[发明专利]一种唇口及扩散角可变式高效涵道

说明书

技术领域

本发明涉及一种涵道，特别涉及一种唇口及扩散角可变式高效涵道，属于螺旋桨(涵道风扇)的空气动力技术领域，特别适用于飞行器上产生推力的涵道。

背景技术

涵道螺旋桨和涵道风扇随着垂直起降飞行器的发展，近年来蓬勃发展起来，被广泛应用于诸多无人机和特种飞行器上。

目前用于产生推力或升力的涵道螺旋桨及涵道风扇(以下简称为涵道螺旋桨)用于控制力输出大小时，一般都采用改变螺旋桨的转速或者螺旋桨桨距(叶片攻角)的方式来改变力的大小，这个调整过程伴随着高速旋转的螺旋桨转动状态的改变，需要克服巨大的转动惯量的变化或者是气动力的变化，这样调整过程的响应有一定程度的延迟，对于追求精确、快速姿态控制的飞行器而言产生了一定不利影响。另外，由于涵道螺旋桨工作产生的扭矩需要被平衡抵消，才能使飞行器不发生自旋，传统控制拉力的系统在改变拉力的过程中会引起自旋扭矩的改变，所以控制具有耦合作用，会因为对拉力的控制改变而引起其他量的改变，增加了控制的难度。国外也有通过唇口处开气孔对压力进行补偿，减小唇口处负压值，从而改变唇口附加拉力的方法，不过该方法只能对原有拉力进行减弱调整，无法实现更大范围的增减调整。目前国际上也有通过等离子体发生器改变涵道内流场压力分布的方案，但因为技术复杂，不易实现，也存在一定难度，目前处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种涵道，不通过改变螺旋桨的转速或者螺旋桨桨距就可以改变力的大小。

本发明提供了一种唇口及扩散角可变式高效涵道，所述涵道采用柔性涵道壁材料，在涵道壁外侧上端和下端固定有至少一道作动筒，作动筒另一端连接在定位台架上，作动筒由电子控制单元控制。

在涵道的扩散口上方侧壁安装数值传感器，用于感知气流是否因出口扩散角增大而发生了分离，并将传感器信号反馈给电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)。

改变传统涵道内壁光滑的表面特性，使涵道内壁部分或全部区域具备凹坑形貌，以减小气流沿涵道内壁流动的摩擦阻力，以及在扩散口处延迟气流分离。

凹坑形貌为微电子机械系统(MEMS)组成的可调凹坑软贴片，所连的微电子机械系统根据传感器采集数据，利用现代控制技术，对涵道内壁微型凹坑几何特征进行实时控制，以便于实现减阻和延迟分离的最优效果。

本发明涉及的专利可应用于所有使用涵道螺旋桨或涵道风扇作为起降升力源或前进推力源的飞行器或载运工具上

有益效果

本发明所述涵道可实时调节唇口和尾部扩散角，不仅可提高涵道螺旋桨的效率，而且能够在不改变其他控制条件的情况下改变涵道拉力，提高控制的准确性，减小飞行器控制中的耦合作用。

附图说明

图1是可变式涵道的半剖结构图。

图2是可变式涵道的纵剖图。

图3是贴有可调凹坑贴片的涵道柔性壁剖视图。

图4是微电子机械系统(MEMS)可调凹坑贴片正面示意图。

其中，1为螺旋桨，2为主轴，3为涵道壁，4为定位台架，5为唇口作动筒，6为扩散口作动筒，7为螺旋桨支架，8为驱动电机，9为数值传感器，另有3_1为涵道柔性壁基底，3_2为微电子机械系统(MEMS)可调凹坑贴片，3_3为凹坑。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明的优选实施方式。

图1至图3所示为根据本发明实现的一种唇口及扩散角可变式高效涵道。涵道壁3使用的材料为具有一定强度的柔性材料，在涵道壁3外侧上端和下端分别固定有多道唇口作动筒5和扩散口作动筒6，作动筒5、6另一端连接在定位台架4上。所述柔性材料可以是橡胶或其他具有一定弹性的可形成薄壁结构的材料。所述作动筒5、6可以使用液压缸，也可以使用步进电机和丝杠，用于在控制信号下执行直线往复动作，以改变作动筒5、6两端点之间距离。作动筒5、6一端与涵道柔性材料壁面铰接，另一端与定位台架4固定连接，处于涵道径向方向，并在涵道圆周内均匀分布，一般不能少于6个，可通过增加作动筒5、6的数量来增加对涵道截面形状的精确控制，由于连接方式自由度限制，故作动筒5、6在伸长和缩短的过程中推或拉涵道柔性壁外侧的连接点，迫使涵道内壁形态发生改变，这样就可以连续的改变唇口尺寸和扩散面积比，进而影响涵道内流场分布情况，对涵道空气动力特性进行控制。