CN208544419U - 横流式风扇翼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型的、同时满足气动要求、振动要求、传扭抗形变要求的横流式风扇翼装置，包括通过横流风扇传动机构连接的横流风扇翼和起落支架。本实用新型降低了风扇翼的振动、噪声、结构间隙并且减小了对卷流旋翼内部偏心漩涡的影响，提高了风扇翼的气动效率。通过改变齿轮组传动比，可以调节不同风扇间的转速，对风扇翼的气动特性起到优化作用。采用整体式风扇和斜布式叶片结构，强度和减振降噪得到加强。

Description

横流式风扇翼装置

技术领域

本实用新型为一种通用航空装置,涉及飞行器传动系统和升力旋翼领域，具体是一种横流式风扇翼装置。

背景技术

横流风扇翼是一种新型产生气动升力的装置，它利用翼型前置的旋转风扇产生涡升力和推力进行飞行，具有低速性能好、载荷大和大迎角不失速等优点，受到国内外相关机构和研究人员的关注。风扇翼产生升力由两部分组成：一部分是当风扇旋转时，机翼后半部分上下表面的流速不同，造成机翼上下表面的压力差，形成机翼的升力；另一部分是因为风扇旋转时，在风扇内部产生一个很强的偏心漩涡，造成较强的偏心漩涡低压区，使得机翼前半部分圆弧形区域的上下表面产生较大的压力差，形成更大部分的机翼升力，即涡升力。风扇翼飞行器问世不久，研究工作尚处于探索起步阶段，国外很少发表关于风扇翼最新的研究成果及其项目进展。目前横流式风扇翼已经应用在飞行器上，但主要在固定翼飞机上使用，旋翼飞行器上还很少。

当前已有横流式风扇翼是通过一根传动轴带动横流风扇叶旋转，传动轴贯穿横流风扇。为保持高速旋转传递扭矩，这种设计使得风扇翼整体偏重，并且在扇叶旋转时，由于传动轴在扇叶内部，对扇叶内部产生的偏心漩涡造成影响，使得升力减小，降低效率。另外因为绕同一根轴转动，故横流风扇叶片从头到尾转速一致，这不利于变弦长的机翼；如果旋翼桨叶上使用，因为桨根至桨尖线速度都是变化的，则横流风扇叶片不利于升力最大化。风扇翼应用在机翼或旋翼上时，由于机翼或旋翼从根部至尖部升力作用成弯矩而产生变形，那根传动轴跟着变形旋转、风扇叶片变形与其它部件干涉等都会造成很大的不利影响。目前使用的横流式风扇翼叶片是绕传动轴四周相互平行布置的，每次有叶片转到凹台后端进入圆弧内和转到凹台前端叶片离开圆弧那一瞬间，风扇翼升力都会出现波动，并呈周期性变化，不仅带来升力值波动，而且带来整个装置的振动，不利于飞行器正常工作使用。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种新型的、同时满足气动要求、振动要求、传扭抗形变要求的横流式风扇翼装置，降低了风扇翼的振动、噪声、结构间隙并且减小了对风扇翼内部偏心漩涡的影响，提高了风扇翼的气动效率。通过改变齿轮组传动比，可以调节不同风扇间的转速，对风扇翼的气动特性起到优化作用。采用整体式风扇和斜布式叶片结构，强度和减振降噪得到加强。

本实用新型提供了一种横流式风扇翼装置，包括通过横流风扇传动机构连接的横流风扇翼和起落支架，所述的横流式风扇翼为旋翼结构，每一翼均包括分成多节段串联的若干横流风扇组，每个横流风扇组包括通过两块端板组成的圆弧凹台和斜面，相邻两个横流风扇组之间共用一块端板；端板的圆弧凹台处安装有轴承座，横流风扇通过两头短轴及轴承连接在轴承座上，端板的斜面处安装有穿过端板的传动轴，传动轴与横流风扇的短轴之间通过传动装置连接，相邻两个横流风扇组之间的传动轴通过联轴器连接；

所述的横流风扇传动机构包括锥齿轮，横流风扇电机，桨毂电机，空心轴和电机支架，桨毂电机和横流风扇电机安装在电机支架上，桨毂电机与空心轴底部连接，桨毂电机将动力通过空心轴传给每个横流风扇翼，使横流风扇翼旋转；空心轴内部套有一根输出轴，锥齿轮固定在该输出轴上端，输出轴下端与横流风扇电机连接，横流风扇电机输出的动力经输出轴传到锥齿轮，由四个锥齿轮组成的锥齿轮组将动力分别通过传动轴和传动装置传递到横流风扇，使横流风扇旋转。

所述的传动装置为齿轮副或皮带轮组。外部动力带动传动轴旋转，每段传动轴通过齿轮或皮带组传递扭矩，每段传动比可以不同，则可以使每段横流风扇转速也不同，可以按需设计各段风扇转速，调节升力和推力，即可以通过更换传动轴与风扇上齿轮或皮带轮大小来调节每段风扇转速，使同一机翼或旋翼上的不同段风扇具有不同的转速。空心轴和传动装置的设置，大大地简化了传动机构，减轻了装置的重量，同时可实现不同减速比的传动，可得到横流风扇最佳的旋转速度。

所述的横流风扇包括固定在两块支撑板之间的若干风扇叶片，每片风扇叶片在两块支撑板间成扭转角布置，不与传动轴平行，并保证圆弧凹台前端、后端始终与某叶片延长面有相交点。避免出现升力周期波动和振动。

所述的每段横流风扇组的传动轴同线，取不同尺寸风扇或斜面，每段风扇为整体式结构。

所述的起落支架侧面安装有起落支架固定板和舵面。通过控制舵面的迎角，可以改变该装置的飞行状态。

所述的起落支架底部通过固定台安装有爪盘。

所述的起落支架支脚由若干关节铰接而成。灵活性和减震性好，可以为装置的起飞降落减少振动，同时由于关节铰接，自由度高，可以适用于不同的起降环境，大大增强了装置的升降环境适应性。

进一步改进，所述的横流风扇共有九段，分为三组，每组三段横流风扇，分别装在三个横流风扇翼上。三个横流风扇翼由桨毂电机提供动力，在横流风扇翼绕桨毂轴线旋转的同时，九段横流风扇由横流风扇电机提供动力绕其固定轴旋转。横流风扇翼和横流风扇同时产生升力，这样大大提高了装置总的升力，有利于提高飞行器的效率。

本实用新型有益效果在于：

1、降低了风扇翼的振动、噪声、结构间隙并且减小了对风扇翼内部偏心漩涡的影响，提高了风扇翼的气动效率。

2、通过改变齿轮组传动比，可以调节不同风扇间的转速，可以分段不同转速带动横流风扇叶片转动，为整副风扇翼翼面提供最佳升力及前进推力的同时能应对翼面的形变，对风扇翼的气动特性起到优化作用。

3、采用整体式风扇和斜布式叶片结构，强度和减振降噪得到加强。

附图说明

图1为横流式风扇翼结构示意图。

图2为横流式风扇结构示意图。

图3为横流式风扇组结构示意图。

图4为端板结构示意图。

图5为本实用新型一种具体实施方式示意图。

图6为横流风扇传动机构结构示意图。

图中，横流风扇1，端板2，圆弧凹台3，斜面4，传动轴5，联轴器6，传动装置7，叶片8、支撑板9，轴承座10，起落支架11，起落支架固定板12，舵面13，横流风扇电机14，桨毂电机15，皮带轮组16，固定台17，爪盘18，锥齿轮19，空心轴20和电机支架21。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供了一种横流式风扇翼装置，一种具体实施方式如图5所示，包括通过横流风扇传动机构连接的三个横流风扇翼（如图1所示）和起落支架11，所述的横流式风扇翼为旋翼结构，横流风扇组（如图3所示）共有九段，分别装在三个横流风扇翼上，每组三个横流风扇1。三个横流风扇翼由桨毂电机提供动力，在横流风扇翼绕桨毂轴线旋转的同时，九段横流风扇由横流风扇电机提供动力绕其固定轴旋转。横流风扇翼和横流风扇同时产生升力，这样大大提高了装置总的升力，有利于提高飞行器的效率。

每个横流风扇组（如图3所示）包括通过两块端板2组成的圆弧凹台3和斜面4（如图4所示），相邻两个横流风扇组之间共用一块端板2；端板2的圆弧凹台3处安装有轴承座10，横流风扇1（结构如图2所示）通过两头短轴及轴承连接在轴承座10上，端板2的斜面4处安装有穿过端板2的传动轴5，传动轴5与横流风扇1的短轴之间通过传动装置7连接，相邻两个横流风扇组之间的传动轴5通过联轴器6连接；

所述的横流风扇传动机构如图6所示，包括锥齿轮19，横流风扇电机14，桨毂电机15，空心轴20和电机支架21，桨毂电机15和横流风扇电机14安装在电机支架21上，桨毂电机15与空心轴20底部连接，桨毂电机15将动力通过空心轴20传给每个横流风扇翼，使横流风扇翼旋转；空心轴20内部套有一根输出轴，锥齿轮19固定在该输出轴上端，输出轴下端与横流风扇电机14连接，横流风扇电机14输出的动力经输出轴传到锥齿轮19，由四个锥齿轮19组成的锥齿轮组将动力分别通过传动轴5和传动装置7传递到横流风扇1，使横流风扇1旋转。

所述的传动装置7为齿轮副或皮带轮组16。外部动力带动传动轴旋转，每段传动轴通过齿轮或皮带组传递扭矩，每段传动比可以不同，则可以使每段横流风扇转速也不同，可以按需设计各段风扇转速，调节升力和推力，即可以通过更换传动轴与风扇上齿轮或皮带轮大小来调节每段风扇转速，使同一机翼或旋翼上的不同段风扇具有不同的转速。空心轴和传动装置的设置，大大地简化了传动机构，减轻了装置的重量，同时可实现不同减速比的传动，可得到横流风扇最佳的旋转速度。

所述的横流风扇1包括固定在两块支撑板9之间的若干风扇叶片8，每片风扇叶片8在两块支撑板9间成扭转角布置，不与传动轴平行，并保证圆弧凹台3前端、后端始终与某叶片延长面有相交点。避免出现升力周期波动和振动。

所述的每段横流风扇组的传动轴同线，取不同尺寸风扇或斜面，每段风扇为整体式结构。

所述的起落支架11侧面安装有起落支架固定板12和舵面13。通过控制舵面13的迎角，可以改变该装置的飞行状态。

所述的起落支架11底部通过固定台17安装有爪盘18。

所述的起落支架11支脚由若干关节铰接而成。灵活性和减震性好，可以为装置的起飞降落减少振动，同时由于关节铰接，自由度高，可以适用于不同的起降环境，大大增强了装置的升降环境适应性。

本实用新型的设计方法如下：

首先根据需要设计出风扇翼装置的翼展和翼弦长，如图4所示（本图是等弦长的，事实上也可以变弦长设计）。然后根据设计的弦长确定圆弧凹台3直径，确定与圆弧凹台3对应的端板2及其圆心，在圆心部位设计出轴承座10。根据圆弧凹台3和端板2设计横流风扇1直径，通过3D打印或整体镂空或焊接等工艺整体完成横流风扇1（如图2），然后通过两头的短轴及轴承安装至两边的轴承座上，一边短轴上安装传动齿轮或皮带轮，通过实现了传动比（减速比或增速比）的另一齿轮或皮带与传动轴5连接。传动轴5安置在横流式风扇翼装置的斜面4内部，每隔一段需要使用联轴器隔开来连接，动力来自使用该装置的机器（飞行器）发动机或电机或其它动力，可以是轴传动或皮带传动。桨毂电机15通过带动桨毂进一步提高横流式风扇翼的来流速度，从而提高升力，缩短起飞时间。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种横流式风扇翼装置，包括通过横流风扇传动机构连接的横流风扇翼和起落支架（11），其特征在于：所述的横流式风扇翼为旋翼结构，每一翼均包括分成多节段串联的若干横流风扇组，每个横流风扇组包括通过两块端板（2）组成的圆弧凹台（3）和斜面（4），相邻两个横流风扇组之间共用一块端板（2）；端板（2）的圆弧凹台（3）处安装有轴承座（10），横流风扇（1）通过两头短轴及轴承连接在轴承座（10）上，端板（2）的斜面（4）处安装有穿过端板（2）的传动轴（5），传动轴（5）与横流风扇（1）的短轴之间通过传动装置（7）连接，相邻两个横流风扇组之间的传动轴（5）通过联轴器（6）连接；

所述的横流风扇传动机构包括锥齿轮（14），横流风扇电机（15），桨毂电机（16），空心轴（17）和电机支架（18），桨毂电机（16）和横流风扇电机（15）安装在电机支架（18）上，桨毂电机（16）与空心轴（17）底部连接，桨毂电机（16）将动力通过空心轴（17）传给每个横流风扇翼，使横流风扇翼旋转；空心轴（17）内部套有一根输出轴，锥齿轮（14）固定在该输出轴上端，输出轴下端与横流风扇电机（15）连接，横流风扇电机（15）输出的动力经输出轴传到锥齿轮（14），由四个锥齿轮（14）组成的锥齿轮组将动力分别通过传动轴（5）和传动装置（7）传递到横流风扇（1），使横流风扇（1）旋转。

2.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的传动装置（7）为齿轮副或皮带轮组（19）。

3.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的横流风扇（1）包括固定在两块支撑板（9）之间的若干风扇叶片（8），每片风扇叶片（8）在两块支撑板（9）间成扭转角布置，不与传动轴平行，并保证圆弧凹台（3）前端、后端始终与某叶片延长面有相交点。

4.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的每段横流风扇组的传动轴同线，取不同尺寸风扇或斜面，每段风扇为整体式结构。

5.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的起落支架（11）侧面安装有起落支架固定板（12）和舵面（13）。

6.根据权利要求1或5所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的起落支架（11）底部通过固定台（21）安装有爪盘（20）。

7.根据权利要求6所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的起落支架（11）支脚由若干关节铰接而成。

8.根据权利要求1所述的横流式风扇翼装置，其特征在于：所述的横流风扇（1）共有九段，分为三组，每组三段横流风扇（1），分别装在三个横流风扇翼上。