用于机械推力功率转换多风扇的系统、组件和方法技术方案

公开了一种用于提供空气推力的多转子系统，其包括至少一个多转子组件。多转子组件包括可围绕共同轴线旋转的至少两个转子，其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径。还公开了一种适于执行垂直起降(VTOL)的空中运载工具。空中运载工具包括围绕运载工具的重心基本上对称布置的至少两个多转子系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机械推力功率转换多风扇的系统、组件和方法
技术介绍
用于在流体环境(例如空中)提供推力的方法和装置已知多年且包括各种类型的螺旋桨、风扇、喷气发动机、火箭发动机等。类似地，用于将流体材料(例如空气)的流动转换成机械/电能的方法和装置也已知多年且包括风力涡轮机、波浪/潮汐能量转换系统等。用于提供物体在空中的推力、用于提供前向/侧向力或用于提供升力的装置和方法(例如在直升机或类似的垂直起降(VTOL)运载工具中)也是已知的。这种装置和方法的效率基本上可以通过所得的有效推力能量/功率与进入转换装置的机械/电能/功率之间的比率来测量。类似地，在用于将流体的流动转换成机械/电能的装置中，测量效率的比率将在所得的机械/电能/功率与给予转换装置的流体能量/功率之间。通常，效率的降低可能是由于机械摩擦、导致非消耗性能量损失的流体湍流、转换为噪声的流体能量、机械振动等。额外的效率因子可以是区域、空间和相关物理尺寸的利用效率。例如，由螺旋桨或直升机转子提供的推力在螺旋桨/转子的不同区域中是不同的。图1A到图1C分别示意性地呈现了直升机100的俯视图和侧视图以及直升机的转子空气动力学性能的曲线图，如本领域中已知的。直升机100的转子102可以按由转子叶片尖端的切向速度VRT限制的转速旋转，所述转速不应超过声速，且实际上不超过声速的0.85。虽然转子叶片尖端的切向速度可能接近且可能不超过声速，但沿着转子叶片的点的切向速度在旋转轴线处从零变化，且随着半径朝向转子叶片尖端而线性增大。旋转叶片的空气动力学效率随着其线性(＝切向)速度减小或随着其线速度由于空气密度的突然变化变得接近声速而降低。转子102的区域可以粗略地分成两个同心区107和108。区107是限定在圆104(其描绘了转子叶片的尖端的路径)与圆106之间的外部区。区108是限定在圆106内部的内部区。当沿着转子叶片的点的切向速度减小时，叶片在这些点处的空气动力学升力减小，直到在沿着圆106的点处，叶片的升力小于在该点处产生的空气动力学阻力，如图1C所描绘的，其中曲线图110描述了沿叶片的点处的空气动力学升力，且曲线图112描述了由转子的旋转叶片产生的空气动力学阻力。可以看出，由转子叶片产生的阻力与沿着叶片的位置是基本上恒定的，而空气动力学升力在沿着圆106定位的点处急剧下降。因此，这种推力产生装置的效率可以定义为可用于产生升力的区域与推力产生装置所利用的总区域的比例。例如，如果圆106的半径是叶片尖端104的半径的2/3，则转子区域效率比RES将为：一般来说，可从旋转转子获得的推力与转子叶片的给定部分的线速度的平方成比例，因此转子叶片的线速度对转子的可获得推力具有大的影响。此外，由转子或螺旋桨的旋转引起的噪声主要归因于具有不同的空气流速的相邻/邻近气流引起的空气剪切。因此，从邻近气流的空气速度差较小的转子系统获得给定的总推力将降低由所述转子引起的噪声。改进转子区域效率比例将是有益的，且在改进或者至少不减小总体性能比例的其它方面(例如较低的自重、降低的噪声损失等)的同时改进所述效率因子甚至更有利。转子/螺旋桨的效率的改进还可以降低其在操作期间产生的噪声，所述噪声主要是由转子/螺旋桨引起的非层流引起的。因此，通过减慢叶片尖端的速度、通过控制和引导转子/螺旋桨之前和之后的流体流动等减少流体通过转子/螺旋桨的非层流可以增大有用推力，同时降低所产生的噪声。
技术实现思路
公开了一种用于提供空气推力的多转子系统，其包括至少一个多转子组件。多转子组件包括可围绕共同轴线旋转的至少两个转子，其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径。根据本专利技术的一些实施例，多转子系统还包括驱动装置，该驱动装置适于使每个转子以独立于其它转子的转速的转速旋转。根据本专利技术的一些实施例，至少两个转子布置在共同平面中且可在共同平面中旋转。根据本专利技术的一些实施例，多转子系统还包括管道，该管道布置成紧密地围绕最外转子的外半径且定向为使其空气流动方向与多转子系统的共同轴线同轴。多转子系统哈艾克包括至少一个额外空气管道，额外空气管道布置成紧密地围绕另一个转子的外半径。根据另外的实施例，公开了一种适于执行垂直起降(VTOL)的空中运载工具。空中运载工具包括围绕运载工具的重心基本上对称布置的至少两个多转子系统。每个多转子系统包括：可围绕共同轴线旋转的至少两个转子，其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径；以及驱动装置，驱动装置适于使每个转子以独立于其它转子的转速的转速旋转。根据本专利技术的实施例，空中VTOL运载工具适于在起降操纵时提供垂直推力，并且还适于在飞行操纵时提供水平推力。附图说明在本说明书的结尾部分特别指出和明确声明本专利技术的主题。然而，结合附图参考下面的详细描述，可以最好地理解本专利技术的组织和操作方法及其目标、特征和优点，附图中：图1A到图1C分别示意性地呈现了直升机的俯视图和侧视图以及直升机的转子空气动力学性能的曲线图；图2A和图2B分别示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的同轴多转子系统以及这种系统的转子叶片速度的曲线图；图3示意性地呈现了根据本专利技术的实施例的同轴多转子系统的截面，去仅示出了关于对称线对称的截面的左侧；图4示意性地呈现了根据本专利技术的实施例的同轴多转子系统；图5示意性地呈现了根据本专利技术的实施例的包括四个同轴多转子系统的升降系统，每个同轴多转子系统包括多个同轴转子；图6为根据本专利技术的实施例的同轴多转子系统的示意性截面；图7A到图7C是根据本专利技术的实施例的分别以俯视图、第一截面图和第二截面图示出的同轴多转子系统的示意图；图8A到图8D示意性地呈现了根据本专利技术的实施例的使用电动机为多转子系统供电的各种机械布置；图9A和图9B分别是根据本专利技术的实施例的多转子系统的截面的等轴视图和正视图的示意性截面；以及图9C是根据本专利技术的实施例的图9B中的某些细节的放大视图。将认识到，为了说明简化和清楚起见，图中所示的元件不一定是按比例绘制。例如，一些元件的尺寸可能为了清楚而相对于其它元件夸大。此外，在认为合适的地方，附图标记可以在附图中重复以指示对应或类似的元件。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其它情况下，众所周知的方法、程序和部件未被详细描述以免混淆本专利技术。根据本专利技术的实施例，两个或更多个同心转子或螺旋桨可以被组装，以围绕共同轴线基本上在共同的平面中操作，以均在相同方向上提供推力。参考图2A和图2B，分别示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的同轴多转子系统和这种系统的转子叶片速度的曲线图。同轴多转子系统200可以包括布置成围绕共同轴线210旋转的多个转子202、204、206和208。各个转子被组装成以如下方式基本上在共同平面内操作；穿过多转子系统的流将不会穿过多于一个转子且转子之间的间隙将是最小的，例如，每个转子的叶片的外半径被设计为仅略短于具有较长半径的相邻转子的叶片的内半径。例如，转子204的外半径R2可以被设计成略短于转子202的内半径(未标号)。这样，由位于最长半径Rl与最内侧半径R5之间的多个转子提供对系统200的转盘的基本上连续的覆盖。多个转子可以按不同的角速度旋转。根据本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供空气推力的多转子系统，包括：至少一个多转子组件，包括：至少两个转子，能围绕共同轴线旋转；其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.20 US 62/280,7621.一种用于提供空气推力的多转子系统，包括：至少一个多转子组件，包括：至少两个转子，能围绕共同轴线旋转；其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径。2.根据权利要求1所述的多转子系统，还包括驱动装置，所述驱动装置适于使每个转子以独立于其它转子的转速的转速旋转。3.根据权利要求1所述的多转子系统，其中，至少两个转子布置在共同平面中且能在共同平面中旋转。4.根据权利要求1所述的多转子系统，还包括管道，所述管道布置成紧密地围绕最外转子的外半径，并且所述管道被定向为使所述管道的空气流动方向与所述多转子系统的所述共同轴线同轴。5.根据权利要求4所述的多转子系统，还包括至少一个额外空气管道，所述额外空气管道布置成紧密地围绕另一个转子的外半径。6.根据权利要求1所述的多转子系统，其中，每个转子包括围绕所述共同轴线均匀地间隔开的两个或更多个转子叶片。7.根据权利要求1所述的多转子系统，还包括：至少一个定子，布置成邻近于至少一个转子并且适于调节通过该转子的气流。8.一种适于执行垂直起降(VTOL)的空中运载工具，包括至少两个多转子系统，布置成围绕所述运载工具的重心基本上对称，每个所述多转子系统包括：至少两个转子，能围绕共同轴线旋转，其中，第一转子的外半径基本上等于第二转子的内半径；以及驱动装置，适于使每个转子以独立于其它转子的转速的转速旋转。9.根据权利要求8所述的空中VTOL运载...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥伦·格洛贝尔曼，莫德查伊·贝亚尔，
申请(专利权)人：NMB医学应用有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL