用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇制造技术

本发明专利技术公开了一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，包括筒状的涵道外壳、布设在筒状涵道外壳底部用于改变风扇气流方向的矢量栅板、卡接在筒状涵道外壳内壁且上下间隔一定距离的2个或2个以上的各级风扇单元、布设在各级风扇单元之间和末级风扇单元与矢量栅板之间用于调整气流和保持气流方向垂直向下的导流栅；所述各级风扇单元为非共轴风扇单元。本发明专利技术采用二个以上的多风扇，通过采用非共轴风扇单元和独立电机驱动装置、将多元涵道风扇连接飞控系统中央计算机，使得若干非共轴风扇单元内部气流方向达到优化，向下喷射气流来产生举力。多风扇技术的涵道风扇比常规涵道风扇有更高的效率，更低能耗，可以为垂直起降飞行器提供长时间工作的动力。

Multiple ducted fans for VTOL aircraft

【技术实现步骤摘要】
用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇
本专利技术属于飞行器
，尤其涉及一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇。
技术介绍
垂直起降飞行器指有翼飞行器和无翼飞行器。有翼飞行器是指采用垂直起降方式的固定翼飞行器，通常称为垂直起降无人机；无翼飞行器实际上是飞行运输器，可以载人也可以无人飞行，统称为飞车。以上二种垂直起降飞行器不同于直升飞机：直升飞机是采用一个或多个旋转桨翼提供飞行器的举力和采用倾斜桨翼提供前飞、倒退和侧飞功能，而垂直起降飞行器的无翼飞行器的垂直起飞、着陆和中途飞行所需要的举力和飞行动力，均由涵道风扇来提供；垂直起降飞行器的有翼飞行器在起飞和着陆的短时间内利用涵道风扇的工作。现有垂直起降飞行器常采用单风扇涵道技术。单风扇涵道技术已经广泛应用于直升机尾桨、排风系统、单人飞行器等许多有人、无人飞行器，经多年的努力已经很成熟。但由于单风扇的效率受到气流排气速度低、流量小、压差低的影响，造成喷射气流扩散，能耗过高。同时带来其它配套设备的问题，而且单风扇体积大，至使被采用的范围受到限止。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，目的在于解决现有技术单风扇涵道技术气流排气速度低、流量小、压差低、造成喷射气流扩散，能耗过高的问题。本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案。一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，其特征在于：包括筒状的涵道外壳、布设在筒状涵道外壳底部用于改变风扇气流方向的矢量栅板、卡接在筒状涵道外壳内壁且上下间隔一定距离的2个或2个以上的各级风扇单元、布设在各级风扇单元之间和末级风扇单元与矢量栅板之间用于调整气流和保持气流方向垂直向下的导流栅；所述各级风扇单元为非共轴风扇单元。所述非共轴风扇单元各自有自身的独立电机驱动装置，各级风扇非共轴各有自己的转轴且独立安装在涵道外壳上；各级风扇尤其是进口第一级和出口最后一级风扇的转速和螺距不尽相同，因为高速气流的流动因进口、出口形状不同，需要不同设计。所述各级风扇单元包括风扇、布设在风扇平面下端中心处的独立电机驱动装置、固接在独立电机驱动装置周围且水平方向一端连接独立电机驱动装置、另一端连接涵道外壳内壁的若干条均匀分布的风扇固定支架；所述各级独立电机驱动装置一端连接风扇且另一端通过固定支架连接飞控系统的中央计算机，用于接收飞控系统中央计算机的平衡指令以控制各级风扇的转速从而保持飞行器平衡飞行。所述独立电机驱动装置包括一个永磁电机、与永磁电机配套的电机控制器、功率调节器、转速传感器、电流传感器、电压传感器；所述各级功率调节器由中央计算机控制，用于产生各级风扇不同转速的功率、在飞行器上控制平衡和用推进力来控制飞行方向、且控制飞行器的上升和下降，中央计算机同时控制各级风扇运动综合成一个动力系统，由中央计算机向各级风扇提供动态数据来控制任务飞行；所述转速、电流、电压传感器信息传给中央计算机进行综合处理,中央计算器同时接收从飞机传感器、大气传感器反馈的信息，将两类信息进行综合处理后，通过电机驱动装置的电机控制器和功率调节器指挥全部风扇工作。所述导流栅当上下级风扇转动方向相同时导流栅板偏转方向相反，以此保持气流方向垂直向下；当上下级风扇转动方向相反时，导流栅板的偏转角度与上一级的风扇转动方向相反，以此保持气流方向垂直向下。本专利技术的优点效果本专利技术采用二个以上的多风扇，通过采用非共轴风扇单元和独立电机驱动装置、通过将多元涵道风扇连接飞控系统中央计算机，使得若干非共轴风扇单元内部气流方向达到优化，向下喷射气流来产生举力。同时采用矢量栅板偏转气流方向提供前飞、倒退和侧飞的动力。多风扇技术的涵道风扇比常规的涵道风扇有更高的效率，更低能耗，可以为垂直起降飞行器提供长时间工作的动力。附图说明图1为本专利技术多元涵道风扇结构图1；图2为本专利技术多元涵道风扇结构图2；图3为本专利技术多元涵道风扇原理图1；图4为本专利技术多元涵道风扇原理图2；图5为本专利技术导流栅工作原理图；图6为本专利技术一个风扇单元结构图；图7为飞控系统和多元涵道风扇关系示意图；图8为多元涵道风扇用于空气冲浪起飞示意图；图9为多元涵道风扇用于定点刹车垂直着陆示意图；图10为多元涵道风扇用于无翼飞行器示意图。图中：1-1：涵道外壳；1-2：矢量栅板；1-3：风扇单元；1-4：导流栅；1-3-1：风扇；1-3-2：电机驱动装置；1-3-3：固定支架具体实施方式本专利技术设计原理1、多元涵道风扇的优势：多元涵道风扇技术是采用二个以上的多风扇，通过若干装置协调内部气流方向达到优化，向下喷射气流来产生举力。同时采用矢量栅板偏转气流方向提供前飞、倒退和侧飞的动力。本文主要阐述多元涵道风扇技术。利用高转速、小直径大扭转风扇叶片，多风扇技术的涵道风扇比常规的涵道风扇有更高的效率，更低能耗，可以为垂直起降飞行器提供长时间工作的动力。采用多元涵道风扇技术的飞车由于没有机翼，因此适用于在交通拥堵，车辆难以行驶区域，河湖地区，不易逾越的海峡和在不适合固定翼飞行器飞行的气候条件下运行。2、多元涵道风扇工作原理A、增压和增速原理：如图3、图4所示，第一级风扇把m质量空气加速到mv1动能，同时产生比外部进口处压力高为P1，这种压差是由质量m的动能造成的。在P1的压力下的m空气，被第二级风扇继续增压为P2，并取得更高的速度m2，所产生的压力P2是由m质量空气的更大动能v2m造成。继续以上n次风扇加速和增压，使m质量获得远大于一级风扇所获得的动能和压力。这n级风扇由高速电机驱动的空气动能不是简单的增大到n倍，设计好的涵道应当具备大于n倍级风扇举力能力，相应效率提高，能耗下降。采用倾斜一定角度的导流板导引，经风扇加速的气流的偏转可以做到向下垂直喷射。B、导流板原理：如图5所示，导流板的作用是将气流调整为垂直向下的方向。当上下级风扇转动方向相同时，此时气流方向是非垂直向下的，如果将导流栅板偏转方向与上一级风扇转动方向相反，即可中和偏转的气流使得气流方向调整为垂直向下。当上下级风扇转动方向相反时，导流栅板偏转方向与上层风扇方向相反即可，至于下一级的风扇的偏转再由与之对应的导流板去调整气流方向，每一级导流板只是负责调整上一级风扇气流方向；当各级风扇螺距不同时，固定导板的偏转角度各不相同。二级风扇可以有二种不同转向：同向和反向，都可以，但設計方法不同，效果也有不同。第一级加速后，气流进入第二级加速，由于气流比第一级出口速度大，因此第二级要求的转速和叶片偏转角度不同，才可以再加速。C、驱动风扇原理：各级风扇各自有自身的驱动电机，各级风扇不是共轴的，各风扇有自己的转轴独立安装在涵道外壳结构上。各级风扇的转速和螺距不尽相同，当然也可以是各级相同。尤其是进口第一级和出口最后一级。因为高速气流的流动因进口、出口形状不同，需要不同设计。3、飞控导航和多元涵道风扇关系如图7框图第三行左起第1个图所示，中央计算机的飞行器平衡指令发放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，其特征在于：包括筒状的涵道外壳、布设在筒状涵道外壳底部用于改变风扇气流方向的矢量栅板、卡接在筒状涵道外壳内壁且上下间隔一定距离的2个或2个以上的各级风扇单元、布设在各级风扇单元之间和末级风扇单元与矢量栅板之间用于调整气流和保持气流方向垂直向下的导流栅；所述各级风扇单元为非共轴风扇单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，其特征在于：包括筒状的涵道外壳、布设在筒状涵道外壳底部用于改变风扇气流方向的矢量栅板、卡接在筒状涵道外壳内壁且上下间隔一定距离的2个或2个以上的各级风扇单元、布设在各级风扇单元之间和末级风扇单元与矢量栅板之间用于调整气流和保持气流方向垂直向下的导流栅；所述各级风扇单元为非共轴风扇单元。


2.根据权利要求1所述一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，其特征在于：所述非共轴风扇单元各自有自身的独立电机驱动装置，各级风扇非共轴各有自己的转轴且独立安装在涵道外壳上；各级风扇尤其是进口第一级和出口最后一级风扇的转速和螺距不尽相同，因为高速气流的流动因进口、出口形状不同，需要不同设计。


3.根据权利要求1所述一种用于垂直起降飞行器的多元涵道风扇，其特征在于：所述各级风扇单元包括风扇、布设在风扇平面下端中心处的独立电机驱动装置、固接在独立电机驱动装置周围且水平方向一端连接独立电机驱动装置、另一端连接涵道外壳内壁的若干条均匀分布的风扇固定支架；所述各级独立电机驱动装置一端连接风扇且另一端通过固定支架连接飞控系统的中央计算机...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈观清，春燕，
申请(专利权)人：沈观清，
类型：发明
国别省市：北京;11