[发明专利]一种大流量高空轴流风机

说明书

本发明公开了一种大流量高空轴流风机，涉及平流层飞艇领域，包括同轴间隙排布的内管和外管；所述内管的安装端转动安装有叶轮，内管的延伸端安装有流线罩，且流线罩呈半球形；所述外管的延伸端固定安装有唇沿，且唇沿呈流线型外翻状。本发明采用流线型外翻状的唇沿，从而使唇沿、外管、流线罩共同形成一个良好的集流器，为叶轮提供均匀的入流条件，使得流动在流入风机的过程之中无分离损失，最终使风机整体工作的效率提高10％～15％。风机叶轮经过气动‑结构多轮设计，形成了实度近似为1，叶片梢部弦长大而根部弦长小的独特叶片形状，风机叶轮在高空工况具有大流量特点、同时安全性经济性良好。

技术领域

本发明涉及平流层飞艇领域，具体而言，涉及一种大流量高空轴流风机。

背景技术

飞艇已经经历了长达一百多年的发展，经历了兴起、繁荣、衰退。近年来航空发达国家，对飞艇在军民领域中的作用进行重新深入评估后，开始重视并重新设计、制造和使用飞艇。其中，平流层(海拔20Km)飞艇在地面观测、空中预警、通信等方面有广阔的应用前景。在平流层飞艇的设计中，整个艇被分成很多个气囊，每个气囊都有一套压力控制装置，用于控制囊体的内部压力。飞艇通过压力控制系统进行外形保持、升力控制和俯仰控制。

飞艇中的风机是整个控制系统中关键的一个环节，控制系统利用风机对气囊进行充气、放气，实现对飞艇状态的控制；因此，风机的性能直接关系到飞艇的长时间悬浮、快速上浮下降、机动性能等。然而在高空中，大气密度只有海平面的1/14，风机本身就很难达到较大的流量与压差，风机效率也难以提升；同时，高空飞艇多是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，太阳辐射强度较弱，光伏电池的光电转化率也较低，导致高空飞艇能源紧张，对各个系统的效率要求都很高。因此，风机不仅工作环境苛刻，同时能源供给十分有限，高效率的风机有利于飞艇有效减少太阳能电池和储能电池的重量，降低飞艇制造难度并实现超长航时滞空。

风机叶轮是风机最核心的部件，直接决定了风机的工作性能。风机叶轮的雷诺数是空气动力学上衡量其工作状态的相似参数，与大气密度成正比。风机性能随雷诺数的减小而降低，在海平面性能良好的常规风机在高空环境中往往表现出较差的工作状态。

风机的进口条件直接影响其效率，进气速度场越均匀，则风机的效率越高。目前用于风机的集流装置均为直线型、圆弧型、锥型等，其形状是简单的曲线，如直线、圆弧等，这些简单的集流装置在风机正常运行过程中，容易在集流装置进口处形成较大的涡流区，并不完全符合空气动力学特性。

综上所述，设计针对特殊的高空环境的大流量风机叶轮及风机进口集流装置，对于提高风机性能及效率，进而提高临近空间飞艇的控制性能及长时滞空有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大流量高空轴流风机，以解决上述问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种大流量高空轴流风机，包括同轴间隙排布的内管和外管；所述内管的安装端转动安装有叶轮，内管的延伸端安装有流线罩，且流线罩呈半球形；所述外管的延伸端固定安装有唇沿，且唇沿呈流线型外翻状。

进一步的，所述流线罩位于唇沿内，且流线罩的半径小于唇沿的轴线长度。

进一步的，所述唇沿的分段三次样条轴向长度为X，唇沿的分段三次样条径向长度为Y，外管的半径为R，即唇沿的轴向坐标为Axis＝Y+R，唇沿的径向坐标为Radius＝0.645*X*R。

进一步的，所述分段三次样条的形式为：

Segment1:S＝0～0.111111时，X＝0+3.667*S+0*S²-40.24*S³，Y＝0+13.12*S+0*S²+22.31*S³；