CN209617519U - 一种涵道式无叶飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涵道式无叶飞行器，包括：至少一个环状涵道，环状涵道的壁面包括涵道内壁和涵道外壁，涵道内壁和涵道外壁围合形成涵道腔，涵道外壁的顶部具有高于涵道内壁顶部的翻折边，翻折边与涵道内壁的顶部之间形成使气流朝下喷射的顶部气流喷射口；用于向涵道腔输送高压气流的气流产生装置。该涵道式无叶飞行器不仅能够克服传统涵道式飞行器的缺陷，而且还有效提高了飞行器的升力，该种无叶飞行器飞行噪音小、结构稳定，便于维护，能够适应复杂环境，由于不具有外露的旋转部件，因此在应用过程中可真正实现接触式作业。

Description

一种涵道式无叶飞行器

技术领域

本实用新型涉及无人机设计生产技术领域，更具体的说涉及一种涵道式无叶飞行器。

背景技术

传统的涵道式飞行器的缺陷较多，飞行噪音大、螺旋桨旋翼抗摔性能差、对安装精度要求很高以及容易出现螺旋桨与涵道圈发生干涉的问题尤其明显，考虑到空气流动的顺畅性，涵道上下两端一般不加防护罩，螺旋桨裸露比较明显，在飞行过程中如遇到杂物、树枝等异物侵入时容易造成飞行器报废。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开了一种涵道式无叶飞行器，以便能够克服传统涵道式飞行器的缺陷，同时有效提高飞行器的升力。

为实现上述目的，本实用新型中所公开的涵道式无叶飞行器，包括：

至少一个环状涵道，所述环状涵道的壁面包括涵道内壁和涵道外壁，所述涵道内壁和所述涵道外壁围合形成涵道腔，并且所述涵道外壁的顶部具有高于所述涵道内壁顶部的翻折边，所述翻折边朝向所述涵道内壁一侧弯折，并在覆盖所述涵道内壁的顶部之后向下倾斜，所述翻折边与所述涵道内壁的顶部之间形成使气流朝下喷射的顶部气流喷射口；

用于向所述涵道腔输送高压气流的高压气流产生装置。

优选的，还包括：

具有内部空腔的中间体，所述中间体的内部空腔与所述涵道腔连通，所述高压气流产生装置设置在所述中间体的内部空腔中。

优选的，所述高压气流产生装置为涡轮风扇总成，所述涡轮风扇总成包括电机和与所述电机的输出轴相连的涡轮风扇，所述中间体上设置有与所述内部空腔连通的进风口。

优选的，所述高压气流产生装置为高压气体储存罐。

优选的，所述环状涵道的横截面呈圆形或者多边形。

优选的，所述环状涵道与所述中间体直接相连，或者通过送风通道间接相连。

优选的，所述涵道内壁的顶部和/或所述翻折边为能够在气流压力下产生形变的柔性壁。

优选的，所述柔性壁为塑胶壁。

优选的，还包括可转动安装在所述涵道内壁或者所述翻折边上，并且位于所述顶部气流喷射口处的喷射口开度调节板。

优选的，所述环状涵道整体呈锥台状，且所述环状涵道的大端朝上，小端朝下。

优选的，还包括与所述高压气流产生装置的出风口相连的气体导管，所述气体导管盘设并夹紧于所述顶部气流喷射口处，所述气体导管上开设有环绕所述顶部气流喷射口一周的排气口，所述排气口用于朝向所述翻折边喷射高压气体，以借助所述翻折边使所述高压气体折返后朝下喷射。

优选的，所述涵道腔的底部还开设有底部气流喷射口。

优选的，所述涵道式无叶飞行器仅包括一个环状涵道，所述高压气流产生装置设置在所述涵道腔内，或者，所述环状涵道的中部设置有中间体，所述中间体的内腔通过中空的送风杆与所述涵道腔连通，所述高压气流产生装置设置在所述中间体的内腔中。

本实用新型中所公开的涵道式无叶飞行器，包括中间体、至少一个环状涵道以及高压气流产生装置，环状涵道的壁面包括涵道内壁和涵道外壁，涵道内壁和涵道外壁围合形成了涵道腔，涵道腔与中间体的内部空腔连通，涵道外壁的顶部具有高于涵道内壁顶部的翻折边，该翻折边朝向涵道内壁一侧弯折，并且在覆盖涵道内壁的顶部之后向下倾斜，翻折边与涵道内壁的顶部形成使气流朝下喷射的顶部气流喷射口，高压气流产生装置内置在中间体的内部空腔中，并且其用于向涵道腔输送高压气流。

随着高压气流产生装置持续向涵道腔内输送高压气体，涵道腔将逐渐被高压气体所充满，当超过外界气压后，涵道腔内的高压气体将从顶部气流喷射口向下喷射，于是形成风，由于涵道腔对气体的挤压作用，可以使气流以很高的速度从气流喷射口喷出，根据作用力与反作用力原理，在气流高速向下喷射的过程中，飞行器会获得向上的推力。

由此可见，本实用新型中所公开的涵道式无叶飞行器通过高压气流产生装置来提供动力，在外观上消除了旋转的螺旋桨部件，这一方面减小了飞行器的噪音，另一方面还有效解决了因杂物进入螺旋桨而导致飞行器报废的问题，飞行器可以应用于更为复杂的环境中；

同时，由顶部气流喷射口所喷出的高速气流经过环状涵道的中心孔整流后向下喷出，这使得气流流向的一致性更好，产生的反向推动力更大；并且，由顶部气流喷射口所喷出的高速气流还会带动环状涵道顶部周围的气流从上而下流动，涵道顶部周围的气流从上而下流动的过程中会对翻折边产生反向推力，这使得飞行器所获得的升力得到进一步提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一种实施例中所公开的涵道式无叶飞行器的透视结构示意图；

图2为图1中所公开的涵道式无叶飞行器的中间体与环状涵道的连接位置示意图；

图3为本实用新型一种实施例中所公开的环状涵道的剖切结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例中所公开的环状涵道的整体结构示意图。

其中，1为中间体，2为环状涵道，3为高压气流产生装置，4为进风口，5为送风通道，6为控制模块，7为能源模块，21为涵道内壁，22为涵道外壁，23为翻折边，24为顶部气流喷射口，31为电机，32为涡轮风扇。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种涵道式无叶飞行器，以便能够克服传统涵道式飞行器的缺陷，同时有效提高飞行器的升力。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在进行本实用新型具体方案解释之前，先对本案中的涵道进行定义：

传统意义上的涵道实际上是指涵道螺旋桨或涵道风扇，其通常是在自由螺旋桨或风扇的基础上外加一圈筒形或环形结构形成，通过筒形或环形结构与螺旋桨的相互作用产生升力。

而本案中所涉及到的涵道，并非传统意义上的涵道，本案中的涵道主要是指该筒状和环状结构，而并未包含动力装置(包括但不限于螺旋桨、风扇和高压气流产生装置)，本案中动力装置内置在涵道中，涵道本身的作用在于对高压气体进行导流、输送、整流和加压。

请参阅图1至图4，本实施例中所公开的涵道式无叶飞行器，包括环状涵道2以及高压气流产生装置3，环状涵道2的壁面包括涵道内壁21和涵道外壁22，涵道内壁21和涵道外壁22围合形成涵道腔，并且涵道外壁22的顶部具有高于涵道内壁21顶部的翻折边23，如图3中所示，该翻折边23朝向涵道内壁21弯折，并且在覆盖涵道内壁21的顶部之后向下倾斜，涵道内壁21的顶部与翻折边23之间形成一环状开口，该环状开口称为顶部气流喷射口24，顶部气流喷射口24能够使气流朝下喷射，高压气流产生装置3的作用在于向涵道腔输送高压气流。

该涵道式无叶飞行器的工作原理为：高压气流产生装置3持续向涵道腔内输送高压气体，涵道腔内的空间将逐渐被高压气体填满，当涵道腔内的气流压力超过外界气压之后，涵道腔中的高压气体将被挤压至顶部气流喷射口24，然后在顶部气流喷射口24的形状限制下朝下喷射，从而形成风；由于涵道腔对气体的挤压作用，涵道腔内的气体压力会明显大于大气压力，当这些高压气体从相对而言较为狭小的顶部气流喷射口24喷出时其气流速度会很高，根据作用力与反作用力的原理，在气流高速向下喷射的过程中，飞行器会获得向上的推力。

可见，上述实施例中所公开的涵道式无叶飞行器通过高压气流产生装置3来提供动力，在飞行器外观上消除了旋转的螺旋桨部件，这一方面有效减小了飞行器本身的噪音，另一方面还有效解决了因杂物进入螺旋桨而导致飞行器报废的问题，使得飞行器可以应用在更为复杂的环境(如巡检维修、森林搜查、高空作业)中；

同时，在翻折边23的导流作用下，顶部气流喷射口24所喷射的高速气流会经过环状涵道2的中心孔后向下喷出，气流经过涵道的中心孔整流后其流向的一致性更好，有效避免了气流的四散喷射，产生的反推力更大且能够使飞行器更加平稳；另外，由顶部气流喷射口24所喷出的高速气流还会带动环状涵道2顶部周围的空气从上而下流动，环状涵道2顶部周围的气流从上而下流动的过程中会对翻折边23产生反向推力，这使得飞行器所获得的升力得到进一步的提高。

由此可见，上述实施例中所公开的涵道式无叶飞行器不仅能够克服传统涵道式飞行器的缺陷，而且还有效提高了飞行器的升力，该种无叶飞行器飞行噪音小、结构稳定，便于维护，能够适应复杂环境，由于不具有外露的旋转部件，因此在应用过程中可真正实现接触式作业。

除此之外，该涵道式无叶飞行器还包括具有内部空间的中间体1，该中间体1的内部空腔与涵道腔连通，高压气流产生装置3设置在中间体1的内部空腔中。

更进一步的，为了能够对涵道腔内的气体形成挤压，提高气流的喷出速度，涵道内壁21的顶端还朝向涵道外壁22进行弯折，以减小涵道内壁21顶部与涵道外壁22之间的距离，如图3中所示。

环状涵道2的数量可以根据需要进行设计，可以为单涵道飞行器也可为多涵道飞行器，当环状涵道2的数量仅为一个时，高压气流产生装置3可以设置在涵道腔内；或者，环状涵道2的中部设置有中间体，中间体通过送风杆连接在环状涵道2上，送风杆为中空结构，以将中间体的内腔与涵道腔连通，高压气流产生装置3设置在中间体的内腔中；

当飞行器设置有多个涵道时，环状涵道2应当沿中间体1的周向均匀分布，本实用新型附图部分以双涵道飞行器为例对本实用新型中的方案进行了具体展示。

本领域技术人员能够理解的是，高压气流产生装置3的具体实现形式并不受限制，只要能够向涵道腔内输送高压气体即可，在一种实施例中，高压气流产生装置3为涡轮风扇总成，如图1和图2中所示，涡轮风扇总成包括电机31和与电机31的输出轴相连的涡轮风扇32，当采用该种高压气流产生装置3时，中间体1上应当设置有与内部空腔连通的进风口，在电机31的带动下，涡轮风扇32高速旋转，外界气体经由进风口进入中间体1的内部空腔中，经过涡轮风扇32的加压后形成高压气体，进而被输送至涵道腔内。

一般情况下，为了保证各个环状涵道所产生的升力趋于均匀，涡轮风扇总成应当与环状涵道2一一对应设置，在图1和图2中，由于环状涵道2具体包括两个，因而涡轮风扇总成也具体包括两套，为了实现自动化控制，还可以在中间体1内设置控制模块来控制电机31的启动、关闭以及转速，当然，还可以在中间体1内设置能源模块7(如电池)等。

在另外一实施例中，高压气流产生装置3为高压气体储存罐，高压气体储存罐的排气口位置设置有阀体，该阀体的开启和关闭可通过控制模块6进行控制，当阀体开启后，高压气体储存罐即可向涵道腔内供应高压气体。

需要进行说明的是，本实用新型实施例中的环状涵道2并非特指横截面呈圆形的圆环，该环状涵道2包括但不限于圆环和多边形环(如三角形、矩形以及正六边形等)，当然，考虑到生产和设计上的便利性，本实施例中推荐环状涵道2的横截面设计为圆形，如图1至图4中所示。

能够理解的是，环状涵道2与中间体1可以为一体式结构，两者直接相连，例如可以通过铸造的方式一体成型，两者也可通过其他结构间接相连，例如可以通过送风通道5间接相连，以实现涵道腔与内部空腔之间的连通。

顶部气流喷射口24的大小可以是固定的，也可以是能够进行调整的，在一种实施例中，涵道内壁21的顶部以及翻折边23中的一者或者全部均为柔性壁，柔性壁可具体选用塑胶制成，当然，柔性壁也可选用其他材料制成，只要是强度和韧性满足使用要求即可，该柔性壁能够在气流压力下产生形变，从而使得顶部气流喷射口24可根据气流压力进行大小调整，实现飞行器升力的自动调整。

除此之外，还可以在涵道内壁21或者翻折边23上安装喷射口开度调节板，该喷射口开度调节板通过转轴与涵道内壁21或翻折边23转动连接，驱动喷射口开度调节板运动的驱动部件可选用微型电机，通过喷射口开度调节板的转动，也可实现顶部气流喷射口的开度调节，从而实现飞行器升力的自动调整。

为了进一步优化方案，本实施例中所公开的环状涵道2在整体上呈锥台状，意即在环状涵道2的高度方向上，其顶部横截面的面积与底部横截面的面积不相等，并且该环状涵道2的大端朝上，小端朝下，该种形状设计可以迫使涵道腔的下部不断对高压气体进行挤压，使高压气体迅速朝向更为宽阔的顶部聚集，并从顶部气流喷射口24高速喷出。

实际应用过程中，由高压气流产生装置所输出的高压气流在进入涵道腔的过程中，容易在容积较大的涵道腔内迅速扩散，这会导致高压气流损失大量动能，涵道式无叶飞行器所获得的实际升力较小，为了尽量降低高压气体的动能损失，本实施例中所公开的涵道式无叶飞行器还增设了气体导管，气体导管与高压气流产生装置的出风口相连，气体导管盘设并夹紧在顶部气流喷射口处，气体导管上开设有环绕顶部气流喷射口一周的排气口，该排气口用于朝向翻折边喷射高压气体，借助翻折边的导流作用，高压气体能够实现向下的高速喷射。能够理解的是，气体导管的直径相较于涵道腔而言更小，因此由高压气流产生装置所输出的高压气体通过气体导管输送可有效降低高压气流的动能损失，保证涵道式无叶飞行器具有足够的升力。

需要进行说明的是，排气口可以为多个，多个排气口间隔环绕顶部气流喷射口一周；或者排气口可以为一个豁口，该豁口连续环绕顶部气流喷射口一周，以保证环状涵道底部气流喷射的均匀性，提高涵道式无叶飞行器的飞行稳定性。

在另一实施例中，该涵道式无叶飞行器的涵道腔的底部还开设有朝下的底部气流喷射口，当高压气体充满涵道腔内后，一部分高压气体从底部气流喷射口喷出，通过直接的气流反冲形成对飞行器的反向推力；另一部分高压气体从顶部气流喷射口24喷出，带动气流从环状涵道2的顶部向底部流动，不仅能够通过反冲原理形成对飞行器的推力，而且还能够借助在翻折边23位置所形成的向上的拉力进一步提高飞行器的升力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种涵道式无叶飞行器，其特征在于，包括：

至少一个环状涵道(2)，所述环状涵道(2)的壁面包括涵道内壁(21)和涵道外壁(22)，所述涵道内壁(21)和所述涵道外壁(22)围合形成涵道腔，并且所述涵道外壁(22)的顶部具有高于所述涵道内壁(21)顶部的翻折边(23)，所述翻折边(23)朝向所述涵道内壁(21)一侧弯折，并在覆盖所述涵道内壁(21)的顶部之后向下倾斜，所述翻折边(23)与所述涵道内壁(21)的顶部之间形成使气流朝下喷射的顶部气流喷射口(24)；

用于向所述涵道腔输送高压气流的高压气流产生装置(3)。

2.如权利要求1所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，还包括：

具有内部空腔的中间体(1)，所述中间体(1)的内部空腔与所述涵道腔连通，所述高压气流产生装置(3)设置在所述中间体(1)的内部空腔中。

3.如权利要求2所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述高压气流产生装置(3)为涡轮风扇总成，所述涡轮风扇总成包括电机(31)和与所述电机(31)的输出轴相连的涡轮风扇(32)，所述中间体(1)上设置有与所述内部空腔连通的进风口(4)。

4.如权利要求1-3任意一项所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述环状涵道(2)的横截面呈圆形或者多边形。

5.如权利要求2所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述环状涵道(2)与所述中间体(1)直接相连，或者通过送风通道(5)间接相连。

6.如权利要求1-3、5任意一项所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述涵道内壁(21)的顶部和/或所述翻折边(23)为能够在气流压力下产生形变的柔性壁。

7.如权利要求1-3、5任意一项所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，还包括可转动安装在所述涵道内壁(21)或者所述翻折边(23)上，并且位于所述顶部气流喷射口(24)处的喷射口开度调节板。

8.如权利要求1所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，还包括与所述高压气流产生装置(3)的出风口相连的气体导管，所述气体导管盘设并夹紧于所述顶部气流喷射口处，所述气体导管上开设有环绕所述顶部气流喷射口一周的排气口，所述排气口用于朝向所述翻折边喷射高压气体，以借助所述翻折边使所述高压气体折返后朝下喷射。

9.如权利要求1-3、5、8任意一项所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述涵道腔的底部还开设有底部气流喷射口。

10.如权利要求1所述的涵道式无叶飞行器，其特征在于，所述涵道式无叶飞行器仅包括一个环状涵道(2)，所述高压气流产生装置(3)设置在所述涵道腔内，或者，所述环状涵道(2)的中部设置有中间体，所述中间体的内腔通过中空的送风杆与所述涵道腔连通，所述高压气流产生装置(3)设置在所述中间体的内腔中。