的形状为翼型，该翼型的中弧线朝向中轴线K突出。该翼型基于现有翼型进行优化和设计，并通过仿真模拟验证实际性能。在现有技术中，飞行装置外涵道在中轴线处的截面为中弧线朝向外涵道外周方向突出的翼型，而在本发明中，翼型的中弧线朝向外涵道内周突出，在巡航飞行中，这样的外涵道能够有效优化涵道风扇前后流场，使外涵道提供可观推力。

这样的外涵道能够在增加进气面积的同时，有效为前流场(即涵道进气唇口附近的气流分布情况，如果设计不合适，就会使气流遇到涵道的瞬间发生分离，分离的气流对涵道风扇的效率和安全性会造成极大的影响)气流加速，增加气流能量，缓解二次流(即涵道内外部的气流形成漩涡状的旋流，该旋流会影响启动效率，尤其是影响风扇动叶的效率，以及造成动叶的震动，减小涵道寿命)，优化风扇前流场，进而减小分离可能。

由于外涵道1在中轴线K处的截面为中弧线朝向外涵道外周方向突出的翼型，气流进入外涵道1后，先使气流加速以满足螺旋桨盘前速度要求，后逐渐减小气流速度以形成逆压梯度增加外涵道壁所能提供的推力。在特定巡航速度下，外涵道在一定的迎角(即中轴线与气流方向的夹角)范围内，涵道前后流场会得到明显优化，在无气流分离的情况下使涵道提供推力。迎角优选为处于-4°～12°。在此，特定巡航速度即为无人机设计时速，优选为16m/s～30m/s。

如图3所示，外涵道壁11与内涵道壁12之间设有中空部13，该中空部13可以有效地减小外涵道1的体积重量，同时保证外涵道1所需的强度，另外，中空部13可同时对电机排线提供方便。中空部13可以是一个连通的环状的结构，也可以是由多个彼此不连通的小空间组成。此外，中空部13还有有助于提高散热性能。

如图3所示，内涵道壁12距离中轴线K最近的位置靠近外涵道1的外端侧，因此，外涵道1的外端侧更加厚重，将中空部13的整体设置靠近外涵道1的外端，从而在尽量减少外涵道1的重量的同时能够保持外涵道1的结构稳定性。

如图1所示，外涵道壁11和内涵道壁12的上分别设有导线槽14，电机排线依次穿过外涵道壁11和内涵道壁12上的导线槽14与风扇的静叶连接，不影响涵道内气动外形。两个导线槽14尽量彼此靠近设置，以免过多的排线停留在外涵道壁11和内涵道壁12之间。

为进一步优化排线，该外涵道包括第一端(即图3中的靠左的位置)及第二端(即图3中的靠右的位置)，在第一端内涵道壁12上设有第一限位部102，在第一端外涵道壁11上设置有第二限位部101，第一限位部102与第二限位部101之间形成一圈沿外涵道形状的通道103，该通道103在导线槽14开口处与导线槽14连通。本实施例中，该第一限位部102及第二限位部101位沿内涵道壁12及外涵道壁11的凸起，该凸起之间形成通道103，在走线或排线时使结构更加合理，提高排线工作效率。

该外涵道第二端开设中空部13，并且中空部13为沿外涵道周向设置的一圈，所述通道103与所述中空部13连通。该中空部可有效减轻外涵道的重量，并且与通道103连通进一步提高排线效率。

如图3所示，外涵道壁11也朝向中轴线K突出，形成向内周凹陷的形状，这样的形状，使气流沿外涵道壁11流动时可以提供一定的推力。

本发明所述的涵道风扇外涵道根据无人机任务及起重重量要求(大致在几公斤到十几公斤)而设计，与无人机或小型飞行器的性能相匹配。

另外基于同一思路下的无人机，包括机身及涵道风扇外涵道，机身可为现有技术中常规机身。该涵道风扇的安装方式可借鉴常规的具有涵道风扇的飞行器，此处不再赘述。

综上所述，本发明所述的涵道风扇外涵道及安装有该涵道风扇外涵道的无人机具有如下优点:

1.所设计涵道风扇需与对应的无人机性能相匹配。

2.优化外涵道流场，有效减小外涵道的气流分离，减小阻力，最大化外涵道带来的增益。

3.在保证涵道风扇能提供无人机所需性能的同时，尽可能减小外涵道的体积重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涵道风扇外涵道，包括外涵道壁和内涵道壁，其特征在于，

所述外涵道在其中轴线处的截面的形状为翼型，所述翼型的中弧线朝向所述中轴线突出。

2.根据权利要求1所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述外涵道壁朝向所述中轴线突出。

3.根据权利要求1所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述外涵道壁与所述内涵道壁之间设有中空部。

4.根据权利要求3所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述中空部的整体靠近所述外涵道的外端。

5.根据权利要求1所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述外涵道壁和所述内涵道壁上分别设有导线槽。

6.根据权利要求1所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述中轴线与气流方向的夹角为-4°～12°之间。

7.根据权利要求5所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述内涵道壁与外涵道壁之间设置通道，所述通道为沿外涵道周向设置的一圈，所述通道与所述导线槽连通。

8.根据权利要求5所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，

所述外涵道包括第一端及第二端，所述第一端内涵道壁上设置第一限位部，所述第一端外涵道壁上设置有第二限位部，所述第一限位部与第二限位部之间形成通道，所述通道为沿外涵道周向设置的一圈且与所述导线槽连通。

9.根据权利要求8所述的涵道风扇外涵道，其特征在于，所述第二端开设中空部，所述中空部为沿外涵道周向设置的一圈，所述通道与所述中空部连通。

10.一种无人机，其特征在于，包括机身及设置在机身上如权利要求1～9任一项所述的涵道风扇外涵道。