[发明专利]一种航空无轴轮缘电驱动系统的推进/发电一体化风扇结构

说明书

本发明属于航空电推进技术领域，是一种航空无轴轮缘电驱动系统的推进/发电一体化风扇结构，主要包括双向流动扇叶(1)、扇叶锁紧环(2)和环转子(3)；采用推进/发电一体化风扇结构分布式布局在飞行器两侧，便于对推进和发电单元的合理分配。双向流动扇叶(1)叶片采用叶型插值融合的方法将典型推进叶形和发电叶形融合起来，使其具有两种叶型的特征，使风扇在牺牲少量推进效率的前提下获得发电效率的大幅提高；叶片采用纤维复合增强材料，实现叶片减重和提高叶片力学性能，满足推进/发电两种功能时对叶片的强度要求。

所属技术领域

本发明属于航空电推进技术领域，更具体地，涉及一种航空无轴轮缘电驱动系统的推进/发电一体化风扇结构。

背景技术

万米高空以上属于高空风能资源富集地区，飞行器可以利用自身高度优势通过高空发电有效提高风能利用率，并改善当前航空工业日益严重的能源短缺和空气污染问题。而对于现有的高空发电技术其装置不仅体积大，而且还存在飞行控制困难的难题，于是本发明提出一种依附于飞机，通过闲置发动机风扇进行发电的方式。

对于传统的推进器，其叶尖速度较大且距离轴的连接点较远，容易产生疲劳，降低叶片的使用寿命，不仅会增加维护成本，还会大大限制转速的提高，从而导致发动机功率的提高受限。对于无轴轮缘技术，其叶尖部分在内侧，即处于整个转子速度最小处，所承受的力和力矩也最小，而受力最大的叶根部分与转子直接相连，保障了疲劳强度，增加了风扇结构的稳定性。

当前飞行器发动机的叶片都以推进作为主要目的，发电功能考虑很少，不能满足本发明所提出的利用发动机叶片进行发电的工作方式需要。

因此本发明专利针对以上航空无轴轮缘推进与发电共同实现的问题，采用叶型插值融合的方式进行双向流动叶片设计，将适用于航空无轴轮缘高转速推进的叶片和发电效率较高的风机叶片融合起来，使叶片在能够维持高推进效率的前提下也能产生可观的发电效率。风扇结构单元以分布式型式布局在飞行器两侧或周围，便于推进和发电的同时分配，提高推进和发电时的稳定性；叶片选用硼纤维增强铝基复合材料，提高疲劳强度和安全性能。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种新的电驱动风扇结构方案解决航空无轴轮缘推进与发电功能同时兼顾的问题，提供一种利用飞行器发动机风扇在闲置时联接电动机进行发电的方法，同时提出一种叶形插值融合的叶片塑造方式，使其维持较高的推进效率的前提下也能够拥有可观的发电效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

所述风扇结构单元以分布式型式布局在飞行器的两侧或者周围，提供分布式推力，也使得飞行器整体的推进效率有所提高，增加了安全性、稳定性、经济性；同时分布式布局能够对推进和发电风扇进行合理的分配。

所述双向流动扇叶(1)通过扇叶锁紧环(2)与环转子(3)配合，便于拆卸和维护。扇叶采用翼型融合的方式进行设计，将适用于航空无轴轮缘高转速推进的叶片和发电效率较高的风机叶片插值融合起来，形成一种新的叶形。

所述双向流动扇叶(1)在高速转动的情况下，受到很大的力与力矩的作用，采用硼纤维增强铝基复合材料，提高叶片的抗拉强度和过载安全性能，其良好的高温性能和耐蚀性能，能够大大提高桨叶的疲劳强度和寿命。

优选的是，所述风扇结构依附于飞行器进行高空发电，减小了高空风力发电面临的飞行控制困难问题；采用分布式布局，将大直径风扇分解为较小直径风扇的组合，有利于提高整体的推进效率，同时能够应对单一发动机产生故障的情况，提高安全性；分布式布局使得飞行器在高空巡航所需功率较小时，采用闲置的风扇进行发电与风电能源利用，有利于推进和发电的合理分配。

优选的是，所述双向流动扇叶(1)采用叶形插值融合的方法进行设计，将适用于推进和发电的叶片特性结合起来，设计出一种新的双向流动叶形，使其不仅适用于高转速推进的情况，同时能够在巡航时产生可观的风力发电量。