[发明专利]一种航空用的多级串联式轮缘驱动涵道推进器

说明书

本发明公开了一种航空用的多级串联式轮缘驱动涵道推进器，涉及航空电推进及轮缘电机的技术领域。轮缘电机的结构包括：环形定子磁芯，环形转子磁芯，永磁体或鼠笼型导条(和电机种类相关)，多电机串联式共定子绕组，转子加固结构。本发明的涵道推进器可以有效改善电推进飞机在高速飞行下涵道推力不足和功率上限较小的问题。通过多台轮缘电机级联的方式提高推进器整体推重比和风扇压力比，不仅突破了一台电机驱动的传统涵道推进器和两台电机组成的共轴反桨结构的电机数量限制，而且也解决了大功率涵道推进器电机体积大难以安装支撑以及会影响涵道气动性能的问题。

技术领域

本发明涉及航空电推进技术领域，具体涉及一种航空用的多级串联式轮缘驱动涵道推进器。

背景技术

随着电推进技术的发展，所需的电推进功率越来越大，所需的电机体积越来越大。传统涵道结构会因为电机体积增大从而影响气动性能，不能采用电机直驱风扇的方式，多采用高速电机加减速器匹配大桨径风扇的设计，而这种低速大桨结构不适合高速平飞的大功率推进作用。

共轴对转式涵道推进器，采用了两个电机驱动，但是对功率的增加效果有限，而且因为两个电机相对放置的结构，对涵道的气动影响很大，也不适合高速飞行的推进需求。

分布式电推进方式将大功率电机转换成多个小功率电机，但是相应的电机控制器数量更多，控制更困难，飞机的气动布局也需要相互耦合设计。

因此急需一种大功率高效率，适用性强的航空电力推进器。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种多级串联式轮缘驱动涵道推进器，该推进器结构合理，控制难度低，装配简单，重量轻，适配性高，适用于航空领域的大功率高速平飞推进。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种航空用的多级串联式轮缘驱动涵道推进器，设置在飞行器或飞机的机翼和机身交界处或者尾部区域，由涵道导管、多级串联的轮缘电机及内置风扇、电机转子及风扇的限位支撑结构和涵道中心非旋转的加固轴组成。其中，多级轮缘电机串联式结构的最小单元组合结构分别为三台电机串联的三级轮缘涵道推进器和两台电机串联的对转式轮缘涵道推进器。

按照上述方案进一步地，各级轮缘电机的定子和转子都布置在涵道导管内部，转子和叶片围带集成并被防护套加固，叶片围带和内置风扇桨叶叶尖相连接；各级轮缘电机的内置风扇中心处于同一轴线；各级轮缘电机的内径从大到小依次排列，即前后风扇的桨径不同，前级风扇内径最大，后级风扇内径最小，涵道内径相应变化；风扇桨叶越靠近叶片围带的部分桨叶越宽剖面越大，越靠近轴心叶剖面越小，更契合轮缘驱动方式，可以提供更大的推力。

进一步地，多级轮缘电机串联需要考虑推进器整体重量和轴向长度的限制，各轮缘电机的定子绕组采用串联方式，即前一个电机的A相绕组在穿过A+定子槽之后不形成端部绕组结构回到A-槽，而是通过后续的轮缘电机定子槽直到最后一个轮缘电机再形成端部绕组返回，B相和C相绕组同样按照上述的方式绕制。在串联过程绕组导线可以分路和并联，从而满足各级电机的绕组绕制和额定工作电流。各级电机的每相安匝数为相同值。

进一步地，控制器的直流母线电压需大于各级电机反电势之和。

进一步地，为避免电机结构影响涵道内的气动性能，定子和转子以及叶片围带完全埋在涵道导管内部；涵道导管外表面内部和定子铁芯贴合。定子绕组端部贴合涵道导管内壁，即电机定子与转子气隙侧涵道壁。

进一步地，转子的防护套选择导热性较好的合金材料，防护套在转子轴向两侧压紧转子，整体都卡在叶片围带上的凹槽里。叶片围带采用钛合金材料。

进一步地，电机气隙从转子防护套外侧延长到定子绕组端部对应位置的涵道内壁处，形成辅助散热风道。