[实用新型]一种无人机涵道风扇动力系统

说明书

本实用新型涉及一种无人机涵道风扇动力系统，包括头罩、风扇转子、定子、头锥、垫片、电机和尾锥；电机带动风扇高速旋转，风扇吸入空气并对其进行做功，使气流的总压提高和速度增大。空气进入定子后，切除气流的线速度。气流从尾部高速排出获得推力。通过优化叶片参数，总压比≥1.08倍，等熵效率≥85％。本实用新型系统推重比大、效率高和可靠性高。

技术领域

本实用新型涉及涵道风扇动力技术，特别是涉及一种涵道风扇动力系统，属于涵道风扇动力技术领域。

背景技术

涵道风扇动力系统，依靠锂电源或者直流电源驱动大功率无刷电机，无刷电机带动风扇高速旋转。风扇吸入空气并对其进行做功，使气流的总压提高和速度增大。空气进入定子后，切除气流的线速度。气流从尾部高速排出获得推力。涵道风扇动力系统具有效率高，推重比大和成本低等特点，作为动力系统已经广泛应用于无人机和直升机等领域，对飞行器的性能产生重要的影响。现有无刷电机涵道风扇通常采用直翼叶片设计，效率较低。涵道风扇未进行降噪设计，噪声非常大。因此无法满足更大起飞重量和高品质无人机设计的需求。

涵道风扇的转子、定子叶片的气动外形和降噪设计是涵道风扇动力系统设计的重要关键技术。

叶片的几何造型、叶片数量、涵道直径和转速等参数的优化设计，使其与电机的轴功率相匹配，获得更大的推力和更高的效率是涵道风扇叶片气动设计的主要技术难点。分析风扇进出口的噪声源和压力场，对进出口流道的外形和材料结构进行降噪目标优化设计是风扇气动降噪设计的主要技术难点。因此涵道风扇的气动外形优化和气动降噪设计必须依靠大型计算流体力学数值模拟软件平台和高性能计算机进行数值计算，结合计算流体力学技术、地面试验测试技术、材料技术和制造技术等才能获得性能优异的涵道风扇动力系统。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有涵道风扇动力系统的推力不足，提出了一种大功率涵道风扇动力系统，功率≥45kw，满足马赫数0.0～0.3范围的无人机动力设计需求。

本实用新型的技术解决方案是：

一种无人机涵道风扇动力系统，包括头罩、风扇转子、定子、头锥、垫片、电机和尾锥；

圆筒状的头罩内同轴安装有风扇转子、头锥和定子；风扇转子和定子连接，头锥固定在风扇转子上且与风扇转子同步转动，尾锥连接在定子后部，电机设置在定子内部，用于驱动风扇转子转动，用于缓冲减震的垫片设置在电机和定子之间；

转子叶片呈扭曲状宽弦掠型的气动外形，转子叶片的弦长沿转子叶片的径向逐渐变大，转子叶片的安装角沿转子叶片的径向逐渐变小；定子叶片呈后掠直翼气动外形，定子叶片的弦长固定，定子叶片的安装角沿定子叶片的径向逐渐变小。

进一步的，还包括呈L形的线罩，其短直臂安装在定子上，长直臂连接在头罩上，且线罩为封闭体，给电机供电的导线从头罩上设置的导线孔依次进入长直臂和短直臂，最终进入电机为电机供电。

进一步的，头罩包括转子头罩部分和定子头罩部分；风扇转子对应转子头罩部分，定子对应定子头罩部分；转子头罩部分的内壁上均匀设置有直径相同、深度相同的盲孔；定子头罩部分的后边缘为60°锯齿状；尾锥表面上均匀分布有多个条状槽。

进一步的，所述转子叶片的数量为3～20个，直径为200～500mm，转子叶片截面翼型厚度与弦长的比值为0.05～0.2，截面翼型弯度与弦长的比值为0.03～0.06。

进一步的，所述转子叶片的数量优选为16个，直径优选为300mm，转子叶片截面翼型厚度与弦长的比值优选为0.15，截面翼型弯度与弦长的比值优选为0.054。

进一步的，转子叶片轴向截面位置的弦长和安装角具体为：

转子叶片轴向截面与风扇转子的转轴之间的距离为0时，该轴向截面位置的弦长和安装角分别为68.3mm和73.3°；