CN113830290A - 一种伸缩式涡流发生器及其构成的桨毂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伸缩式涡流发生器及其构成的桨毂，该伸缩式涡流发生器包括枢轴、转动连接块、连杆、驱动装置、连杆座、凸起结构，所述枢轴与所述驱动装置连接，所述驱动装置用以驱动枢轴在与枢轴轴中心线正交的平面做圆周运动，所述枢轴与所述转动连接块连接，所述转动连接块与所述连杆转动连接，所述连杆与所述连杆座连接，所述连杆座与所述凸起结构连接，所述凸起结构能穿设桨毂的中间轴整流罩。本发明解决了现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题。

Description

一种伸缩式涡流发生器及其构成的桨毂

技术领域

本发明涉及流体流动控制技术领域，具体是一种伸缩式涡流发生器及其构成的桨毂。

背景技术

目前，共轴刚性旋翼高速直升机的桨毂高度更高，外形更为复杂（图1），其受旋翼尾流、旋翼轴后分离流的影响更加严重，阻力通常占全机阻力的50%左右，以美国XH-59验证机的飞行试验为例，在高速前飞时该型高速直升机要用全机的45%的功率来克服桨毂阻力。所以，大的桨毂阻力是限制共轴刚性旋翼高速直升机最大飞行速度和航程进一步提升的重要因素，为实现高速飞行，必须解决共轴刚性旋翼桨毂阻力巨大这一关键问题。

被动流动控制包括外形优化、格尼襟翼、前缘缝翼、涡流发生器等；主动流动控制主要有吹/吸气、零质量射流、等离子体等方式。

涡流发生器有很多种形式，可以是在物体表面凸起的小柱体（圆柱、方柱等，约几毫米高），也可是一些凸起的薄片等，主要是产生涡流，延缓或消除前飞时气流分离，达到增加升力或者减小阻力的目的。

目前的采用涡流发生器降低共轴刚性旋翼桨毂阻力的技术存在以下不足：装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种伸缩式涡流发生器及其构成的桨毂，解决现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种伸缩式涡流发生器，包括枢轴、转动连接块、连杆、驱动装置、连杆座、凸起结构，所述枢轴与所述驱动装置连接，所述驱动装置用以驱动枢轴在与枢轴轴中心线正交的平面做圆周运动，所述枢轴与所述转动连接块连接，所述转动连接块与所述连杆转动连接，所述连杆与所述连杆座连接，所述连杆座与所述凸起结构连接，所述凸起结构能穿设桨毂的中间轴整流罩。

工作时，驱动装置驱动枢轴在与枢轴轴中心线正交的平面做圆周运动，枢轴带动转动连接块运动，此时转动连接块即具有沿在枢轴轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动；而所述转动连接块与所述连杆转动连接，所述连杆与所述连杆座连接，所述连杆座与所述凸起结构连接，带动了凸起结构即具有沿在枢轴轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动。在此基础上，只要限制凸起结构的转动运动，则使凸起结构仅具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动，从而使涡流发生器相对于桨毂的中间轴整流罩具备了伸缩功能。这样的结构装卸方便，操作简便，通过调节驱动装置的驱动力或驱动方向，便可很方便地控制凸起结构伸出桨毂的中间轴整流罩的伸缩频率；通过更换凸起结构的形状或将凸起结构安装于桨毂的不同位置等方案，便可适应多种不同类型的桨毂，适应性好。从而解决了解决现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题。

作为一种优选的技术方案，转动连接块沿枢轴的轴向平行分布，每个凸起结构对应M个转动连接块和N个连杆座；其中，M≥且M为正整数，N≥且N为正整数。

通过调节凸起结构及其对应的转动连接块和连杆座的数量，便可方便调节涡流发生器的减阻能力，调节简便高效。

作为一种优选的技术方案，相邻的连杆座与所述连杆固定连接，所述转动连接块套设于所述连杆外。

转动连接块带动连杆运动，相邻的连杆座与所述连杆固定连接有利于连杆带动连杆座更加稳定的运动。

作为一种优选的技术方案，所述枢轴与所述转动连接块通过轴承连接。

轴承有利于阻挡转动连接块沿枢轴横截面的转动运动，从而保证转动连接块做直线运动，同时降低了所述枢轴与所述转动连接块的磨损。

作为一种优选的技术方案，所述凸起结构的垂直于凸起方向的横截面形状为圆柱形、正方形、长方形、三角形或菱形。

以上横截面形状的凸起结构比较标准化，便于加工制作。

作为一种优选的技术方案，还包括上枢轴安装盘、下枢轴安装盘，所述枢轴的两端分别与所述上枢轴安装盘、下枢轴安装盘偏心连接。

这使枢轴偏心运动，从而实现了转动和直线运动，而且所述枢轴与转动连接块轴承连接实现了转动连接块一端的圆周运动（转动和直线运动）。

作为一种优选的技术方案，还包括导轨，所述导轨上设有与所述凸起结构配合的通孔，所述凸起结构沿所述通孔穿设导轨。

导轨对凸起结构起到了限位作用，有利于防止凸起结构的转动，从而限制凸起结构转动、实现直线运动，从而提高了涡流发生器的稳定性和可靠性。

作为一种优选的技术方案，还包括连接于所述导轨两端的安装座。

安装座对导轨起到了限位和固定作用，有利于进一步防止凸起结构的晃动，进一步提高了涡流发生器的稳定性和可靠性。

作为一种优选的技术方案，所述驱动装置包括电机、与所述电机连接的皮带轮，所述皮带轮与所述枢轴传动连接。

电机提供动力稳定，便于电气化控制，自动化程度较高，所述皮带轮与所述枢轴传动连接，使枢轴转动更加平稳和可控，同时降低了磨损。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

（1）本发明工作时，驱动装置驱动枢轴在与枢轴轴中心线正交的平面做圆周运动，枢轴带动转动连接块运动，此时转动连接块即具有沿在枢轴轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动；而所述转动连接块与所述连杆转动连接，所述连杆与所述连杆座连接，所述连杆座与所述凸起结构连接，带动了凸起结构即具有沿在枢轴轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动；在此基础上，只要限制凸起结构的转动运动，则使凸起结构仅具有远离或靠近枢轴侧面的直线伸缩运动，从而使涡流发生器相对于桨毂的中间轴整流罩具备了伸缩功能；这样的结构装卸方便，操作简便，通过调节驱动装置的驱动力或驱动方向，便可很方便地控制凸起结构伸出桨毂的中间轴整流罩的伸缩频率；通过更换凸起结构的形状或将凸起结构安装于桨毂的不同位置等方案，便可适应多种不同类型的桨毂，适应性好。从而解决了解决现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题；

（2）本发明通过调节凸起结构及其对应的转动连接块和连杆座的数量，便可方便调节涡流发生器的减阻能力，调节简便高效；

（3）本发明转动连接块带动连杆运动，相邻的连杆座与所述连杆固定连接有利于连杆带动连杆座更加稳定的运动；

（4）本发明轴承有利于阻挡转动连接块沿枢轴横截面的转动运动，从而保证转动连接块做直线运动，同时降低了所述枢轴与所述转动连接块的磨损；

（5）本发明所述凸起结构的垂直于凸起方向的横截面形状为圆柱形、正方形、长方形、三角形或菱形，以上横截面形状的凸起结构比较标准化，便于加工制作；

（6）本发明使枢轴偏心运动，从而实现了转动和直线运动，而且所述枢轴与转动连接块轴承连接实现了转动连接块一端的圆周运动（转动和直线运动）；

（7）本发明导轨对凸起结构起到了限位作用，有利于防止凸起结构的转动，从而限制凸起结构转动、实现直线运动，从而提高了涡流发生器的稳定性和可靠性；

（8）本发明安装座对导轨起到了限位和固定作用，有利于进一步防止凸起结构的晃动，进一步提高了涡流发生器的稳定性和可靠性；

（9）本发明电机提供动力稳定，便于电气化控制，自动化程度较高，所述皮带轮与所述枢轴传动连接，使枢轴转动更加平稳和可控，同时降低了磨损。

附图说明

图1为本发明所述的一种伸缩式涡流发生器的结构示意图；

图2为桨毂的中间轴整流罩的结构示意图；

图3为本发明所述的一种伸缩式涡流发生器安装于桨毂的安装示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、枢轴，2、上枢轴安装盘，3、下枢轴安装盘，4、转动连接块，5、连杆，6、驱动装置，7、连杆座，8、凸起结构，10、导轨，11、通孔，12、安装座，20、中间轴整流罩，61、电机，62、皮带轮。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，一种伸缩式涡流发生器，包括枢轴1、转动连接块4、连杆5、驱动装置6、连杆座7、凸起结构8，所述枢轴1与所述驱动装置6连接，所述驱动装置6用以驱动枢轴1在与枢轴1轴中心线正交的平面做圆周运动，所述枢轴1与所述转动连接块4连接，所述转动连接块4与所述连杆5转动连接，所述连杆5与所述连杆座7连接，所述连杆座7与所述凸起结构8连接，所述凸起结构8能穿设桨毂的中间轴整流罩。

工作时，驱动装置6驱动枢轴1在与枢轴1轴中心线正交的平面做圆周运动，枢轴1带动转动连接块4运动，此时转动连接块4即具有沿在枢轴1轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动（其中，转动连接块4远离枢轴的一端做直线运动，转动连接块4与枢轴1连接的一端做转动运动和直线运动）；而所述转动连接块4与所述连杆5转动连接，所述连杆5与所述连杆座7连接，所述连杆座7与所述凸起结构8连接，带动了凸起结构8即具有沿在枢轴1轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动。在此基础上，只要限制凸起结构8的转动运动，则使凸起结构8仅具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动，从而使涡流发生器相对于桨毂的中间轴整流罩20具备了伸缩功能。这样的结构装卸方便，操作简便，通过调节驱动装置6的驱动力或驱动方向，便可很方便地控制凸起结构8伸出桨毂的中间轴整流罩20的伸缩频率（优选的，驱动装置6固定在某一位置，如驱动装置6采用力矩电机，可方便调节8的伸出长度）；通过更换凸起结构8的形状或将凸起结构8安装于桨毂的不同位置等方案，便可适应多种不同类型的桨毂，适应性好。从而解决了解决现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题。

作为一种优选的技术方案，转动连接块4沿枢轴1的轴向平行分布，每个凸起结构8对应M个转动连接块4和N个连杆座7；其中，M≥2且M为正整数，N≥2且N为正整数。

通过调节凸起结构8及其对应的转动连接块4和连杆座7的数量，便可方便调节涡流发生器的减阻能力，调节简便高效。

作为一种优选的技术方案，相邻的连杆座7与所述连杆5固定连接，所述转动连接块4套设于所述连杆5外。

转动连接块4带动连杆5运动，相邻的连杆座7与所述连杆5固定连接有利于连杆5带动连杆座7更加稳定的运动。作为优选，连杆5可分段设置（每两相邻的连杆座7之间设置一连杆5），也可仅采用一根连杆5将所有连杆座7连接。

作为一种优选的技术方案，所述枢轴1与所述转动连接块4通过轴承连接。

轴承有利于阻挡转动连接块4沿枢轴1横截面的转动运动，从而保证转动连接块4做直线运动，同时降低了所述枢轴1与所述转动连接块4的磨损。

作为一种优选的技术方案，所述凸起结构8的垂直于凸起方向的横截面形状为圆柱形、正方形、长方形、三角形或菱形。

以上横截面形状的凸起结构8比较标准化，便于加工制作。

作为一种优选的技术方案，还包括上枢轴安装盘2、下枢轴安装盘3，所述枢轴1的两端分别与所述上枢轴安装盘2、下枢轴安装盘3偏心连接。

这使枢轴1偏心运动，从而实现了转动和直线运动，而且所述枢轴1与转动连接块4轴承连接实现了转动连接块4一端的圆周运动（转动和直线运动）。

实施例2

如图1至图3所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

作为一种优选的技术方案，还包括导轨10，所述导轨10上设有与所述凸起结构8配合的通孔11，所述凸起结构8沿所述通孔11穿设导轨10。

导轨10对凸起结构8起到了限位作用，有利于防止凸起结构8的转动，从而限制凸起结构8转动、实现直线运动，从而提高了涡流发生器的稳定性和可靠性。

作为一种优选的技术方案，还包括连接于所述导轨10两端的安装座12。

安装座12对导轨10起到了限位和固定作用，有利于进一步防止凸起结构8的晃动，进一步提高了涡流发生器的稳定性和可靠性。优选的，上枢轴安装盘2、下枢轴安装盘3均与安装座12固定连接；优选的，驱动装置6与安装座12固定连接，进一步节省了安装部件和安装空间。

作为一种优选的技术方案，所述驱动装置6包括电机61、与所述电机61连接的皮带轮62，所述皮带轮62与所述枢轴1传动连接。

电机61提供动力稳定，便于电气化控制，自动化程度较高，所述皮带轮62与所述枢轴1传动连接，使枢轴1转动更加平稳和可控，同时降低了磨损。优选的，所述电机61的转动速度可调。

实施例3

如图1至图3所示，作为实施例1、实施例2的进一步优化，本实施例包含了实施例1、实施例2的全部技术特征，本实施例提供一种桨毂。

一种桨毂，包括所述的一种伸缩式涡流发生器。

由于桨毂采用了所述的一种伸缩式涡流发生器。工作时，驱动装置6驱动枢轴1在与枢轴1轴中心线正交的平面做圆周运动，枢轴1带动转动连接块4运动，此时转动连接块4即具有沿在枢轴1轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动（其中，转动连接块4远离枢轴的一端做直线运动，转动连接块4与枢轴1连接的一端做转动运动和直线运动）；而所述转动连接块4与所述连杆5转动连接，所述连杆5与所述连杆座7连接，所述连杆座7与所述凸起结构8连接，带动了凸起结构8即具有沿在枢轴1轴中心线正交的平面的转动运动，又具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动，从而使涡流发生器相对于桨毂的中间轴整流罩20具备了伸缩功能。在此基础上，只要限制凸起结构8的转动运动，则使凸起结构8仅具有远离或靠近枢轴1侧面的直线伸缩运动。这样的结构装卸方便，操作简便，通过调节驱动装置6的驱动力或驱动方向，便可很方便地控制凸起结构8伸出桨毂的中间轴整流罩20的伸缩频率（优选的，驱动装置6固定在某一位置，如驱动装置6采用力矩电机，可方便调节8的伸出长度）；通过更换凸起结构8的形状或将凸起结构8安装于桨毂的不同位置等方案，便可适应多种不同类型的桨毂，适应性好。从而解决了解决现有技术存在的装卸麻烦、调节困难、可操作性差、适应性差等问题。

实施例4

如图1至图3所示，本实施例包含实施例1、实施例2、实施例3的全部技术特征，本实施例在实施例1、实施例2、实施例3的基础上，提供更细化的实施方式。

本发明一种伸缩式涡流发生器包括多点同时伸缩结构，该结构安装于中间轴整流罩内部，电机61通过皮带轮62驱动枢轴1转动；枢轴1偏心安装于上枢轴安装盘2、下枢轴安装盘3上，枢轴1上安装转动连接块4（转动连接块4相对于枢轴1可转动），转动连接块4另一端连接连杆5（连杆5相对于枢轴1可转动），连杆5连接多个凸起结构8；凸起结构8可更换，凸起结构8穿过导轨10（更换不同凸起结构8时，需要同时更换导轨10，确保通孔11与凸起结构8配合，避免凸起结构8与导轨10间缝隙影响气动外形），导轨10与安装座12连接，凸起结构8安装在连杆座7上（可更换凸起结构8横截面可以是圆柱形，也可更换为正方形、长方形、三角形、菱形等）。

电机61旋转，带动枢轴1旋转，枢轴1由于偏心安装在枢轴1安装盘上，可使连杆5带动凸起结构8进行伸缩运动（凸起结构8仅进行直线运动，其他位置不变）。

电机61旋转速度不同，凸起结构8的伸缩频率就不同。桨毂不同的飞行姿态需要不同的伸缩频率，可根据需要改变旋转速度和凸起结构8外形。该涡流发生器具有安装简单、拆装快速等特点，同时，不同凸起结构8外形的伸缩式涡流发生器仅需更换可更换凸起结构8和导轨10即可实现凸起结构8外形更改。

图3展示了本发明一种伸缩式涡流发生器在桨毂的中间轴整流罩20内的安装的位置和范围，可竖直安装，也可斜向安装。

优选的，枢轴1与上枢轴安装盘2、下枢轴安装盘3均可拆卸式连接，连杆座7与凸起结构8可拆卸式连接；更加拆卸方便。更优选螺纹连接。

本发明将被动的涡流发生器主动化；

本发明采用凸起结构8伸缩的形式进行主动化；

本发明一个电机61驱动多个凸起结构8；

本发明凸起结构8的形状可以快速进行更换；

本发明凸起结构8的长度可以快速进行更换，进而凸起结构8伸出的长度可进行改变；

本发明电机61电机的旋转速度可进行改变，进而改变伸缩频率；

本发明每个伸缩式涡流发生器的凸起结构8个数可改变；

本发明伸缩式涡流发生器在桨毂的安装位置可根据研究结果进行快速调整。

本发明提出一种可操作性强、结构简单的伸缩式涡流发生器，将被动流动控制技术主动化，进而相对高效地实现共轴桨毂减阻。

目前国内开展的涡流发生器被动流动控制一般都是基于固定、不可变的涡流发生器。本发明创新地将涡流发生器这种被动流动控制方法主动化，形成可伸缩的涡流发生器，经过试验，该方法减阻效力可达5%左右。同时，进行风洞试验时，可对不同的涡流发生器长度、涡流发生器外形进行快速更换，伸缩频率也能实时调整，有利于提高风洞试验伸缩式涡流发生器的优选效率，为后期进行智能涡流发生器研究奠定基础。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，包括枢轴（1）、转动连接块（4）、连杆（5）、驱动装置（6）、连杆座（7）、凸起结构（8），所述枢轴（1）与所述驱动装置（6）连接，所述驱动装置（6）用以驱动枢轴（1）在与枢轴（1）轴中心线正交的平面做圆周运动，所述枢轴（1）与所述转动连接块（4）连接，所述转动连接块（4）与所述连杆（5）转动连接，所述连杆（5）与所述连杆座（7）连接，所述连杆座（7）与所述凸起结构（8）连接，所述凸起结构（8）能穿设桨毂的中间轴整流罩。

2.根据权利要求1所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，转动连接块（4）沿枢轴（1）的轴向平行分布，每个凸起结构（8）对应M个转动连接块（4）和N个连杆座（7）；其中，M≥2且M为正整数，N≥2且N为正整数。

3.根据权利要求2所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，相邻的连杆座（7）与所述连杆（5）固定连接，所述转动连接块（4）套设于所述连杆（5）外。

4.根据权利要求3所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，所述枢轴（1）与所述转动连接块（4）通过轴承连接。

5.根据权利要求4所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，所述凸起结构（8）的垂直于凸起方向的横截面形状为圆柱形、正方形、长方形、三角形或菱形。

6.根据权利要求5所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，还包括上枢轴安装盘（2）、下枢轴安装盘（3），所述枢轴（1）的两端分别与所述上枢轴安装盘（2）、下枢轴安装盘（3）偏心连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，还包括导轨（10），所述导轨（10）上设有与所述凸起结构（8）配合的通孔（11），所述凸起结构（8）沿所述通孔（11）穿设导轨（10）。

8.根据权利要求7所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，还包括连接于所述导轨（10）两端的安装座（12）。

9.根据权利要求8所述的一种伸缩式涡流发生器，其特征在于，所述驱动装置（6）包括电机（61）、与所述电机（61）连接的皮带轮（62），所述皮带轮（62）与所述枢轴（1）传动连接。

10.一种桨毂，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的一种伸缩式涡流发生器。

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