CN110481757B - 电动导管风扇 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“电动导管风扇”。示出了一种用于飞行器的电动导管风扇。短舱限定了容纳具有风扇直径DF的推进式风扇的导管。电机被配置为驱动该风扇，并具有电磁有效长度LA和电磁有效直径DA，该长度和直径限定了0.8至2的长径比(LA/DA)。该电磁有效直径DA与该风扇直径DF之比(DA/DF)为0.45至0.60。

Description

电动导管风扇
技术领域
本公开涉及用于飞行器的电动导管风扇的配置。
背景技术
与开放式推进器相比，导管风扇推进器的效率更高，并且由于叶尖损失较少而降低了噪音，因此导管风扇推进器用于飞行器的大部分。涡轮风扇利用气体涡轮核心来驱动风扇，该风扇比核心大，以产生负责大部分推力的旁路流。
尽管在材料、压缩机和涡轮空气动力学以及燃烧效率方面取得了很大进步，但在涡轮风扇的核心里使用的气体涡轮引擎的热效率仍然非常低。具体地讲，气体涡轮体积越小，效率越低，这限制了在可以安装在机身上的引擎的数量方面的可能性。气体涡轮的燃料源也是不可再生的。此外，来自核心的高焓排气射流在与排出的旁路流混合时会产生大量噪音。
因此，希望在带导管风扇布置结构中使用电机来代替气体涡轮引擎，以减轻上述问题中的一些或全部。
发明内容
本发明涉及用于飞行器的电动导管风扇。
一种此类电动导管风扇包括限定导管的短舱，以及导管中具有风扇直径DF的推进式风扇。电机联接到该风扇。该电机具有电磁有效长度LA和电磁有效直径DA，该长度和直径限定了0.8至2的长径比(LA / DA)。电磁有效直径DA与风扇直径DF之比(DA/DF)为0.45至0.60。
以此类方式构造的电动导管风扇具有各种优点，诸如减小短舱阻力、缩短挂架以及增加离地净高。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施方案，附图仅为示意图并且未按比例绘制，并且在附图中：
图1示出了使用电机来驱动风扇的电动导管风扇推进器；
图2示出各种几何参数的定义；
图3示出了电机的一种配置；并且
图4示出了电机的另一种配置。
具体实施方式
图1示出了一种电动导管风扇推进器。
该推进器通常以101示出，其通过挂架103附接到飞行器（未示出）的翼部102。
作为带导管风扇，推进器101包括短舱104，该短舱限定了具有入口106和喷嘴107的导管105，并且推进式风扇108位于该短舱中。在操作中，风扇108使进气的压力升高，气流中的涡流被出口导叶109移除。气流被引导穿过喷嘴107以产生推力。在图1的实施方案中，风扇108由电机110驱动。
在本实施方案中，电机110的额定最大连续功率介于100千瓦和100兆瓦之间。在具体实施方案中，电机110的额定最大连续功率介于1兆瓦和10兆瓦之间。在更具体的实施方案中，电机110的额定最大连续功率为2兆瓦。
因此，如图2所示，图1的布置允许具有高毂尖比的风扇与高长径比的电机在其长度比直径方面进行组合。
在本示例中，风扇108的毂尖比是风扇叶片201的前缘的直径DF与风扇叶片201的前缘处的毂202的直径DH（即，风扇108的内部气体洗涤表面的直径）之比。应当理解，毂尖比是风扇、压缩机或涡轮级的标准公知特性。
如本文所定义的电机的长度是电磁有效部件的最大长度LA，而如本文所定义的电机的直径是电磁有效部件的最大直径DA。将参考图4进一步描述应用于具体机器类型的长度LA和直径DA的定义的示例。
通过为推进器101指定以下参数来获得益处：
(i)电机110的长径比（LA / DA，即LA除以DA的值）为0.8至2；
(ii)电机和风扇中的电磁有效部件的直径之比（DA / DF，即DA除以DF的值）为0.45至0.60。
具体地讲，发明人已经发现，这种值组合有利地使得推进器101具有较小直径的喷嘴107以获得相同的整体风扇压力比，这允许挂架103被制得更短。对于特定的风扇直径DF，这导致离地净高更大，或者对于特定的离地净高，这导致风扇直径DF更大。此外，挂架长度和高度的减小导致翼部102上的力矩减小以及重量减轻。
在具体实施方案中，比率LA / DA为1.1至1.7。发明人已经发现，这允许使用狭窄的喷嘴以及更高速的机器。在另一个具体实施方案中，LA / DA为1.3至1.5。在更具体的实施方案中，LA ∕ DA为1.4。在附加的或另选的实施方案中，比率DA / DF为0.50至0.55。在更具体的实施方案中，比率DA / DF可为0.525。风扇108的毂尖比即DT / DH的值可为0.24至0.32。在具体实施方案中，毂尖比可为0.26至0.3。在更具体的实施方案中，毂尖比可为0.28。
在一个实施方案中，风扇108的尖端压力比（即，紧接在风扇叶片201的尖端的上游和紧接在风扇叶片201的下游的滞止压力之比）在海平面以上35,000英尺的海拔和零下54℃的温度（即，ISA+0标准条件）下以及在0.85马赫的真空速下（即，在巡航状态期间）为1.3至1.7。在具体实施方案中，尖端压力比在上述条件下可为1.4至1.6。在更具体的实施方案中，尖端压力比在上述条件下可为1.5。
电机101的配置的示例通过图3中的中心轴线A-A以横截面示出。该特定配置是径向通量电机301，该电机包括围绕转子303的定子302。定子302包括已知类型的层压叠堆。在本示例中，电机是永磁电机，因此转子303包括永磁体，该永磁体与由定子302中的绕组产生的磁场相互作用以产生扭矩。也可采用另选机器类型诸如感应电机。作为径向通量电机，端部绕组304从定子302的层压叠堆中轴向地出现。
如前所述，电机301可被描述为具有电磁有效长度LA和电磁有效直径DA。如本文所用，“电磁有效”是指负责在转子上产生扭矩的区域。因此，在本示例中，长度LA是定子302的层压叠堆的长度，并且不包括端部绕组304，因为它们不会在转子303上产生明显的扭矩。类似地，直径DA是定子302的层压叠堆的直径。
换句话说，电机301的“电磁有效”部分可被表征为在机器中形成扭矩产生磁电路的部分的那些部件。
本领域技术人员将理解可如何在替他机器类型（诸如，基于电磁铁的同步马达以及轴向通量电机）中读懂该定义，其中本文所述的长径比的定义也适用于这些类型的机器。
电机101的另一示例性配置穿过图4的中心轴线A-A以横截面示出。该特定配置是径向通量电机401，该电机包括围绕定子403的转子402。与电机301一样，该机器的电磁有效长度LA是定子403的层压叠堆的长度，不包括端部绕组404。然而，在该实施方案中，电磁有效直径DA是转子402的直径。同样，机器401是永磁电机，因此直径DA由其中磁体的最大径向范围界定。如果机器更换为感应电机，则直径DA将由转子铁的最大径向范围限定。
更一般地说，如参考图3所述，应当理解，电机401的“电磁有效”部分可被表征为在机器中形成扭矩产生磁电路的部分的那些部件。
已经描述了各种示例，每个示例都以各种特征组合为特征。本领域技术人员将理解，除非明显相互排斥，否则任何特征可单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本发明扩展到并包括本文所述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (12)

1.一种用于飞行器的电动导管风扇，所述电动导管风扇包括：
短舱，所述短舱限定导管；
位于所述导管中的推进式风扇，所述推进式风扇具有风扇直径DF；
电机，所述电机被配置为驱动所述风扇，所述电机具有电磁有效长度LA和电磁有效直径DA，所述电磁有效长度LA和所述电磁有效直径DA限定了0.8至2的长径比LA/DA；
并且其中所述电磁有效直径DA与所述风扇直径DF之比DA/DF为0.45至0.60，
其中所述电机是径向通量电机，
其中定子位于转子的外部，所述电磁有效直径DA为定子叠堆的直径，并且所述电磁有效长度LA为所述定子叠堆的长度；或者
其中定子位于转子的内部，所述电磁有效直径DA为所述转子的直径，并且所述电磁有效长度LA为所述定子叠堆的长度。
2.根据权利要求1所述的电动导管风扇，其中所述长径比LA/DA为1.1至1.7。
3.根据权利要求2所述的电动导管风扇，其中所述长径比LA/DA为1.3至1.5，例如1.4。
4.根据权利要求1所述的电动导管风扇，其中所述电磁有效直径DA与所述风扇直径DF之比DA/DF为0.50至0.55。
5.根据权利要求4所述的电动导管风扇，其中所述电磁有效直径DA与所述风扇直径DF之比DA/DF为0.525。
6.根据权利要求1所述的电动导管风扇，其中所述风扇具有0.24至0.32的毂尖比。
7.根据权利要求6所述的电动导管风扇，其中所述风扇具有0.26至0.3的毂尖比。
8.根据权利要求7所述的电动导管风扇，其中所述风扇具有0.28的毂尖比。
9.根据权利要求1所述的电动导管风扇，其中所述推进式风扇在海平面以上35,000英尺的高度和零下54℃的温度下以及0.85马赫的真空速下具有1.3至1.7的尖端压力比。
10.根据权利要求9所述的电动导管风扇，其中所述推进式风扇在海平面以上35,000英尺的高度和零下54℃的温度下以及0.85马赫的真空速下具有1.3至1.5、例如1.38的尖端压力比。
11.根据权利要求1所述的电动导管风扇，其中所述电机具有100千瓦至100兆瓦的最大连续额定功率。
12.根据权利要求11所述的电动导管风扇，其中所述电机具有1兆瓦至10兆瓦、例如2兆瓦的最大连续额定功率。
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