CN118284743A - 螺旋桨风机和驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有降低的噪音发射的螺旋桨风机和驱动系统。螺旋桨风机包括具有多个叶片的叶片式风扇。叶片式风扇在多个叶片的尖端处张紧。通过张紧叶片的尖端，在螺旋桨风机的操作期间保持叶片的角度，从而减小可能由叶片的角度的变化引起的噪音。

Description

螺旋桨风机和驱动系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年3月3日提交的美国临时专利申请No.63/155,968，于2021年3月3日提交的美国临时专利申请No.63/156,063，于2021年3月3日提交的美国临时专利申请No.63/156,067和于2021年3月3日提交的美国临时专利申请No.63/156,076的优先权，它们中的每一个在此通过引用全文并入于此。

技术领域

本公开总体上涉及一种螺旋桨风机和驱动系统。

背景技术

常规的螺旋桨风机通常包括开式转子和螺旋桨。这些类型的常规螺旋桨风机已经达到其声学极限。常规的螺旋桨包括支撑在一侧上的2个叶片至5个叶片，由此将叶片数限制为5个或更少的叶片。为了使常规的螺旋桨发出的声音的频率对于人的耳朵来说是不可察觉的，必须提高风扇的速度。然而，常规的螺旋桨由于仅由单侧结构支撑而不能以更高的速度被驱动。此外，由于常规的螺旋桨风机仅在单侧被支撑，当叶片式风扇旋转时，风扇叶片的角度导致人耳可听见的音高变化。结果，噪音污染增加。

发明内容

公开了一种减少噪音污染的螺旋桨风机和驱动系统。螺旋桨风机包括具有多个叶片的叶片式风扇。叶片式风扇在多个叶片的尖端处被张紧。在一个实施例中，连接到叶片尖端的张力环张紧叶片尖端。此外，螺旋桨风机包括锁定环，该锁定环被配置为连接到多个叶片的根部以张紧叶片的根部。通过张紧多个叶片的尖端和根部，在推力产生期间和静止时保持叶片的相同形状和扭曲，从而减小可能由叶片的角度变化引起的噪音。

附图说明

图1是根据一个实施例的螺旋桨风机的透视图。

图2A是根据一个实施例的螺旋桨风机的第一分解视图。

图2B是根据一个实施例的螺旋桨风机的第二分解视图。

图3A、图3B、图3C和图3D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的管道唇缘的透视图、正视图、侧视图和截面图。

图4A、图4B、图4C和图4D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的鼻锥的透视图、正视图、截面图和截面透视图。

图5A和图5B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的毂的正视图和侧视图。

图6A和图6B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的叶片式风扇的透视图和正视图。

图7A、图7B、图7C和图7D分别示出了根据一个实施例的被包括在图6A和图6B所示的叶片式风扇中的叶片的透视图、正视图、侧视图和俯视图。

图8A、图8B和图8C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的锁定环的透视图、正视图和侧视图。

图9A和图9B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的张力环的透视图和侧视图。

图10A、图10B和图10C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的内管道本体壳体的透视图、正视图和侧视图。

图11A、图11B、图11C和图11D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的定子的透视图、正视图、侧视图和截面图。

图12A、图12B、图12C和图12D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的尾锥的透视图、正视图、侧视图和截面图。

图13A、图13B和图13C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的圆周驱动系统的透视图、正视图和侧视图。

图14示出了根据另一实施例的螺旋桨风机的圆周驱动系统。

图15A和图15B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的正视图和透视图。

图16示出了根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的示例应用。

图17A、图17B和图17C分别示出了根据一个实施例的包括螺旋桨风机阵列的悬停无人机的正视图、侧视图和俯视图。

图18A、图18B和图18C分别示出了包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的影院无人机的正视图、侧视图和俯视图。

图19A、图19B和图19C分别示出根据一个实施例的包括一排螺旋桨风机的运输飞行器的正视图，侧视图和俯视图。

图20A、图20B和图20C分别示出了包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的垂直起降(VTOL)飞行器的正视图、侧视图和俯视图。

图21A、图21B和图21C分别示出了包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的输送无人机的正视图、侧视图和俯视图。

具体实施方式

附图和下面的描述仅以示例的方式描述某些实施例。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不脱离本文描述的原理的情况下，可以采用本文示出的结构和方法的替代实施例。现在将详细参考几个实施例，其示例在附图中示出。应当注意，在任何可行的地方，在附图中可以使用相似或类似的附图标记，并且可以指示相似或类似的功能。

螺旋桨风机和驱动系统

在一个实施例中，公开了一种螺旋桨风机和驱动系统。通常，螺旋桨风机和驱动系统被配置为产生推力。螺旋桨风机和驱动系统可以产生用于从飞行器到诸如叶片式鼓风机的手动工具的各种应用的推力。然而，螺旋桨风机和驱动系统的应用不限于这里描述的那些。

图1示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的透视图。通常，螺旋桨风机100包括多个部件，该多个部件共同减小在推力产生期间由螺旋桨风机100发出的噪音。因此，螺旋桨风机100减少了噪音污染。例如，螺旋桨风机100包括张紧的叶片式风扇，该张紧的叶片式风扇包括多个风扇叶片。通过张紧叶片式风扇，无论螺旋桨风机正在产生最大推力还是没有工作(例如，处于静止状态)，风扇叶片的角度都保持基本相同。结果，与常规的螺旋桨风机相比，噪音污染减少并且推力效率增加。假设风扇叶片的角度保持在预定的公差范围内，螺旋桨风机100减少了噪音污染。例如，螺旋桨风机100在300英尺边线/5,000lbf处发出小于65dBA的噪音。

图2A示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的第一分解视图，并且图2B示出了螺旋桨风机100的第二分解视图。螺旋桨风机100包括多个不同的部件，如图2A和图2B所示。在一个实施例中，螺旋桨风机100包括管道唇缘201、鼻锥203、毂205、叶片式风扇209、锁定环210(在图8A至图8C中示出)、张力环211、马达215、本体壳体217、多个外壳213A和213B、定子219和尾锥221。螺旋桨风机100的其他实施例可以包括除图2A和图2B中所示之外的其他部件。在一个实施例中，管道唇缘201、外壳213和定子219的一部分(例如219C)共同形成容纳螺旋桨风机的部件的流通管道，如图1所示。

图3A、图3B、图3C和图3D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的管道唇缘201的透视图、正视图、侧视图和截面图。在一个实施例中，管道唇缘201被配置为向螺旋桨风机100提供清洁的空气流入。在一个实施例中，管道唇缘201被配置为连接至本体壳体217。如图2B所示，管道唇缘201可以包括在管道唇缘201的后表面上的多个安装孔223。紧固件(例如，螺母和螺栓、铆钉等)被放置在安装孔223中，以将管道唇缘201连接到本体壳体217的第一端1001，这将在下面进一步描述。

管道唇缘201可以包括共同形成管道唇缘201的多个面板。例如，管道唇缘201可以包括多个第一面板，多个第一面板共同形成管道唇缘201的内表面309，并且包括多个第二面板，多个第二面板共同形成管道唇缘201的外表面307，使得管道唇缘201具有中空中心，空气通过该中空中心被引导至叶片式风扇209。多个第一面板和多个第二面板可以通过各种紧固装置例如紧固件(例如螺钉、螺母、螺栓)或通过焊接彼此连接。多个第一面板和多个第二面板可由诸如铝或钛的金属或诸如碳纤维的复合材料制成。备选地，管道唇缘201可以由单件材料制成并且例如可以是3D打印的。

在一个实施例中，管道唇缘201包括第一端303(例如，入口)和第二端305(例如，出口)。第一端303接收空气并且空气离开第二端305。如图3C所示，第一端303的直径小于第二端305的直径，但在其它实施例中可以相同。管道唇缘201的第一端303和第二端305的直径取决于螺旋桨风机100的应用。例如，与叶片式鼓风机应用相比，针对飞行器应用的管道唇缘201的第一端303和第二端305的直径更大。

图3D是根据一个实施例的管道唇缘201沿着图3B中所示的平面A－A'的截面视图。如前所述，管道唇缘201包括外表面307和内表面309。外表面307和内表面309两者都从管道唇缘201的第一端303朝向管道唇缘201的第二端305延伸。空气流过管道唇缘201的内表面309。管道唇缘201的内表面309的曲率311A和管道唇缘301的外表面307的曲率311B被设计成平衡各种因素，例如不同的条件(例如飞行条件，如巡航、起飞和着陆)和雷诺数。本领域技术人员将能够定制管道唇缘半径以在感兴趣的速度状态和飞行模式上获得有利的压力梯度。

图4A、图4B、图4C和图4D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的鼻锥203的透视图、正视图、截面图和截面透视图。鼻锥203被配置为调节迎面气流行为并减小空气动力学阻力。鼻锥203还可以配置有叶轮以冷却空气质量流中的空气，而不会显著地贡献宽带或音调噪音。

在一个实施例中，鼻锥203被配置为连接到马达215，其中毂205被布置在鼻锥203与马达215之间。如图2B所示，鼻锥203可以包括在鼻锥203的后表面上的多个安装孔。紧固件207(例如，螺母和螺栓，铆钉等)被放置在安装孔中，以将鼻锥203连接到毂205的第一端。如下面将进一步描述的，紧固件207延伸穿过毂205并连接到马达215的第一端。

在一个实施例中，鼻锥203是圆锥形的。然而，在其他实施例中，鼻锥203可以具有不同的形状。如图4A至图4D所示，鼻锥203包括在鼻锥203的第一端处的开口403(例如，孔)。当叶片式风扇209旋转时，空气被拉过鼻锥203中的开口403以冷却马达215。冷却内部部件所需的二次质量流确定鼻锥203开口403的内直径。本领域技术人员将能够根据不同电动马达的热要求以及在最受限的条件(通常是最大连续操作的条件)下冷却它们所需的空气来得出该直径。

图4C是根据一个实施例的沿图4B所示的平面B－B'的鼻锥203的截面图。在一个实施例中，鼻锥203不是实心的并且包括空腔。例如，在一个实施例中，鼻锥203包括空气通道405。空气通道405从鼻锥203中的开口403延伸至围绕鼻锥203的第二端(例如，后表面)的圆周布置的多个开口407。空气从开口403流过空气通道405并离开多个开口407以冷却马达215。在一个实施例中，空气通道405形成在鼻锥203的外表面409和形成在鼻锥211内的突出部411之间，如图4C和图4D所示。

在一个实施例中，突出部411从鼻锥203的第二端向内朝向鼻锥203的开口403突出。突出部411可以具有与鼻锥203相似的形状。例如，突出部411也是圆锥形的。然而，在其他实施例中，突出部411可以具有与鼻锥203不同的形状。

通常，突出部411具有针对用于冷却马达215的质量空气流进行调谐的尺寸和形状。在一个实施例中，突出部411包括穿过突出部411形成的空气通道413，空气通过该空气通道413从空气通道413的开口415流动至鼻锥203的第二端上的开口417。在一个实施例中，空气通道413的中心与鼻锥203中的开口403的中心对准。

图5A和图5B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的毂205的正视图和侧视图。毂205是螺旋桨风机100的中心部分，并设置在叶片式风扇209的中心处，这将在下面进一步描述。在一个实施例中，毂205被配置为连接到鼻锥203、锁定环210和马达215。

如图5A至图5C所示，在一个示例中，毂205是筒形的。在一个实施例中，毂205的第一端507的直径与鼻锥203的第二端的直径相匹配。毂205的第一端507(例如，前表面)包括穿过毂205的厚度形成的多个安装孔501A至501F。安装孔501的位置使得当鼻锥203的第二端配合到毂205的第一端507时，安装孔501与鼻锥203的安装孔对准。紧固件207被配置为穿过安装孔501A至501F并连接到马达215的第一端(例如，前表面)。例如，紧固件207旋入马达215的第一端上的螺纹孔225中。

在一个实施例中，毂205还包括延伸穿过毂205的厚度的多个开口503，例如开口503A和503B。多个开口503具有与鼻锥203的后表面中的开口407匹配(例如，相同)的形状和尺寸。当鼻锥203和毂205彼此配合时，开口503被配置为与鼻锥203的后表面中的开口407对准。因此，离开鼻锥203的开口407的空气流动穿过被包括在毂205中的开口503。在一个实施例中，被包括在毂中的多个开口503具有不同的尺寸。例如，开口503A小于开口503B。

在一个实施例中，毂205还包括延伸穿过毂205的厚度的开口505。开口505被定位在毂205的中心处。在一个实施例中，开口205的中心被配置为与鼻锥203的空气通道413的中心对准。因此，离开鼻锥203的空气通道413的空气流流动穿过毂205中的开口505以冷却马达215。

在一个实施例中，毂205的与第一端507相对的第二端511包括围绕毂205的第二端511的外圆周的连接机构509。连接机构509被配置为将毂205连接到锁定环210。在一个实施例中，连接机构509是螺纹，使得毂205旋入锁定环210中。一旦毂205被连接到锁定环210，锁定环210围绕毂205的外圆周。马达215被配置为与毂211的第二端511的外表面配合。

在一个实施例中，毂205包括设置在毂205的第一端507和第二端511之间的中间区域511。在一个实施例中，叶片式风扇209被配置为围绕中间区域511的圆周布置，而毂205被放置成穿过叶片式风扇209的中心。

图6A和图6B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的叶片式风扇209的透视图和正视图。如图6A至图6B所示，叶片式风扇209包括多个叶片601。被包括在叶片式风扇209中的叶片601的总数目明显大于包括在具有2至5个叶片的常规螺旋桨风机中的叶片数。在一个实施例中，叶片式风扇209可以包括从20个叶片到840个叶片的叶片601的范围。然而，可以使用大于5的任何数目的叶片。通常，被包括在叶片式风扇209中的叶片601的总数目取决于应用。在一个实施例中，多叶片风扇的叶片的材料也取决于多叶片式风扇的应用类型。叶片可以由诸如铝或钛的金属或诸如碳纤维的复合材料制成。

在一个实施例中，当叶片式风扇209以低尖端速度(大约300-450英尺/秒)旋转时，叶片式风扇209降低了整体叶片噪音。如本文所述，张紧的风扇叶片209允许在机械材料限制内存在更多的叶片并且仍然实现超声特征和低亚音速尖端速度。此外，较多数目的叶片601将音调噪音提升至人类可听度上限(对于典型成人≥16,000Hz)之外的超声波频率。此外，由于叶片数目较多而导致的低叶片负载也降低了涡流与涡流碰撞的严重程度，而涡流碰撞会导致宽带噪音。

如图6A和图6B所示，多个叶片601被布置成形成具有中空中心的圆环形状，毂205被设置在该中空中心处。每个叶片601被定位成使得叶片601的前缘和后缘的至少一部分被相邻的叶片601重叠。例如，给定叶片的前缘与给定叶片左侧的叶片后缘重叠，并且给定叶片的后缘与给定叶片右侧的叶片前缘重叠。多个叶片601的重叠布置提供了增加了对进入的空气流执行工作的坚固性。这种坚固性的调整考虑了局部空气动力学效应，并且可以调整以考虑可能影响叶片内和叶片之间流动的层流附着的雷诺数效应。

图7A、图7B、图7C和图7D分别示出了根据一个实施例的被包括在图6A和图6B所示的叶片式风扇209中的叶片601的透视图、正视图、侧视图和俯视图。在一个实施例中，每个叶片601包括第一锁定端605、第二锁定端603和设置在第一锁定端605和第二锁定端603之间的翼型件607。叶片601可以包括除本文在其它实施例中描述的特征之外的其它特征。

在一个实施例中，第一锁定端605位于叶片601的尖端。第一锁定端605被配置为插入到张力环211中并且将叶片601锁定到张力环211中，使得叶片601的尖端被张紧。通过张紧叶片601的尖端，叶片601的尖端的节距(例如，角度)在推力产生期间或在螺旋桨风机100静止时基本相同，从而减少噪音污染。

如图7A至图7D所示，第一锁定端605是具有倒角边缘的矩形形状，但是其他形状也可以用于第一锁定端605。在一个实施例中，第一锁定端605的宽度和厚度大于翼型件607的尖端的宽度和厚度。然而，在其他实施例中，第一锁定端605可以具有与叶片601的尖端相同的宽度或比其更窄。本领域技术人员将定制边缘、倒角、表面处理和斜边以解决由于张紧引起的局部应力和应变。

在一个实施例中，第二锁定端603位于叶片601的根部。第二锁定端606被配置为插入到锁定环210中并将叶片601锁定到锁定环210中。通过张紧叶片601的根部，叶片601的根部的节距(例如，角度)在推力产生期间或当螺旋桨风机100静止时基本相同，从而减少噪音污染。如图7A至图7D所示，第二锁定端603具有多个不同的表面(例如，直表面和弯曲表面)，以增加接触锁定环210的表面积，从而减小叶片偏转。在一个实施例中，第二锁定端603具有的宽度大于叶片601的根部，并且比第一锁定端605的宽度宽。然而，在其他实施例中，第二锁定端603可以具有与叶片601的根部相同的宽度或比叶片601的根部窄。

翼型件607设置在第一锁定端605和第二锁定端603之间。在一个实施例中，翼型件607包括翼型件607中的几何结构扭曲609。几何结构扭曲609是相对于叶片601的根部测量的翼型件迎角的变化。即，由于几何结构扭曲609，翼型件607包括跨过翼型件607的长度的多个不同的迎角。例如，翼型件607可以在几何结构扭曲609的第一侧处具有第一迎角(例如，在图7A至图7C中的几何结构扭曲609下方)，并且可以在几何结构扭曲609的第二侧处具有第二迎角(例如，在图7A至图7C中的几何结构扭曲609上方)。

由于几何结构扭曲609，当从叶片601的俯视图观察时，第一锁定端605和第二锁定端609彼此不对准，如图7D所示。在一个实施例中，几何结构扭曲609在翼型件607的比叶片601的尖端更靠近叶片601的根部的部分处开始。根部和尖端弦之间的几何扭转609可以变化多达45度。

返回参考图6A和图6B，在一个实施例中，叶片601定位成使得第二锁定端603围绕圆周相对于彼此平行地布置，从而在叶片式风扇209的中心处形成孔。结果，第一锁定端605也彼此平行地布置，并且由于翼型件607中的几何结构扭曲609，每个叶片601的翼型件607与相邻叶片601的另一翼型件重叠。

图8A、图8B和图8C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的锁定环210的透视图、正视图和侧视图。通常，锁定环210被配置为连接到叶片式风扇209和毂205，并有利地张紧叶片601的根部。因此，叶片式风扇209的叶片601在尖端和根部两者处都张紧，以在操作期间保持叶片601的角度。锁定环210可以由诸如铝或钛的金属或诸如碳纤维的复合材料制成。

锁定环210包括第一端801和第二端803。在一个实施例中，第一端801具有的直径小于第二端803的直径，从而形成圆锥形。这种形状的定制由风扇的主要内部流(即，不是冷却流)的需要决定，并且还可以考虑在存在风扇的情况下沿着中心主体的任何边界层压力梯度。在一个实施例中，锁定环210的第一端801被配置为将叶片式风扇209直接连接到锁定环210，由此将叶片式风扇209锁定到锁定环210。锁定环210的第一端801包括多个锁定齿805。在一个实施例中，锁定齿805是从锁定环210的本体相对于垂直于锁定环的第二端803的基准以一角度延伸的突出部。

多个槽807形成锁定齿805。例如，槽807形成在包括锁定齿805A和锁定齿805B的一对锁定齿之间。槽807具有与叶片式风扇209的第二锁定端603的尺寸相匹配的宽度和深度。槽807部分地延伸穿过锁定环210的厚度，例如锁定环210的厚度的3/4。

在一个实施例中，多个槽807中的每个槽被配置为连接到叶片式风扇209的多个叶片601中的相应叶片。特别地，每个叶片601的第二锁定端603插入到槽807中的一个槽中，从而通过第二锁定端603的表面和形成槽的锁定齿805的直接接触将叶片601固定到锁定环210。在一个实施例中，诸如环氧树脂的紧固件也施加到每个叶片601的第二锁定端603，以进一步加强叶片601和锁定环210之间的连接。通过将叶片601的第二锁定端603锁定到锁定环210，叶片601的根部的节距在推力产生期间或在静止时保持基本上相同，从而减小从螺旋桨风机100发出的可听噪音，因为节距的变化对于人耳是可感知的。

在一个实施例中，锁定环210的第二端803包括在锁定环210的第二端803的内圆周处的连接机构809。例如，连接机构809被配置为将锁定环210连接到毂205的连接机构509。在一个实施例中，连接机构809是与毂205的连接机构509的螺纹匹配的螺纹，从而允许毂205旋入锁定环210中。由于马达215被连接到毂205，毂205旋转，从而使锁定环210和叶片式风扇209也旋转。

图9A和图9B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的张力环211的透视图和侧视图。张力环211被配置为通过围绕叶片式风扇209的圆周放置而连接到叶片式风扇209。更具体地，根据一个实施例，张力环211被配置为连接到叶片式风扇209的所有第一锁定端605。通过将叶片601的第一锁定端605锁定到张力环211，叶片601的尖端的节距在推力产生期间和静止时保持基本上相同，由此减小从螺旋桨风机100发出的可听噪音，因为节距的变化对于人耳是可感知的。因此，使用张力环211预拉伸叶片601减少了由于尖端间隙导致的低效率。在一个实施例中，张力环211由诸如铝或钛的金属或诸如碳纤维的复合材料制成。然而，在其他实施例中可以使用其他材料。

如图9A和图9B所示，张力环211包括第一端903和第二端905。在一个实施例中，第一端903具有的直径基本上与第二端905的直径相同。张力环211的本体909被布置在第一端903与第二端905之间。

在一个实施例中，张力环211的本体909包括延伸穿过张力环211的整个厚度的多个开口(例如，槽)907。每个开口907被配置为连接到多个叶片601中的一个叶片的第一锁定端605。因此，在张力环211的每个开口907和叶片601之间存在一对一的关系。在一个实施例中，诸如环氧树脂的紧固件也施加到每个叶片601的第一锁定端605，以进一步加强叶片601和张力环211之间的连接。

在一个实施例中，多个开口907相对于垂直于第一端903或第二端905的基准以一定角度形成。开口907形成的角度与叶片601的第一锁定端605的节距相匹配。开口907的尺寸与第一锁定端605的尺寸基本匹配，使得一旦第一锁定端605插入到张力环211的开口907中并且第一锁定端605与张力环211直接接触，第一锁定端605就被锁定到张力环211。

图10A、图10B和图10C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的内管道本体壳体217(以下称为“本体壳体”)的透视图、正视图和侧视图。在一个实施例中，本体壳体217被配置为容纳(例如，部分地围绕)螺旋桨风机100的部件。例如，在一个实施例中，叶片式风扇209、毂205、张力环211、锁定环210和马达215被容纳在本体壳体217内。在其它实施例中，螺旋桨风机100的其它部件可以被包含在本体壳体217内。在一个实施例中，本体壳体217由诸如铝或钛的金属或诸如碳纤维的复合材料制成。然而，在不同的实施例中可以使用其它材料。

在一个实施例中，本体壳体217是筒形的并且包括第一端1001(例如，入口)和第二端1003(例如，出口)。在一个实施例中，第一端1001具有的直径大于第二端1003的直径。第一端1001包括围绕本体壳体217的第一端1001的圆周形成的多个安装孔1005。在一个实施例中，本体壳体217的第一端1001被配置为连接到管道唇缘201的第二端305，使得管道唇缘201中的安装孔223与本体壳体217的安装孔1005对准。如上所述，紧固件207可以用于将管道唇缘201固定到管道本体壳体217的第一端1001。

在一个实施例中，本体壳体217的第二端1003包括围绕本体壳体217的第二端1003的圆周形成的多个安装孔1007。在一个实施例中，本体壳体217的第二端1003被配置为连接到定子219的第一端(例如，入口)。当本体壳体217的第二端1003被连接到定子219的第一端时，本体壳体217的第二端1003中的安装孔1007与定子219的第一端上的安装孔对准。紧固件(例如，螺母、螺栓、铆钉)可用于将本体壳体217的第二端10003固定到定子219的第一端。

在一个实施例中，本体壳体217包括多个中间部分1009，多个中间部分1009各自被配置为用于容纳该螺旋桨风机的不同部件。多个中间部分1009包括从第一端1001延伸的第一中间部分1009A和从第二端1003延伸的第二中间部分1009B。本体壳体217的中间部分1009被设置在本体壳体217的第一端1001和第二端1003之间。

如图10C所示，第一中间部分1009A具有的直径不同于第二中间部分1009B的直径。例如，第一中间部分1000A的直径大于第二中间部分1000B的直径。此外，第一中间部分1009A具有的直径小于第一端1001，并且第二中间部分1009B具有的直径小于第二端1003。

在一个实施例中，该第一中间部分1009A被配置为用于容纳毂205、叶片式风扇209、锁定环210以及张力环211。由于张力环211具有被容纳在第一中间部分1009A中的部件的最大直径，所以第一中间部分1009A的直径1009A基于张力环211的直径。在一个实施例中，第一中间部分1009A的直径基本上与张力环211的直径相同，由此允许张力环211例如由于压配合而牢固地紧固在第一中间部分1000A内。

在一个实施例中，第二中间部分1009B被配置为容纳马达215和定子219的一部分。第二中间部分1009B的长度基于马达215的长度和定子219的被容纳在中间部分中的部分的长度。第二中间部分1000B具有至少与马达215和定子219的部分一样长的长度，以便将马达215和定子219的部分容纳在第二中间部分1009B中。在一个实施例中，第二中间部分1009B的直径是基于进入和离开定子219的空气的质量空气流。本领域技术人员将能够定制直径，以便在多个感兴趣的设计速度上引起有利的压力梯度，从而最小化流动分离或涡流。第二部分1009B的内腔也可以被调谐以减小噪音。

图11A、图11B、图11C和图11D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的定子219的透视图、正视图、侧视图和截面图。在一个实施例中，定子219包括多个定子叶片219A、马达壳体219B和定子壳体219C。在其它实施例中，定子219可以包括除图11A至图11D所示部件之外的其它部件。

在一个实施例中，马达壳体219B是筒形的并且包括第一端1101和第二端1103，如图11D所示。图11D示出了根据一个实施例的沿着图11B中的平面C－C'的定子219的截面图。如图11D所示，马达壳体219B包括设置在第一端1101和第二端1103之间的空腔1105。空腔1105可以从第一端1101朝向第二端1103延伸，但不延伸至第二端1103。在一个实施例中，空腔1105被配置为容纳马达215。即，马达215被放置在马达壳体219B的空腔1105内。因此，空腔1105的形状和尺寸取决于马达215的形状和尺寸。由于马达215被放置在空腔1105内并且马达215被间接地连接到毂205，所以定子219还用作支撑毂205和螺旋桨100的其它部件的结构部件。

在一个实施例中，马达壳体219B包括穿过马达壳体219B的中心的孔1113，如图11B和图11D所示。孔1113的直径小于马达215的直径，以防止马达215通过孔1113掉落。孔1113被设置在马达壳体219B中以帮助散热，从而冷却马达215。

参照图11B，定子219包括多个定子叶片219。定子叶片219A从马达壳体219B径向延伸。即，每个叶片219A的根部连接到马达壳体219B，并且定子叶片219的翼型件远离马达壳体219B向外延伸。在一个实施例中，每个叶片219A以相对于基准线测量的角度远离马达壳体219B延伸，该基准线从马达壳体219B上定子叶片219A延伸的点垂直延伸。

在一个实施例中，定子叶片219将热量从马达215传导走。由于叶片219接触容纳马达215的马达壳体219B，因此经过叶片219的空气耗散由马达215产生的热量。在一个实施例中，叶片219的布置还减小了由叶片式风扇209产生的噪音并且控制由螺旋桨风机100产生的推力。可以选择定子叶片219的叶片数量，使得定子的谐波抵消叶片风扇209的谐波。对于超声波风扇，由于沿着叶片的局部低雷诺数，本领域技术人员将看到叶片式风扇209可以承载多个叶片601，其数目(例如，总数目)高于定子叶片219，以获得有利的声学效果。对于一组特定的设计音调，这可能会增加50％到200％的叶片。

在一个实施例中，定子壳体219C被配置为容纳定子叶片219和马达壳体219B。即，定子叶片219被设置在定子壳体219C内，使得定子壳体219C围绕叶片219的圆周。在一个实施例中，定子壳体219C包括第一端1107(例如，入口)和第二端1109(例如，出口)。如图11C所示，第一端1107具有的直径大于第二端1109的直径。因此，定子壳体219C可以具有圆锥形状。然而，在其他实施例中，定子壳体219C可以具有其他形状。

参照图11D，在一个实施例中，叶片219A的尖端与定子壳体219C的内表面1111接触。因此，定子的叶片219A是固定的。通过使叶片219A与定子壳体219C的内表面1111接触，每个叶片219A的位置是静止的。

图12A、图12B、图12C和图12D分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的尾锥221的透视图、正视图、侧视图和截面图。在一个实施例中，尾锥221被配置为随着空气离开螺旋桨风机100而产生定子壳体219C的面积的正确变化。尾锥221可以由金属例如铝或钛制成，或者可以由复合材料例如碳纤维制成。

尾锥221包括第一端1201(例如，入口)和第二端1203(例如，出口)。在一个实施例中，第一端1201的直径大于第二端1203的直径。在一个实施例中，尾锥221的直径跨尾锥221的长度不同。如图12C所示，尾锥221的直径从第一端1201朝向第二端1203减小，直到到达中间点1205。从中间点1205到第二端1203，尾锥221的直径相对恒定。

在一个实施例中，尾锥221的第一端1201被配置为连接到定子219的马达壳体219B的第二端1103。因此，尾锥221的第二端1201的直径与定子219的马达壳体219B的第二端1103的直径基本匹配。在一个实施例中，尾锥221的第一端1201包括与马达壳体219B的第二端1103配合(例如接触)的安装表面1209。安装表面1209可以使用例如紧固件被附接到马达壳体219B。然而，在其他实施例中可以使用其他附接机构。

参照图12D，示出了沿着图12B所示的平面D－D'的尾锥221的截面图。在一个实施例中，尾锥221包括从尾锥的第一端1201开始到尾锥的第二端1203贯穿尾锥221的长度形成的空腔1207。尾锥221后端的成形由来自尾锥221内部的排出的二次流相对于跟随叶片盘和/或定子的射流的膨胀来控制。

在一个实施例中，螺旋桨风机100包括中心毂驱动马达215。即，在一个实施例中，单个马达215用于驱动螺旋桨风机100。用于螺旋桨风机100的示例性马达是电动马达。然而，在其他实施例中，在螺旋桨风机100中可以使用其他类型的马达，例如燃气马达或喷气涡轮机。通常，根据螺旋桨风机100的应用，可以使用不同的马达类型和尺寸。

多马达驱动系统

在另一个实施例中，螺旋桨风机100可以由多个马达驱动，而不仅仅是上述的单个马达215。图13A、图13B和图13C分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机100的周向多马达驱动系统的透视图、正视图和侧视图。

代替用单个马达215驱动推力，多个辅助马达1303A、1303B、1303C和1303D被放置在本体壳体217内以经由环形齿轮1303驱动叶片式风扇209。在一个实施例中，多个辅助马达1303可以是电动马达。然而，也可以使用其它类型的马达。

在一个实施例中，环形齿轮1303可以被连接到张力环211。辅助马达1303可以代替上述马达215或可以与马达215结合使用。多马达冗余允许螺旋桨风机100系统的异常容错。例如，对于四个辅助马达1303，单个辅助马达的损耗对于螺旋桨的正常操作几乎是无关紧要的。即使有另一个马达损耗，剩余的辅助马达1303也可能超速以产生足够的推力。

如图13A至图13C所示，辅助马达1301A至1301D围绕螺旋桨100的圆周径向分布，而不是全部位于螺旋桨的毂205处。每个辅助马达1301的端部包括连接到环形齿轮1303的齿轮。径向布置不必限于相等的角间距。例如，风扇可以由朝向管道的下部偏置的三个马达驱动。此外，与要求定子219支撑毂205以支撑中心容纳的马达215不同，螺旋桨可以调节管道结构本身以处理马达及其负载。除了消除重量和阻力之外，这还导致通常由定子流相互作用引起的较小的宽带噪音。在一个实施例中，辅助马达1303在高20,000RPM处运行得更多，与5kW/kg比功率处的较重、较低速度的电动马达相比，它们可以产生优越的15kW/kg比功率。辅助马达1303一致地驱动环形齿轮1303以消除齿轮滑移(轴向和径向方向)。这种低轴承导致较低的齿轮噪音。

图14示出了根据另一实施例的螺旋桨风机100的周向驱动系统的又一实施例。图14所示的实施例类似于图13所述的示例。然而，图14所示的驱动系统省略了中央驱动马达215，并且依靠辅助马达1303来产生推力。

螺旋桨阵列

图15A和图15B分别示出了根据一个实施例的螺旋桨风机阵列1500的正视图和透视图。在一个实施例中，螺旋桨风机阵列1500包括横向布置以形成一排螺旋桨风机的多个螺旋桨风机100。在图15A和图15B所示的示例中，螺旋桨风机阵列1500包括第一螺旋桨风机100A、第二螺旋桨风机100B和第三螺旋桨风机100C。多个螺旋桨风机100A至100C中的每一个包括在此描述的螺旋桨风机结构。虽然在螺旋桨风机阵列1500中包括三个螺旋桨风机100，但是该阵列可以包括大于两个的任何数目的螺旋桨风机。

图16示出了根据一个实施例的螺旋桨风机的阵列1600的示例应用。如图16所示，螺旋桨风机的阵列1600包括如本文所述的多个螺旋桨风机。在一个实施例中，螺旋桨风机的阵列1600集成到飞行器1605的管道翼1603中。多个螺旋桨风机可以横向组合以形成管道翼1603。管道翼1603可以成形为产生被动提升双平面，其中可以根据需要添加双平面交错、弯曲、锥形和二面角。阵列1600中包括的螺旋桨风机的总数目和螺旋桨风机的尺寸取决于飞行器的要求，例如飞行器上的乘客数目、速度要求和飞行器1605的高度要求。

将螺旋桨风机组合成阵列开辟了几个控制和推力矢量的机会。推力可以简单地在每个单独的螺旋桨风机100之间变化以引起偏航、滚动或俯仰力矩。螺旋桨风机之间的相对翼展方向间距差可以用于催化更快的爬升和下降。这可以通过安装在后缘处的附加控制表面来进一步增加。

管道的翼展方向组合使它们沿翼或甚至作为双平面翼本身很好地集成。该阵列可以布置和延伸为具有弯曲、交错、二面角和锥形的双平面翼，以适应系统需要。将螺旋桨风机阵列集成为完整的双平面翼的选择取决于所需的推力(减去阻力)量以及螺旋桨风机的相对尺寸。

螺旋桨风机应用

图17A、图17B和图17C分别示出了根据一个实施例的悬停无人机1700的正视图、侧视图和俯视图。悬停无人机1700包括一组螺旋桨风机，包括第一螺旋桨风机100A、第二螺旋桨风机100B和第三螺旋桨风机100C。虽然在悬停无人机1700中仅包括三个螺旋桨风机，但是悬停无人机1700可以包括附加的螺旋桨风机或者比图17A至图17C所示的更少的螺旋桨风机。

悬停无人机1700是安静的电动垂直起降(VTOL)无人机，其包括如本文所述的螺旋桨风机阵列。悬停无人机1700可以用于例如城市设置中的密集区域。悬停无人机1700可以具有360度相机和传感器，并且可以用于例如大于15分钟的悬停飞行时间。在一个示例中，螺旋桨风机100A至100C可以各自具有1ft的直径，其中增大的盘负载为6.4lb/ft²。悬停无人机1700可以具有30磅的最大起飞重量。

在图17A所示的示例中，每个螺旋桨风机100A至100C包括毂驱动的位于中心的马达215以及如上所述的辅助马达1301。然而，悬停无人机1700可以省略辅助马达1301并且仅包括位于中央的马达215，或者可以省略位于中央的马达215并且仅包括辅助马达1301。

图18A、图18B和图18C分别示出了包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的影院无人机1800的正视图、侧视图和俯视图。通常，影院无人机1800是用于影院需要的安静偏转的滑流VTOL无人机。影院无人机1800可以是全电动的或混动的。影院无人机1800可以具有例如高达35磅的万向有效负载(例如，主相机)。影院无人机1800可以具有辅助相机和传感器。影院无人机1800可以用于大于20分钟的悬停飞行时间。在一个实施例中，影院无人机可以具有大于50mph的最大巡航速度。

在一个实施例中，影院无人机1800是双平面并且具有中性交错。如图18A所示，影院无人机1800包括第一翼1801和第二翼1803。第一翼1801和第二翼1803中的每一个包括螺旋桨风机阵列，该螺旋桨风机阵列包括多个螺旋桨风机。例如，包括在翼1801中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100A、100B、100C和100D，而包括在翼1803中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100E、100F、100G和100H。因此，一半的螺旋桨风机位于机身1805的第一侧，并且另一半的螺旋桨风机位于机身1805的第二侧。在图18A至图18C所示的示例中，螺旋桨阵列包括八个螺旋桨，但可使用任何数目的螺旋桨。

图18A至图18C所示的影院无人机1800的每个翼1801、1803具有在两个翼之间朝向机身1805的前部形成的角度扫掠。在图18至18C所示的示例中，翼1801和1803可以具有20度的翼二面角和30度的翼后掠角。然而，在不同的实施例中可以使用其它角度。

在一个实施例中，图18A至图18C所示的影院无人机1800在一个示例中具有75磅的最大起飞重量和30磅的目标最大有效载荷重量。每个螺旋桨风机100可以具有1ft的风扇直径，具有例如6.0lb/ft²的增大的盘负载。影院无人机1800的机身1805可以具有5.5ft的长度和0.6ft的宽度。影院无人机1800的翼展可以是例如8.8ft，具有17.4ft²的翼面积，具有4.3lb/ft²的翼负载。

图19A、图19B和图19C分别示出根据一个实施例的包括一排螺旋桨风机的运输飞行器1900的正视图、侧视图和俯视图。运输飞行器1900是可选操纵的VTOL飞机。运输飞行器1900可以是混动的或全电动的。运输飞行器1900可以具有20海里－60海里的范围，在例如1000英尺－2000英尺的工作高度下巡航速度为130节－250节。

在一个实施例中，运输飞行器1900是双翼飞机并且具有轻微的负交错。运输飞行器1900包括第一翼1901和第二翼1903。在两个翼1901和1903之间形成朝向机身1905前部的角度。在图19A至图19C所示的示例中，翼可以具有5度的翼二面角和－25度的翼后掠角。然而，在不同的实施例中可以使用其它角度。

在一个实施例中，螺旋桨风机阵列集成到每个翼1901和1903中。螺旋桨风机的第一阵列位于机身1905的第一侧并集成到翼1901中，螺旋桨风机的第二阵列位于机身1905的第二侧并集成到翼1903中。例如，被包括在翼1901中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100A、100B、100C和100D，而被包括在翼1903中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100E、100F、100G和100H。因此，一半的螺旋桨风机位于机身1905的第一侧，而另一半的螺旋桨风机位于机身1905的第二侧。在图19A至图19C所示的示例中，螺旋桨阵列包括八个螺旋桨风机，但是可以使用任何数目的螺旋桨风机。

在一个实施例中，运输飞行器1900具有1000磅的最大起飞重量和220磅的目标最大有效载荷重量。每个螺旋桨风机100可以具有3ft的风扇直径以及6.0lb/ft²的增大的盘负载。运输飞机1900的机身1905可具有9.2ft的长度和3.75ft的宽度。运输飞行器1900的翼展可为28.7ft，翼面积为106.3ft²，翼负载为9.4lb/ft²。

图20A、图20B和图20C分别示出了包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的垂直起降(VTOL)飞行器2000的正视图、侧视图和俯视图。VTOL飞行器2000是可选操纵的VTOL飞机。VTOL飞行器2000可以是混动的或全电动的。VTOL飞行器2000可以具有20海里－400海里的范围，在1,000到2,000英尺的工作高度下巡航速度为130节到250节。在一个实施例中，VTOL飞行器2000能够悬停。

在图20A到图20C所示的示例中，VTOL飞行器2000是双翼飞机并且具有轻微的负交错。VTOL飞行器2000包括第一翼2001和第二翼2003。在一个实施例中，在两个翼2001、2003之间朝向机身2005的前部形成角度。翼2001、2003可以具有5度的翼二面角和－25度的翼后掠角。然而，在不同的实施例中可以使用其它角度。

在一个实施例中，螺旋桨风机阵列集成到每个翼2001和2003中。螺旋桨风机的第一阵列位于机身2005的第一侧并集成到翼2001中，螺旋桨风机的第二阵列位于机身2005的第二侧并集成到翼2003中。例如，被包括在翼2001中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100A、100B、100C和100D，而被包括在翼2003中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100E、100F、100G和100H。因此，一半的螺旋桨风机位于机身2005的第一侧，而另一半的螺旋桨风机位于机身2005的第二侧。在图20A至图20C所示的示例中，螺旋桨阵列包括八个螺旋桨风机，但是可以使用任何数目的螺旋桨风机。

在一个示例中，VTOL飞行器2000具有5000磅的最大起飞重量和1000磅的目标最大有效载荷重量(例如，3－4名乘客)。每个螺旋桨风机100可以具有5ft的风扇直径以及11.0lb/ft²的增大的盘负载。VTOL飞行器2000的机身2005可以具有例如24.7ft的长度和5ft的宽度。VTOL飞行器2000的翼展可以是49ft，翼面积为300ft²，翼负载为例如16.7lb/ft²。

图21A、图21B和图21C分别示出包括根据一个实施例的螺旋桨风机阵列的输送无人机2100的正视图、侧视图和俯视图。输送无人机2100可以具有360度相机和传感器，并且可以用于大于20分钟的悬停飞行时间。在一个实施例中，输送无人机2100可以具有大于50mph的最大巡航速度。

输送无人机2100是被配置为递送内部包裹的立式起落VTOL无人机的示例。在所示的示例中，输送无人机2100是双机翼的并且具有中性交错。在一个实施例中，输送无人机2100包括第一翼2101和第二翼2103，在两个翼之间形成朝向机身2105后部的角扫掠。

在一个实施例中，螺旋桨风机阵列集成到每个翼2101和2103中。螺旋桨风机的第一阵列位于机身2105的第一侧并集成到翼2101中，螺旋桨风机的第二阵列位于机身2105的第二侧并集成到翼2103中。例如，被包括在翼2101中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100A、100B和100C，而被包括在翼2103中的螺旋桨风机阵列包括螺旋桨风机100D、100E和100F。因此，一半的螺旋桨风机位于机身2105的第一侧，而另一半的螺旋桨风机位于机身2105的第二侧。在图21A至图21C所示的示例中，螺旋桨阵列包括六个螺旋桨风机，但是可以使用任何数目的螺旋桨风机。

在一个示例中，输送无人机2100具有55磅的最大起飞重量和5.5磅的目标最大有效载荷重量。每个螺旋桨风机100可以具有1ft的风扇直径和6.0lb/ft²的增大的盘负载。输送无人机2100的机身2105可以具有6.7ft的长度和1.3ft的宽度。例如，输送无人机2100的翼展可以是8.8ft，翼面积为21.9ft²，翼负载为2.5lb/ft²。

自由叶片

由于在此描述的螺旋桨风机100在150mph以上具有更高的速度能力，因此希望通过叶片角度可变性或质量流量节流来提供增加的推进效率。如上所述，螺旋桨风机100包括比常规螺旋桨明显更高的叶片数。从机械复杂性的角度来看，实现典型的可变节距螺旋桨机构将是非常麻烦的。

在一个实施例中，使用自由翼叶片结构将如上所述的螺旋桨风机的阵列结合到飞行器中。自由翼叶片结构可以在例如图17至图21中所述的任何飞行器中实现。自由翼叶片是螺旋桨风机，由于在每个叶片的空气动力学中心之前的质量平衡，该螺旋桨风机能够沿着它们的径向轴线自由旋转。也就是说，由于每个叶片的空气动力学中心之前的质量平衡，叶片式风扇209能够沿着它们的径向轴线自由旋转。自由翼叶片结合了翼型件设计、翼质量平衡和翼枢轴，以实现当翼在所有飞行条件下以恒定CL自调整到零俯仰力矩时翼自由枢转的能力。

自由叶片结构与螺旋桨风机100的组合产生了用于叶片攻角(AoA)可变性的被动系统，同时保持恒定的叶片负载。这可以为电动马达驱动的螺旋桨风机100提供独特的协同作用，因为电动马达可以在宽的rpm范围内以高效率运行。电动马达可以跨越不同的流入速度在更高或更低的径向速度下运行，其中叶片“浮动”以对准它们的空气以便维持相同的微调升力系数(CL)。作为避免叶片失速的方法(叶片失速在不同的飞行条件和湍流水平下导致高噪音)，该能力还可以提供实现更低的噪音的价值。

自由叶片的使用产生许多益处。例如，通过增加前缘叶片质量，自由叶片的俯仰平衡总是在其L/Dmax CL附近(通常为0.5至1.0)的AoA处。这确保了叶片AoA总是匹配以与流入物对准，并且从不存在分离的流。此外，当内部毂区域是空的时，质量平衡是可能的，因为内部毂区域是边缘驱动的，从而为最轻的质量平衡配重提供叶片前面的体积(并且不暴露于流体)。这允许螺旋桨风机100在不同的飞行段期间以～50％的量级改变其rpm，以使叶片总是接近它们的最佳进距比。与电动马达结合使用自由叶片提供了特别的益处，因为与涡轮机或内燃机(IC engine)不同，电动马达具有高效率的宽rpm。因此，对于给定的功率，涡轮机或内燃机需要以固定的rpm运行，而电动马达则不需要。这允许螺旋桨在不同的飞行段期间以～50％的量级改变其rpm，以使叶片总是接近它们的最佳进距比。最后，由于更宽的AoA变化和推力需求，自由叶片还可以有助于实现更大规模的VTOL集成。

流通管道控制

在一个实施例中，流通控制机构被设置在管道唇缘201处。流通控制机构被配置为在管道唇缘201处吹送空气射流。通过向管道唇缘201施加空气，管道唇缘201能够实现的唇缘抽吸的量增加。在一个实施例中，与离心式或轴流式压缩机结合的电动马达将嵌入在剩余的管道容积中，以增加管道唇缘201处的流通控制吹送和/或抽吸。通过将分布式电力推进(DEP)应用于管道唇缘201处的内部流通控制吹风，可以用比将额外功率放入螺旋桨中更低的功率来实现静态和低速推力增大。DEP的这种内部应用使得在螺旋桨风机100和飞行器集成水平上的航空集成益处最大化。例如，在管道唇缘201处施加流通控制导致在相同风扇功率下静态推力增加高达40％。

在一个实施例中，应急动力冲压空气涡轮机具有高PR和进气速度，该进气速度需要高流通控制射流吹送速度(即，射流)。可以使用安静的低速射流(～300ft/sec)，并且可以由小型内部管道电离心鼓风机提供动力。

考虑到更低的PR和静态管道流入速度，就螺旋桨的推力增大而言，较低速度的流通控制射流可能同样有影响。流通控制效率是Vjet/Vintake的函数。流通控制管道唇缘吹风的另一个令人感兴趣的方面是避免管道内唇缘在高攻角处(即，在过渡期间)分离。这对于管道式eVTOL来说是一个重要的考虑因素－如果入口空气流在管道唇缘处分离，则当风扇叶片经历导致循环叶片负载的振荡流条件时，导致噪音的显著增加。

通过以大约300ft/sec的喷射速度在管道唇缘201处施加流通控制吹风，管道唇缘抽吸可以增加到占总静态推力的大约75％。在管道唇缘201处吹送空气有效地在管道唇缘上提供空气动力学形状变形以夹带额外的环境空气。在吹风开启的情况下，流入空气“看到”在静态条件下期望的大得多的喇叭口管道唇缘。具有实际的喇叭口管道入口将在巡航时引起显著的阻力。当吹风相对无效时，管道流通控制鼓风可在巡航飞行期间关闭。小型高速离心鼓风机在超声叶片通道频率处工作以提供内部吹风。虽然流通控制吹风在高喷嘴射流速度处最有效(接近音速是最好的)，但是我们的喷嘴射流已经被设计用于较低的射流速度以实现低噪音(射流噪音变化到喷嘴速度的第10次方)。通过对管道前缘的这种应用，目标是使流入转向角最大化并防止前缘管道唇缘失速。

在一个实施例中，流通控制管道可应用于本文所述的任何飞行器实施例中的管道唇缘201。

说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中不同地方的出现不一定指同一实施例。

虽然已经参照一个实施例和若干可选实施例具体示出和描述了本公开，但是相关领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (24)

1.一种螺旋桨风机，包括：

张力环，所述张力环包括本体以及在所述本体中的多个开口；

叶片式风扇，所述叶片式风扇包括被布置成圆环的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片包括第一端和第二端，所述第二端比所述第一端更靠近所述圆环的中心，其中所述多个叶片中的每个叶片的所述第一端被设置在所述张力环的所述多个开口中的对应开口内，使得所述张力环的所述本体围绕所述叶片式风扇的圆周；以及

管道，所述管道至少部分地围绕所述张力环和所述叶片式风扇。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片包括多于五个叶片。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片包括20个叶片至840个叶片。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片中的每个叶片包括：

翼型件；

第一锁定端，位于所述翼型件的第一端处；以及

第二锁定端，位于所述翼型件的第二端处，所述翼型件的所述第二端更靠近由所述多个叶片形成的所述圆环的中心；

其中所述第一锁定端的宽度和厚度大于所述翼型件的所述第一端的宽度和厚度，并且所述第二锁定端的宽度和厚度大于所述翼型件的所述第二端的宽度和厚度。

5.根据权利要求4所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片中的每个叶片的所述第一锁定端当被设置在所述张力环的所述多个开口中的一个开口中时直接与所述张力环的所述本体直接接触。

6.根据权利要求4所述的螺旋桨风机，其中所述翼型件包括跨所述翼型件的长度的多个不同的迎角。

7.根据权利要求4所述的螺旋桨风机，其中所述翼型件包括几何结构扭曲，并且所述翼型件的第一迎角位于所述几何结构扭曲的第一侧，并且所述翼型件的第二迎角位于所述几何结构扭曲的第二侧。

8.根据权利要求4所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片的多个第二锁定端沿相同平面被布置以形成所述叶片式风扇的所述圆环。

9.根据权利要求1所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片中的每个叶片与所述多个叶片中的至少另一个叶片部分地重叠。

10.根据权利要求9所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片中的每个叶片的前缘与所述多个叶片中位于所述叶片的第一侧的第一叶片的后缘部分地重叠，并且所述叶片的后缘与所述多个叶片中位于所述叶片的第二侧的第二叶片的前缘部分地重叠。

11.根据权利要求4所述的螺旋桨风机，还包括被配置为连接到所述叶片式风扇的锁定环，所述锁定环包括：

在所述锁定环的第一端处的多个突出部；

在所述锁定环的所述第一端处的多个槽，所述多个槽中的每个槽被布置在所述多个突出部中的一对突出部之间；以及

在所述锁定环的第二端处的多个螺纹，所述第二端与所述锁定环的所述第一端相对。

12.根据权利要求11所述的螺旋桨风机，其中所述多个叶片的每个第二锁定端被设置在所述锁定环的所述多个槽中的对应槽内，以将所述锁定环直接连接到所述叶片式风扇。

13.根据权利要求12所述的螺旋桨风机，其中所述多个突出部相对于垂直于所述锁定环的所述第二端的基准以一角度设置，其中所述多个突出部的所述角度与所述多个叶片的所述第二锁定端的角度相匹配。

14.根据权利要求11所述的螺旋桨风机，还包括被配置为连接到所述锁定环的毂，所述毂包括：

沿所述毂的圆周设置的多个第一开口，所述多个第一开口从所述毂的第一端延伸至所述毂的第二端；

第二开口，所述第二开口被设置在所述毂的中心处，所述第二开口延伸穿过所述毂的所述第一端到达所述毂的所述第二端；以及

多个螺纹，所述多个螺纹被设置在所述毂的所述第二端处，但不设置在所述毂的所述第一端处，其中所述毂的所述多个螺纹被配置为连接到所述锁定环的所述第二端处的所述多个螺纹，以将所述毂和所述锁定环连接在一起，使得锁定环围绕所述毂的所述圆周。

15.根据权利要求14所述的螺旋桨风机，还包括具有第一端和与所述第二端相对的第二端的鼻锥，其中所述鼻锥的所述第一端的直径小于所述鼻锥的所述第二端的直径。

16.根据权利要求15所述的螺旋桨风机，其中所述鼻锥还包括：

围绕所述鼻锥的所述第二端的圆周设置的多个第一开口；

在所述鼻锥的所述第一端的中心处的第一开口；以及

穿过所述鼻锥的厚度、从所述第一开口延伸至所述多个第二开口的空腔。

17.根据权利要求16所述的螺旋桨风机，其中所述鼻锥的所述第二端被配置为连接到所述毂的所述第一端，使得所述鼻锥的所述第二端处的所述多个第一开口与所述毂的所述第一端处的所述多个第一开口对准。

18.根据权利要求15所述的螺旋桨风机，还包括：

电动马达，所述电动马达被配置为连接到所述毂的所述第二端。

19.根据权利要求18所述的螺旋桨风机，还包括本体壳体，所述本体壳体包括：

第一端；

与所述第一端相对的第二端；

从所述第一端延伸的第一中间部分，所述第一中间部分具有与所述张力环的直径基本上匹配的直径，其中所述叶片式风扇和张力环被设置在所述第一中间部分内；以及

从所述第二端延伸至所述第一中间部分的第二中间部分。

20.根据权利要求19所述的螺旋桨风机，还包括具有第一端和与所述第一端相对的第二端的管道唇缘，其中所述管道唇缘的所述第二端被连接到所述本体壳体的所述第一端，使得所述鼻锥被设置在所述管道唇缘内。

21.根据权利要求19所述的螺旋桨风机，还包括定子，所述定子包括：

马达壳体，所述马达壳体包括第一端、第二端以及从所述第一端朝向所述第二端延伸的空腔，所述电动马达被设置在所述马达壳体内；

多个定子叶片，所述多个定子叶片中的每个定子叶片具有被连接到所述马达壳体的第一端和远离所述马达壳体径向延伸的第二端；以及

定子壳体，所述定子壳体包括第一端和第二端，所述定子壳体的所述第一端被连接到所述本体壳体的所述第二端，

其中所述马达壳体和所述多个定子叶片被设置在所述定子壳体内。

22.根据权利要求21所述的螺旋桨风机，其中至少部分地围绕所述张力环和所述叶片式风扇的所述管道包括所述定子壳体、所述管道唇缘和所述本体壳体。

23.根据权利要求21所述的螺旋桨风机，还包括尾锥，所述尾锥包括：

具有第一直径的第一端，所述尾锥的所述第一端被连接至所述马达壳体的所述第二端；

第二端，所述第二端具有小于所述第一直径的第二直径；以及

在所述第一端和所述第二之间的中间部分，所述中间部分具有所述第二直径。

24.根据权利要求23所述的螺旋桨风机，其中所述尾锥还包括从所述尾锥的所述第一端延伸至所述尾锥的所述第二端的空腔。