CN218858680U - 涵道风扇和飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种涵道风扇，包括：第一涵道风扇单元，包括有第一风扇组件和设于该第一风扇组件外周的第一涵道；第二涵道风扇单元，包括有从所述第一涵道沿切线方向向外延伸并与所述第一涵道相通的一个或多个第二涵道，以及设于每个所述第二涵道内的第二风扇组件，所述第二风扇组件包括有第二桨叶组件和与其轴向连接的第二风扇驱动电机。本申请还公开了相应的涵道风扇和飞行器。本申请可大大提高推进效率、减小尺寸，提高调速特性，不但能产生推进力，而且只要单独控制每个涵道风扇的推力速度，就能达到直接产生飞行器的姿态控制力的效果。

Description

涵道风扇和飞行器

技术领域

本申请实施例涉及飞行器技术，尤其涉及一种涵道风扇、推进器和飞行器。

背景技术

涵道风扇是一种在风扇式螺旋桨的外周设置涵道来产生推进力的一种推进器，也叫涵道推进器。涵道推进器与传统的螺旋桨推进器相比，涡流损耗小、结构紧凑、噪音小，在小型的垂直起降无人飞行器应用上具有明显的优势。

现有技术的涵道风扇一般应用于涡轮发动机上，通过中心轴向驱动桨叶产生推进力。这种结构的涵道风扇浆根承受的应力较大，通流阻力较大，流动中的扰动损耗多，推进效率低、尺寸大，而且调速特性低，只能产生推力，而不能直接产生姿态控制力。

发明内容

本申请实施例提供一种涵道风扇和飞行器，以增大涵道风扇推进效率、缩小尺寸以及能直接产生姿态控制力。

第一方面，本申请实施例公开了一种涵道风扇，包括：

第一涵道风扇单元，包括有第一风扇组件和设于该第一风扇组件外周的第一涵道；

第二涵道风扇单元，包括有从所述第一涵道沿切线方向向外延伸并与所述第一涵道相通的一个或多个第二涵道，以及设于每个所述第二涵道内的第二风扇组件；

所述第二风扇组件包括有第二桨叶组件和与其轴向连接的第二风扇驱动电机。

在一些可能的实施方式中，所述第一风扇组件包括有第一桨叶组件和设于该第一桨叶组件外周的外环壁。

在一些可能的实施方式中，在所述外环壁的外侧周向分布有若干涡轮叶片。

在一些可能的实施方式中，所述第一风扇组件还包括有设于所述第一桨叶组件内周的内环壁，所述第一桨叶组件包括有从所述内环壁的外侧均匀沿径向螺旋延伸至所述外环壁的内侧的若干第一桨叶。

在一些可能的实施方式中，每个第一桨叶对应至少两个涡轮叶片。

在一些可能的实施方式中，所述若干第一桨叶密集排布，并在相邻的第一桨叶之间形成缝隙。

在一些可能的实施方式中，所述缝隙为S形。

在一些可能的实施方式中，所述若干第一桨叶的内端部纵向倾斜分布于所述内环壁、外端部横向倾斜分布于所述外环壁，形成所述内环壁的轴向厚度大于所述外环壁的轴向厚度的结构。

在一些可能的实施方式中，所述第二涵道与所述第一涵道相切，形成涡罩结构，且所述第二涵道的长度大于其与所述第一涵道相交的长度，所述第二风扇组件在所述第二涵道内靠外端部设置。

在一些可能的实施方式中，所述第一涵道的主体为外半圆环形。

在一些可能的实施方式中，在所述第一涵道的正面和/或反面还设置有防护栏。

在一些可能的实施方式中，所述防护栏包括有若干成辐射状发散至所述半圆环形内侧缘的防护条。

在一些可能的实施方式中，所述防护栏的中心位置被设置为内环，所述防护条从所述内环的外侧开始辐射；和/或者，所述防护栏的外周还设置有与所述主体的内侧相接的外环。

在一些可能的实施方式中，所述正面的防护条和反面的防护条交错设置；和/或者，所述防护条为弧形结构。

在一些可能的实施方式中，所述第二风扇驱动电机被设置为永磁无刷电机。

在一些可能的实施方式中，所述第二桨叶组件和第二风扇驱动电机之间通过空气静压轴承轴向连接。

第二方面，本申请实施例公开了一种飞行器，包括有机体和设于机体外侧的涵道推进器，其特征在于：所涵道推进器包括有至少两个如上所述的涵道风扇。

在一些可能的实施方式中，所述机体采用导弹式壳体结构。

在一些可能的实施方式中，所述涵道风扇的数量为三个、四个、六个或者八个。

本申请的有益效果是：

本申请实施例通过设置第一涵道风扇单元和沿该第一涵道风扇单元切向设置第二涵道风扇单元，利用第二涵道风扇单元产生径向的驱动力来驱动第一涵道风扇单元旋转，推动空气形成推力，对飞行器产生升力，由于将同轴驱动改成了径向驱动，从而大大提高了推进效率、减小了尺寸，提高了调速特性，不但能产生推进力，而且对于多个涵道风扇驱动的飞行器，只要单独控制每个涵道风扇的推力速度，就能达到直接产生姿态控制力的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请实施例的涵道风扇的结构示意图。

图2是本申请实施例的涵道风扇的爆炸图。

图3是本申请实施例的涵道风扇中第一风扇组件的立体结构示意图。

图4是本申请实施例的涵道风扇中第一风扇组件的平面结构示意图。

图5是本申请实施例的涵道风扇中第一风扇组件的另一平面结构示意图。

图6是本申请实施例的涵道风扇中涵道结构的立体结构示意图。

图7是本申请实施例的涵道风扇中涵道结构的平面结构示意图。

图8是本申请实施例的涵道风扇中涵道结构的另一平面结构示意图。

图9是本申请实施例的涵道风扇中第二风扇组件的爆炸图。

图10是本申请实施例的飞行器的结构示意图。

附图标记说明：

100-机体，200-涵道风扇；

1-第一涵道风扇单元，11-第一风扇组件，12-第一涵道，110-第一桨叶组件，111-外环壁，112-涡轮叶片，113-内环壁，1100-第一桨叶，1101-缝隙，121-防护栏，1210-防护条，1211-内环，1212-外环；

2-第二涵道风扇单元，21-第二风扇组件，22-第二涵道，210-第二桨叶组件，211-第二风扇驱动电机，212-空气静压轴承；

3-内管。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式详细地描述本申请的技术方案。显然，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；在本申请的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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保护范围的限制；在本申请的描述中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，或活动连接，也可以是可拆卸地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通等。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参考图1-图10，本申请实施例公开的涵道风扇200，包括：

第一涵道风扇单元1，包括有第一风扇组件11和设于该第一风扇组件11 外周的第一涵道12；

第二涵道风扇单元2，包括有从所述第一涵道12沿切线方向向外延伸并与所述第一涵道12相通的一个或多个第二涵道22，以及设于每个所述第二涵道 22内的第二风扇组件21；

所述第二风扇组件21包括有第二桨叶组件210和与其轴向连接的第二风扇驱动电机211。

工作时，通过驱动第二涵道风扇单元2产生气流，经第一涵道12后产生径向的驱动力来驱动第一风扇组件11旋转，推动空气形成推力，对飞行器产生升力，由于将同轴驱动改成了径向驱动，通流阻力小，使流场尽可能以均匀分布，减小了流动中的扰动损失；与中心驱动相比，桨根承受应力小，桨叶结构重量可以更轻，回转惯量小，能满足姿态调整中快速变化的推力调整需求，从而大大提高了推进效率、减小了尺寸，提高了调速特性，不但能产生推进力，而且对于多个涵道风扇200驱动的飞行器而言，只要单独控制每个涵道风扇的推力速度，就能达到直接产生姿态控制力的效果。

在一些可能的实施方式中，所述第一风扇组件11包括有第一桨叶组件110 和设于该第一桨叶组件110外周的外环壁111。

在一些可能的实施方式中，在所述外环壁111的外侧沿周向设置有若干涡轮叶片112。

在一些可能的实施方式中，所述涡轮叶片112被设置为被设置为沿所述外环壁111的切向开口的半环形罩体。

在一些可能的实施方式中，所述半环形罩体112的顶部被设置为空心的四分之一球形。

在一些可能的实施方式中，所述第一风扇组件11还包括有设于所述第一桨叶组件110内周的内环壁113，所述第一桨叶组件110包括有从所述内环壁113 的外侧均匀沿径向螺旋延伸至所述外环壁111的内侧的若干第一桨叶1100。

在一些可能的实施方式中，每个第一桨叶1100对应至少两个涡轮叶片 112。

在一些可能的实施方式中，所述若干第一桨叶1100密集排布，并在相邻的第一桨叶1100之间形成缝隙1101。

在一些可能的实施方式中，所述缝隙1101为S形。

在一些可能的实施方式中，所述若干第一桨叶1100的内端部纵向倾斜分布于所述内环壁113、外端部横向倾斜分布于所述外环壁111，形成所述内环壁 113的轴向厚度大于所述外环壁111的轴向厚度的结构。

在一些可能的实施方式中，所述第二涵道22与所述第一涵道12相切，形成涡罩结构，且所述第二涵道22的长度大于其与所述第一涵道12相交的长度，所述第二风扇组件21在所述第二涵道22内靠外端部设置。

在一些可能的实施方式中，所述第一涵道12的主体为外半圆环形。

在一些可能的实施方式中，在所述第一涵道12的正面和/或反面还设置有防护栏121。

在一些可能的实施方式中，所述防护栏121包括有若干成辐射状发散至所述半圆环形内侧缘的防护条1210。

在一些可能的实施方式中，所述防护栏121的中心位置被设置为内环 1211，所述防护条1210从所述内环1211的外侧开始辐射；

在一些可能的实施方式中，所述防护栏121的外周还设置有与所述主体的内侧相接的外环1212。

在一些可能的实施方式中，所述正面的防护条1210和反面的防护条1210 交错设置；

在一些可能的实施方式中，所述防护条1210为弧形结构。

在一些可能的实施方式中，所述第二风扇驱动电机211被设置为永磁无刷电机，以保证高功率驱动。

在一些可能的实施方式中，所述第二桨叶组件210和第二风扇驱动电机 211之间通过空气静压轴承212轴向连接，以减小转动机械阻力。

参考图10，本申请实施例公开的飞行器，包括有机体100和设于机体外侧的涵道推进器200，其特征在于：所涵道推进器200包括有至少两个如前述实施例所述的涵道风扇。

在一些可能的实施方式中，所述机体1采用导弹式壳体结构。

在一些可能的实施方式中，所述涵道风扇200的数量为三个、四个、六个或者八个，或者可以根据具体需要沿机体100的垂直平面的圆周方向对称设置，只要保证足够的功率即可。

以四个涵道风扇200为例，单独控制每个涵道风扇200的推力速度，就能够直接产生姿态控制力。四个涵道风扇200组合工作，其中两个产生左偏力矩、两个产生右偏力矩、两个产生低头力矩，两个产生抬头力矩，对角两个产生全偏力矩，达到类似四轴控制的效果。

飞行器在垂直起飞之后，逐步倾向并接近于水平飞行，但需要与水平方向保持一定的倾斜角度，以避免容易失速。

飞行器前向飞行时，其后侧的两个涵道风扇200转速逐步增加，在倾斜角度大约达到45°的时候，后侧涵道风扇200加速，飞行器受到两个作用力产生升力：一是反作用力的垂直分量；二是来流吹向机体的斜面阻力的垂直分量。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (19)

1.一种涵道风扇，其特征在于，包括：

第一涵道风扇单元，包括有第一风扇组件和设于该第一风扇组件外周的第一涵道；

第二涵道风扇单元，包括有从所述第一涵道沿切线方向向外延伸并与所述第一涵道相通的一个或多个第二涵道，以及设于每个所述第二涵道内的第二风扇组件；

所述第二风扇组件包括有第二桨叶组件和与其轴向连接的第二风扇驱动电机。

2.如权利要求1所述的涵道风扇，其特征在于：所述第一风扇组件包括有第一桨叶组件和设于该第一桨叶组件外周的外环壁。

3.如权利要求2所述的涵道风扇，其特征在于：在所述外环壁的外侧周向分布有若干涡轮叶片。

4.如权利要求3所述的涵道风扇，其特征在于：

所述第一风扇组件还包括有设于所述第一桨叶组件内周的内环壁，所述第一桨叶组件包括有从所述内环壁的外侧均匀沿径向螺旋延伸至所述外环壁的内侧的若干第一桨叶。

5.如权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于：每个第一桨叶对应至少两个涡轮叶片。

6.如权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于：所述若干第一桨叶密集排布，并在相邻的第一桨叶之间形成缝隙。

7.如权利要求6所述的涵道风扇，其特征在于：所述缝隙为S形。

8.如权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于：

所述若干第一桨叶的内端部纵向倾斜分布于所述内环壁、外端部横向倾斜分布于所述外环壁，形成所述内环壁的轴向厚度大于所述外环壁的轴向厚度的结构。

9.如权利要求1-8种任一项所述的涵道风扇，其特征在于：

所述第二涵道与所述第一涵道相切，形成涡罩结构，且所述第二涵道的长度大于其与所述第一涵道相交的长度，所述第二风扇组件在所述第二涵道内靠外端部设置。

10.如权利要求9所述的涵道风扇，其特征在于：所述第一涵道的主体为外半圆环形。

11.如权利要求10所述的涵道风扇，其特征在于：在所述第一涵道的正面和/或反面还设置有防护栏。

12.如权利要求11所述的涵道风扇，其特征在于：所述防护栏包括有若干成辐射状发散至所述半圆环形内侧缘的防护条。

13.如权利要求12所述的涵道风扇，其特征在于：

所述防护栏的中心位置被设置为内环，所述防护条从所述内环的外侧开始辐射；和/或者，所述防护栏的外周还设置有与所述主体的内侧相接的外环。

14.如权利要求13所述的涵道风扇，其特征在于：所述正面的防护条和反面的防护条交错设置；和/或者，所述防护条为弧形结构。

15.如权利要求1-8中任一项所述的涵道风扇，其特征在于：所述第二风扇驱动电机被设置为永磁无刷电机。

16.如权利要求1-8中任一项所述的涵道风扇，其特征在于：所述第二桨叶组件和第二风扇驱动电机之间通过空气静压轴承轴向连接。

17.一种飞行器，包括有机体和设于机体外侧的涵道推进器，其特征在于：所涵道推进器包括有至少两个如权利要求1-16中任一项所述的涵道风扇。

18.如权利要求17所述的飞行器，其特征在于：所述机体采用导弹式壳体结构。

19.如权利要求17或18所述的飞行器，其特征在于：所述涵道风扇的数量为三个、四个、六个或者八个。

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