[发明专利]垂直起降的高速飞行器用的可倾转轮缘涵道推进装置

说明书

本发明公开了可垂直起降的高速飞行器用的倾转轮缘涵道推进装置，包括盘式可倾转涵道推进结构，C形固定涵道推进结构，飞行姿态调整装置，轮缘驱动电机及集成风扇。本发明利用盘式可倾转涵道推进结构和C形固定涵道推进结构可以实现多级串联，提高了涵道的风扇压力比，满足高速飞行的推力需求。在垂直起降过程中，利用双涵道结构提高向下推力的稳定，同时C形固定涵道推进结构的推力可以利用盘式可倾转涵道推进结构也转换成向下的推力。在垂直起降转换平飞姿态时，通过C形涵道上下挡板的调节和对4个涵道轮缘推进电机不同的控制，可以增强飞行器自身姿态的平衡能力，极大的增强了安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及轮缘涵道推进装置，尤其涉及垂直起降的高速飞行器用的可倾转轮缘涵道推进装置。

背景技术

随着电推进技术的发展，许多垂直起降飞行器和飞行汽车的垂直起降方式都是推力固定朝下的升力风扇，例如丰田的SD-03飞行汽车，这种设计难以满足飞行器高速飞行的需求，而且升力风扇桨叶过大，所占空间较大，也易受到外界影响，对人员安全性和设备安全性都难以保证。

传统的可倾转旋翼采用轴驱电机驱动风扇，通过旋转轴驱电机及其风扇而实现垂直起降和平飞的姿态切换，或者是只旋转传动机构和风扇来改变推力方向，因此风扇多选择为无涵道大叶径的自由扇叶，例如美军未来直升机计划中的V-280。但传统可倾转旋翼在飞行姿态转换时比较困难，容易失事，安全性能低，而且对于电推进载人飞行器，保留传统的动力布局和大旋翼设计难以通过电机驱动而实现。

如贝尔Nexus公司的飞行汽车，采用了六个独立的可倾转的轴驱涵道布局，因为电机在涵道内会影响气动性能，垂直起降用的轴驱涵道很少会设计成高转速小内径的涵道；然而大叶径的涵道不适合高速飞行，并且整体结构所占空间大，而且独立的可倾转涵道在飞行姿态转换时比较困难，容易失事，安全性能低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，本发明提出一种垂直起降的高速飞行器用的可倾转轮缘涵道推进装置，简化倾转推进结构的同时，利用涵道轮缘电机无轴驱动且轴向较短的特征，实现多级多方向的对转推进效果，保留倾转推进飞行器的气动机动性能的同时，不仅增强了推进器的垂直方向的升力，也增强飞行器平飞速度的上限。该推进器即适合垂直起降，也适合高速飞行，而且结构简单，飞行姿态转换容易，安全性高。装置总体体积小，装配简单，适配性高，有很广的应用前景。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

可垂直起降的高速飞行器用的倾转轮缘涵道推进装置，两台或者四台分别安装在飞行器两侧或四周，包括盘式可倾转涵道推进结构，C形固定涵道推进结构，飞行姿态转换装置，轮缘驱动电机，推力风扇。飞行姿态转换装置置于飞行器机体内，盘式可倾转涵道推进结构和C形固定涵道推进结构紧紧贴近机身。

按照上述方案进一步地，盘式可倾转涵道推进结构主体形状为底面竖直的圆柱体外壳，圆柱体侧面竖直排列着两个内径相等的涵道通孔。涵道通孔的轴向中点位置有环形槽。上下涵道通孔之间的盘式涵道外壳中有加固结构以提升整体结构强度。

进一步地，加固结构包括盘式可倾转涵道推进结构的圆心中心处的钛合金支柱，以及支柱外侧圆周分布的多个钛合金中空支柱，这些支柱在盘式外壳两侧有加固片，将支柱和盘式外壳以及一侧的转动齿轮结构固定。支柱间可设有网状加固结构。环形槽外侧有加固棱和支柱相连。

进一步地，两台轮缘驱动电机分别安装在各自涵道通孔轴向中点处的环状槽内，轮缘电机的定子和盘式涵道结构相固定，轮缘电机的转子和推力风扇集成到一起，随盘式涵道结构倾转而倾转。上下两台电机的走线是通过中心支柱周围的支柱引出。减少因扭转而造成的导线用量增多。

进一步地，C形固定涵道推进结构主体形状为一侧竖直面一侧是圆弧凹槽面的C形外壳，并竖直排列着两个内径相等的涵道通孔。两个涵道通孔的内径及相对位置和盘式可倾转涵道推进结构的涵道通孔内径与位置相同。涵道通孔轴向上设有环形槽。C形固定涵道推进结构是固定的，不可倾转的。