CN118145004A - 一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器，属于旋翼飞行器技术领域。本发明解决了如何提高磁悬浮动力系统升力的技术问题，本发明提供了一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器，包括旋翼环、定子环以及驱动旋翼环在定子环内转动的旋转驱动系统，所述旋翼环上连接有桨叶，所述旋翼环与定子环之间设置有轴向支撑系统和径向支撑系统，所述定子环的内壁与旋翼环之间设置有与外界连通的第二间隙，所述旋翼环上开设有与第二间隙连通的升力增加结构，所述升力增加结构包括文丘里结构。本发明通过利用文丘里管原理设计了额外升力增加结构，该结构能使旋转部件产生一个额外的升力，并起到降低旋翼环重量的作用，也可有效提高散热效果。

Description

一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器

技术领域

本发明属于旋翼飞行器技术领域，具体涉及一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器。

背景技术

目前国内外对磁悬浮技术的各种应用方兴未艾，较成熟的应用主要集中在磁悬浮列车方面。近年来，磁悬浮技术的不断发展，将磁悬浮技术运用到旋翼飞行器上成为一种新的旋翼系统设计思路，其核心部件则是集成动力的磁悬浮旋翼系统。磁悬浮动力旋翼系统主要原理是：由螺旋桨叶和内环转子组成的磁悬浮旋翼环安装在飞行器机身涵道的凹槽内，通过磁悬浮支承方式，将旋翼旋转产生的升力通过磁力传递到外环，再传递到机身。

将磁悬浮技术运用于旋翼飞行器支承方面，发挥了外缘支承的优点，即螺旋桨嵌入在旋翼飞行器机身内部，螺旋桨得到良好的保护，旋翼飞行器的隐蔽性也得到提升；而磁悬浮支承主要运用高转速领域，采用该方法解决了旋翼飞行器采用外缘支承方式时，常规机械轴承由于支承处转速高无法满足性能要求的问题，旋翼环的转速上限得以提高；另外，由于磁悬浮支承无接触、无摩擦的特性，系统的摩擦降低，理论上消除了系统的振动，旋翼飞行器的工作效率得到了提高。

现有的旋翼飞行器的升力主要由旋翼旋转产生，如何提供额外的升力增加结构是需要探究的难题。

发明内容

针对现有技术中如何提供额外的升力增加结构问题，本发明提供了一种文丘里管式磁悬浮动力系统及其飞行器。

本发明采用的技术方案如下：

一种文丘里管式磁悬浮动力系统，包括旋翼环、定子环以及驱动旋翼环在定子环内转动的旋转驱动系统，所述旋翼环上连接有桨叶，所述旋翼环与定子环之间设置有轴向支撑系统和径向支撑系统，所述定子环的内壁与旋翼环之间设置有与外界连通的第二间隙，所述旋翼环上开设有与第二间隙连通的升力增加结构，所述升力增加结构包括文丘里结构。

采用该技术方案后，通过利用文丘里结构原理设计了额外升力增加结构，该结构能使旋转部件产生一个额外的升力，并起到降低旋翼环重量的作用，也可有效提高散热效果。

作为优选，所述文丘里结构设置有数个，数个所述文丘里结构沿旋翼环的周向布设，所述文丘里结构由两个圆锥台孔洞连接而成，且两个圆锥台孔洞的小头端连通，两个圆锥台孔洞的大头端分别设置在旋翼环的上表面和下表面，靠近旋翼环上表面的圆锥台孔洞的长度大于另一个圆锥台孔洞的长度，所述文丘里结构与轴向支撑系统交错布设。

采用该技术方案后，文丘里结构分上下两个流道，下流道短，上流道长。气流有沿流道壁法线方向离开的趋势，空气因此被拉伸空气膨胀，压力降低。根据伯努利原理和附壁效应，气流速度上升，同时贴壁流动，使得上方涵道压强减小，则旋翼环将受到一个向上的力，以达到产生一个额外的升力的效果。

作为优选，所述各个文丘里结构之间间隔15-180度布设。

作为优选，所述定子环靠近桨叶的两端均向靠近桨叶的方向延伸形成延伸部，所述延伸部和桨叶或旋翼环之间设置有第一间隙，第一间隙的宽度从远离旋翼环的一端到靠近旋翼环的一端逐渐增大，第一间隙和第二间隙组成涵道式冷却系统，所述旋翼环上设置有与延伸部配合的容纳槽。

采用该技术方案后，通过设置涵道式冷却系统当桨叶旋转的时候，桨叶下部气流向下流动，通过定子环左下侧外伸的结构产生正压区，将气流引导到旋翼环与定子环的间隙中。同时桨叶上部也产生方向向下的气流，定子环左上侧外伸的结构产生负压区，将气流从旋翼环与定子环的间隙中吸引出来，最终产生气流通路，起到对旋转驱动系统的冷却作用。

作为优选，延伸部的倾斜角度为30-60度。

作为优选，所述轴向支撑系统包括设置在旋翼环的上表面的第一上支撑磁铁，所述定子环上与第一上支撑磁铁对应处设置有第二上支撑磁铁，所述径向支撑系统包括设置在旋翼环远离桨叶的一侧的第一侧支撑磁铁，所述定子环上与第一侧支撑磁铁对应处设置有第二侧支撑磁铁，所述定子环的上表面、下表面以及远离桨叶的一侧侧面均设置有滚珠槽，所述滚珠槽内均设置有滚珠，所述第一上支撑磁铁、第二上支撑磁铁、第一侧支撑磁铁和第二侧支撑磁铁均为电磁铁，所述旋翼环或定子环上设置有若干用于测量旋翼环与定子环轴向间距和径向间距的测距机构，所述测距机构与电磁铁的控制系统电连接。

采用该技术方案后，当桨叶产生的升力与旋转部件自身的重力相等时，控制第一上支撑磁铁和第二上支撑磁铁的引力转变为斥力并逐渐增大，桨叶产生的升力通过第一上支撑磁铁和第二上支撑磁铁之间的斥力传递给定子环，从而使飞行器升空。在特殊情况下，当瞬间升力大于电磁体控制产生的斥力时，旋翼环将与滚珠接触，使旋翼环正常旋转，达到保护电磁铁和维持动力旋翼系统正常运行的功能，当第一上支撑磁铁和第二上支撑磁铁为电磁铁时，可实现对旋翼环在还未产生升力情况下的主动抬升，以减小盘式电机驱动定子环旋转所需的扭矩，实现旋翼环的零摩擦启动。

作为优选，所述轴向支撑系统和径向支撑系统均为永磁体结构，所述永磁体结构包括分别设置在旋翼环或定子环上的永磁阵列和感应轨。

采用该技术方案后，当上支撑磁铁为永磁铁时应当以斥力型悬浮方式工作。

作为优选，还包括设置在旋翼环中部的中央连接器，连接在旋翼环上的桨叶均与中央连接器连接。

作为优选，所述旋转驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机的电机转子间隔布置在定子环下表面上，所述盘式电机的电机定子设置在旋翼环上与电机转子对应处。

采用该技术方案后，盘式电机定子驱动旋翼环转子旋转，为桨叶旋转提供动力。

作为优选，所述桨叶的根部和末端均为圆盘结构，且所述桨叶上布设有鱼鳞坑结构。

采用该技术方案后，在桨叶表面设计鱼鳞坑结构，该结构在桨叶表面形成凹槽，这些凹槽可阻止气流漩涡的形成，有效地降低桨叶表面的脉动压力，噪声的大小与声音压强脉动的对数值正比，所以降低压强脉动可以降低桨叶高速旋转时产生的噪声。

作为优选，所述定子环的外表面还设置有二级保护装置，所述二级保护装置包括壳体，所述壳体与定子环之间通过圆锥滚珠轴承连接，所述定子环上对称设置有两组弹簧伸缩结构，每组弹簧伸缩结构均由若干个弹簧推杆组成，所述定子环上设置有与弹簧推杆配合的推杆保持器，所述弹簧推杆包括与定子环连接的第一弹簧，所述第一弹簧连接有杆体，所述杆体的一端穿过所述推杆保持器且连接有滚轮，所述杆体位于滚轮和推杆保持器之间的区域设置有配重块，所述壳体上远离第一弹簧的一侧设置有若干第二弹簧，所述第二弹簧连接有第一摩擦片，所述滚轮嵌设在第一摩擦片上的凹槽内，所述定子环上与第一摩擦片位置对应处设置有第二摩擦片。

采用该技术方案后，当系统在运转过程中，旋翼环由于突发的扰动与定子环产生锁死现象，桨叶由于旋转惯性带动定子环旋转，此时定子环上的第二摩擦片与二级保护装置的第一摩擦片产生相对转动。定子环转动的同时带动上/下弹簧推杆、上/下配重块和上/下滚轮转动，当转动达到一定速度时，上/下配重块由于离心力向外运动，带动上/下弹簧推杆向外运动。上/下弹簧推杆通过上/下滚轮推动第一摩擦片向外运动，此时第二摩擦片与第一摩擦片产生间隙，摩擦力减小为0，旋翼环和定子环自由旋转直至旋转自然停止。二级保护装置能有效保证旋翼环与定子环之间不因锁死而产生结构损坏，二级保护装置与内部的定子环通过圆锥滚珠轴承连接，圆锥滚珠轴承起到径向滑动与轴向支承双重作用。当磁悬浮旋翼与二级保护装置的相对速度大于临界速度时，配重块所受的离心力将带动弹簧推杆推动二级保护装置，进而使第一摩擦片和第二摩擦片脱离接触状态，起到保护作用。

作为优选，当定子环与二级保护装置的相对速度大于临界速度时，配重块所受的离心力将带动弹簧推杆推动二级保护装置向外移动，进而使第一摩擦片与第二摩擦片脱离接触状态，所述临界速度的计算公式如下：

根据牛顿第二定律得：

其中， 为第一弹簧弹力，/>为径向支反力，/>为配重块质量，/>为二级保护装置旋转角速度，/>为配重块距旋转轴的半径，/>为弹簧推杆质量，/>为弹簧推杆加速度。

为使第一摩擦片脱离第二摩擦片，将带入上式，求得临界角速度/>为：

。

采用该技术方案后，临界角速度代表二级保护装置生效所需的最小角速度，其中，可以通过调节第一弹簧和第二弹簧刚度、配重块质量、配重块安装位置来调整临界角速度，达到期望的控制目标。

作为优选，所述推杆保持器为固定设置在定子环外表面上的套筒，所述杆体与所述套筒滑动连接。

作为优选，还包括设置在旋翼环中部的中央连接器，连接在旋翼环上的桨叶均与中央连接器连接，所述旋转驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机的电机转子布置在定子环下表面上，所述盘式电机的电机定子设置在旋翼环上与电机转子对应处。

作为优选，所述桨叶的根部和末端均为圆盘结构，且所述桨叶上布设有鱼鳞坑结构。

一种飞行器，含有文丘里管式磁悬浮动力系统。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1. 本发明通过设计涵道式冷却系统，利用旋转桨叶上下空气均流向下的特性以及定子环外伸结构，形成上部负压和下部正压，使旋翼环与定子环之间的间隙中气体流动，内部驱动电机散发的热量随气体散出，解决了密集结构下电机的散热问题。

2. 通过设计额外升力增加结构，利用旋翼环与定子环之间的间隙中流动的气体，在旋翼环上设置文丘里管结构，使得上方涵道压强减小，则旋翼环将会受到一个向上的升力并起到降低旋翼环重量的作用，也可有效提高散热效果。

3. 通过设计二级保护装置，在旋翼环与定子环之间因扰动锁死时，打开二级保护装置外壳与定子环之间的锁止机构，使得旋翼环与定子环同时自由转动直至自然停止，有效保证了旋翼环与定子环之间不因锁死而产生结构损坏。

4. 当第一上支撑磁铁和第二上支撑磁铁为电磁铁时，通过主动控制第一上支承磁铁和第二上支承磁铁在旋翼旋转前通电，第一上支承磁铁和第二上支承磁铁产生引力，吸引旋翼和旋翼环向上抬升一定距离，旋翼环不与盘式电机上表面接触，实现零摩擦启动。

5. 通过设计桨叶鱼鳞坑结构，减少桨叶在旋转过程中产生的噪声。

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图；

图2为本发明中轴向支撑系统和径向支撑系统均为电磁铁时的内部结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为图2中B处的局部放大图；

图5为图2中C处的局部放大图；

图6为本发明中为二级保护装置俯视剖面图；

图7为本发明中为弹簧推杆的结构示意图；

其中，1-中央连接器，2-螺栓，3-桨叶，4-延伸部，5-第二间隙，6-定子环，7-第二上支撑磁铁，8-第一上支撑磁铁，9-壳体，10-第二摩擦片，11-第一摩擦片，12-第二弹簧，13-第一侧支撑磁铁，14-第二侧支撑磁铁，15-文丘里结构，16-电机定子，17-电机转子，18-滚珠，19-滚珠槽，20-圆锥滚珠轴承，21-旋翼环，22-鱼鳞坑结构，23-第一弹簧，24-推杆保持器，25-杆体，26-配重块，27-滚轮，28-第一间隙，29-容纳槽，30-圆盘结构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-7所示，一种文丘里管式磁悬浮动力系统，包括旋翼环21、定子环6以及驱动旋翼环21在定子环6内转动的旋转驱动系统，所述旋翼环21上连接有桨叶3，所述旋翼环21与定子环6之间设置有轴向支撑系统和径向支撑系统，所述定子环6的内壁与旋翼环21之间设置有与外界连通的第二间隙5，所述旋翼环21上开设有与第二间隙5连通的升力增加结构，所述升力增加结构包括文丘里结构15。

本实施例中，如图2所示，所述文丘里结构15设置有数个，数个所述文丘里结构15沿旋翼环21的周向布设，所述文丘里结构15由两个圆锥台孔洞连接而成，且两个圆锥台孔洞的小头端连通，两个圆锥台孔洞的大头端分别设置在旋翼环21的上表面和下表面，靠近旋翼环21上表面的圆锥台孔洞的长度大于另一个圆锥台孔洞的长度，两个圆锥台孔洞的大头端的直径相等，由于文丘里结构15布设的越多提供的升力越大，但数量过多又会影响旋翼的强度，因此文丘里结构15优选为间隔15-180度布设，本实施例中进一步优选为环向每间隔30度布设一个，总共设置12个。

本实施例中，所述定子环6靠近桨叶3的两端均向靠近桨叶3的方向延伸形成延伸部4，所述延伸部4与旋翼环21之间设置有第一间隙28，所述第一间隙28和第二间隙5组成涵道式冷却系统，延伸部4的弯曲角度为30度，轴向上第二间隙的宽度为10mm（上下均为10mm）,径向上第二间隙的宽度为5mm,延伸部4远离旋翼环21的一端与旋翼环21之间的垂直距离为6mm(上下均为6mm)。所述旋翼环21上设置有与延伸部4配合的容纳槽29，容纳槽29的尺寸与形状与延伸部4的形状和尺寸匹配，使滚珠槽19内的滚珠18可以与旋翼环21接触。

本实施例中，所述轴向支撑系统包括设置在旋翼环21的上表面的第一上支撑磁铁8，所述定子环6上与第一上支撑磁铁8对应处设置有第二上支撑磁铁7，所述径向支撑系统包括设置在旋翼环21远离桨叶3的一侧的第一侧支撑磁铁13，所述定子环6上与第一侧支撑磁铁13对应处设置有第二侧支撑磁铁14，所述定子环6的上表面、下表面以及远离桨叶3的一侧侧面均设置有滚珠槽19，所述滚珠槽19内均设置有滚珠18，通过滚珠18和滚珠槽19使旋翼环21与定子环6转动连接。

一个第一上支撑磁铁8和其对应的第二上支撑磁铁7为1对，一个第一侧支撑磁铁13和其对应的第二侧支撑磁铁14为1对；本实施例中第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7共设置有3对，3对第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7绕旋翼旋转中心轴均匀分布，保证旋翼整体轴向受力均衡，且3对有利于减轻重量。第一侧支撑磁铁13和第二侧支撑磁铁14共设置有4对；4对第一侧支撑磁铁13和第二侧支撑磁铁14绕旋翼旋转中心轴均匀分布，协同控制旋翼环21的径向位移限位，实现径向限位的自主控制，保证径向调控的前提下，使用4对，能减小旋翼的总重。

本实施例中，各个文丘里结构15的安装位置与轴向支撑系统中3对第一上支撑磁铁8第二上支撑磁铁7的安装位置交错布设。

本实施例中，所述第一上支撑磁铁8、第二上支撑磁铁7、第一侧支撑磁铁13和第二侧支撑磁铁14均为电磁铁，所述定子环6内表面上设置有若干用于测量旋翼环21与定子环6轴向间距和径向间距的测距机构，所述测距机构与电磁铁的控制系统电连接，本实施例中测距机构为距离传感器。

本实施例中，如图2所示，所述旋转驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机的电机转子17间隔布置在定子环6下表面上，所述盘式电机的电机定子16设置在旋翼环21上与电机转子17对应处。

本实施例中，如图1和图5所示，所述桨叶3的根部和末端均为圆盘结构30，所述桨叶3的根部和末端分别通过螺栓2与旋翼环21和中央连接器1连接。

本发明的使用方法如下：

在该装置开始运行时，首先由第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7产生引力吸引旋翼环21升高，使旋翼环21下表面与定子环6内侧下表面产生间隙，盘式电机的电机定子16驱动旋翼环21上的电机转子17旋转，为桨叶3旋转提供动力，随着转速提高，桨叶产生的升力增大，在此过程中控制第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7产生的引力逐渐减小。当桨叶3产生的升力与旋转部件自身的重力相等时，控制第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7的引力转变为斥力并逐渐增大，桨叶3产生的升力通过第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7之间的斥力传递给定子环6，再由定子环6通过圆锥滚珠轴承20传递给二级保护装置的壳体9，从而使飞行器升空，在特殊情况下，当瞬间升力大于第一上支撑磁铁8和第二上支撑磁铁7控制产生的斥力时，旋翼环21将与滚珠接触，使旋翼环21正常旋转，达到保护电磁铁和维持动力旋翼系统正常运行的功能。通过布置在定子环6径向内侧的距离传感器测量旋翼环21与定子环6之间的径向间隙，通过布置在定子环6轴向内侧的距离传感器测量旋翼环21与定子环6之间的轴向间隙，利用多个传感器的距离数据综合估计旋翼环21的位置，并判断旋翼环21的位置是否超出偏离阈值。如果判定旋翼环21偏离，则控制第一侧支撑磁铁13和第二侧支撑磁铁14矢量调控旋翼环21的位置，在径向避免旋翼环21与定子环6产生碰撞。极端情况下，旋翼环21可与定子环6径向内侧的滚珠18接触，以维持动力旋翼系统正常运行。

涵道式冷却系统则是当桨叶3旋转的时候，桨叶3下部气流向下流动，通过定子环6左下侧的延伸部4产生正压区，将气流从第一延伸部4处的第一间隙28引导到旋翼环21与定子环6之间的第二间隙5。同时桨叶3上部也产生方向向下的气流，定子环6左上侧的延伸部4产生负压区，将气流从旋翼环21与定子环6之间的第二间隙5经过第一间隙28吸引出来，最终产生气流通路，起到对电机驱动系统的冷却作用。

利用文丘里管原理设计了额外升力增加结构，该结构能使旋转部件产生一个额外的升力，并起到降低旋翼环21重量的作用。如图2所示的文丘里结构15，文丘里结构15分上下两个流道，下流道短，上流道长。气流有沿流道壁法线方向离开的趋势，空气因此被拉伸（空气膨胀），压力降低。根据伯努利原理和附壁效应，气流速度应该减小，同时贴壁流动，使得上方涵道压强减小，则旋翼环21将受到一个向上的力，同时也降低了旋翼环21的自身重量，提高了装置的通透性，提高散热效果。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例将实施例1中的轴向支撑系统和径向支撑系统替换为永磁体结构，所述永磁体结构包括分别设置在旋翼环21上的永磁阵列和设置在定子环6内表面上的感应轨，所述永磁阵列的位置与感应轨的位置对应。

实施例3

本实施例与实施例1-2中任一个实施例基本相同，不同之处在于：如图2、3、4、6、7所示，本实施例中，所述定子环6的外表面还设置有二级保护装置，所述二级保护装置包括壳体9，所述壳体9与定子环6之间通过圆锥滚珠轴承20连接，所述定子环6上对称设置有两组弹簧伸缩结构，每组弹簧伸缩结构均由若干个弹簧推杆组成，所述定子环6上设置有与弹簧推杆配合的推杆保持器24，所述弹簧推杆包括与定子环6连接的第一弹簧23，所述第一弹簧23连接有杆体25，所述杆体25的一端穿过所述推杆保持器24且连接有滚轮27，所述杆体25位于滚轮27和推杆保持器24之间的区域设置有配重块26，所述壳体9上远离第一弹簧23的一侧设置有若干第二弹簧12，所述第二弹簧12连接有第一摩擦片11，所述滚轮27嵌设在第一摩擦片11上的凹槽内，所述定子环6上与第一摩擦片11位置对应处设置有第二摩擦片10。

本实施例中，当定子环6与二级保护装置的相对速度大于临界速度时，配重块26所受的离心力将带动弹簧推杆推动二级保护装置向外移动，进而使第一摩擦片11与第二摩擦片10脱离接触状态，所述临界速度的计算公式如下：

根据牛顿第二定律得：

其中， 为第一弹簧23弹力，/>为径向支反力，/>为配重块26质量，/>为二级保护装置旋转角速度，/>为配重块26距旋转轴的半径，/>为弹簧推杆质量，/>为弹簧推杆加速度。

为使第一摩擦片11脱离第二摩擦片10，将带入上式，求得临界角速度/>为：

。

本实施例中，所述推杆保持器24为固定设置在定子环6外表面上的套筒，所述杆体25贯穿所述套筒且与所述套筒滑动连接。

当系统在运转过程中，旋翼环21由于突发的扰动与定子环6产生锁死现象，桨叶3由于旋转惯性带动定子环6旋转，此时定子环6上的第二摩擦片10与壳体9上的第一摩擦片11产生相对转动。定子环6转动的同时带动上下两侧的杆体25、配重块26和滚轮27转动，当转动达到一定速度时，上下两侧的配重块26由于离心力向外运动，带动杆体25向外运动。上下两侧的杆体25通过末端滚轮27推动第一摩擦片11向外运动，此时第二摩擦片10与第一摩擦片11产生间隙，摩擦力减小为0，圆锥滚珠轴承20分离，从而使壳体9与定子环6分离，旋翼环21和定子环6自由旋转直至旋转自然停止。二级保护装置能有效保证旋翼环21与定子环6之间不因锁死而产生结构损坏。

壳体9与内部的定子环6通过圆锥滚珠轴承20连接，圆锥滚珠轴承20起到径向滑动与轴向支承双重作用。当磁悬浮旋翼与二级保护装置的相对速度大于临界速度时，配重块26所受的离心力将带动杆体25推动壳体9，进而使第一摩擦片11和第二摩擦片10脱离接触状态，起到保护作用。

实施例4

本实施例与实施例1-3中任一个实施例基本相同，不同之处在于：本实施例中在桨叶3表面设计鱼鳞坑结构22，该结构在桨叶3表面形成凹槽，这些凹槽可阻止气流漩涡的形成，有效地降低桨叶3表面的脉动压力，噪声的大小与声音压强脉动的对数值正比，所以降低压强脉动可以降低桨叶3高速旋转时产生的噪声。

实施例5

本实施例为含有实施例1-4任一中所述的文丘里管式磁悬浮动力系统的飞行器，通过文丘里管式磁悬浮动力系统为飞行器提供额外的升力。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：包括旋翼环（21）、定子环（6）以及驱动旋翼环（21）在定子环（6）内转动的旋转驱动系统，所述旋翼环（21）上连接有桨叶（3），所述旋翼环（21）与定子环（6）之间设置有轴向支撑系统和径向支撑系统，所述定子环（6）的内壁与旋翼环（21）之间设置有与外界连通的第二间隙（5），所述旋翼环（21）上开设有与第二间隙（5）连通的升力增加结构，所述升力增加结构包括文丘里结构（15）。

2.根据权利要求1所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述文丘里结构（15）设置有数个，数个所述文丘里结构（15）沿旋翼环（21）的周向布设，所述文丘里结构（15）由两个圆锥台孔洞连接而成，且两个圆锥台孔洞的小头端连通，两个圆锥台孔洞的大头端分别设置在旋翼环（21）的上表面和下表面，靠近旋翼环（21）上表面的圆锥台孔洞的长度大于另一个圆锥台孔洞的长度。

3.根据权利要求1所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述定子环（6）靠近桨叶（3）的两端均向靠近桨叶（3）的方向延伸形成延伸部（4），所述延伸部（4）与桨叶（3）或旋翼环（21）之间设置有第一间隙（28），第一间隙（28）的宽度从远离旋翼环（21）的一端到靠近旋翼环（21）的一端逐渐增大，第一间隙（28）和第二间隙（5）组成涵道式冷却系统，所述旋翼环（21）上设置有与延伸部（4）配合的容纳槽（29）。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述轴向支撑系统包括设置在旋翼环（21）的上表面的第一上支撑磁铁（8），所述定子环（6）上与第一上支撑磁铁（8）对应处设置有第二上支撑磁铁（7），所述径向支撑系统包括设置在旋翼环（21）远离桨叶（3）的一侧的第一侧支撑磁铁（13），所述定子环（6）上与第一侧支撑磁铁（13）对应处设置有第二侧支撑磁铁（14），所述定子环（6）的上表面、下表面以及远离桨叶（3）的一侧侧面均设置有滚珠槽（19），所述滚珠槽（19）内均设置有滚珠（18），所述第一上支撑磁铁（8）、第二上支撑磁铁（7）、第一侧支撑磁铁（13）和第二侧支撑磁铁（14）均为电磁铁，所述旋翼环（21）或定子环（6）上设置有若干用于测量旋翼环（21）与定子环（6）轴向间距和径向间距的测距机构，所述测距机构与电磁铁的控制系统电连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述轴向支撑系统和径向支撑系统均为永磁体结构，所述永磁体结构包括分别设置在旋翼环（21）或定子环（6）上的永磁阵列和感应轨。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述定子环（6）的外表面还设置有二级保护装置，所述二级保护装置包括壳体（9），所述壳体（9）与定子环（6）之间通过圆锥滚珠轴承（20）连接，所述定子环（6）上对称设置有两组弹簧伸缩结构，每组弹簧伸缩结构均由若干个弹簧推杆组成，所述定子环（6）上设置有与弹簧推杆配合的推杆保持器（24），所述弹簧推杆包括与定子环（6）连接的第一弹簧（23），所述第一弹簧（23）连接有杆体（25），所述杆体（25）的一端穿过所述推杆保持器（24）且连接有滚轮（27），所述杆体（25）位于滚轮（27）和推杆保持器（24）之间的区域设置有配重块（26），所述壳体（9）上远离第一弹簧（23）的一侧设置有若干第二弹簧（12），所述第二弹簧（12）连接有第一摩擦片（11），所述滚轮（27）嵌设在第一摩擦片（11）上的凹槽内，所述定子环（6）上与第一摩擦片（11）位置对应处设置有第二摩擦片（10）。

7.根据权利要求6所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：当定子环（6）与二级保护装置的相对速度大于临界速度时，配重块（26）所受的离心力将带动弹簧推杆推动二级保护装置向外移动，进而使第一摩擦片（11）与第二摩擦片（10）脱离接触状态，所述临界速度的计算公式如下：

根据牛顿第二定律得：

，

其中， 为第一弹簧（23）弹力，/>为径向支反力，/>为配重块（26）质量，/>为二级保护装置旋转角速度，/>为配重块（26）距旋转轴的半径，/>为弹簧推杆质量，/>为弹簧推杆加速度；

为使第一摩擦片（11）脱离第二摩擦片（10），将带入上式，求得临界角速度/>为：

；

所述推杆保持器（24）为固定设置在定子环（6）外表面上的套筒，所述杆体（25）贯穿所述套筒，且与所述套筒滑动连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：还包括设置在旋翼环（21）中部的中央连接器，连接在旋翼环（21）上的桨叶（3）均与中央连接器连接，所述旋转驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机的电机转子（17）布置在定子环（6）下表面上，所述盘式电机的电机定子（16）设置在旋翼环（21）上与电机转子（17）对应处。

9.根据权利要求1-3任一项所述的一种文丘里管式磁悬浮动力系统，其特征在于：所述桨叶（3）的根部和末端均为圆盘结构（30），且所述桨叶（3）上布设有鱼鳞坑结构（22）。

10.一种飞行器，其特征在于：含有权利要求1-9任一项所述的文丘里管式磁悬浮动力系统。