高推重比涵道风扇

1.本技术涉及一种可用于喷气推进器的涵道风扇结构，属于喷气推进器领域，尤其涉及一种高推重比的涵道风扇。


背景技术：

2.涵道风扇具有气动效率高、安全性好以及噪音低等特点，广泛应用于航空航海等领域。随着无人机应用需求的拓展，对涵道风扇的性能提出了更高的要求。提高涵道风扇的功质比、风扇桨叶的气动性能，是进一步满足高拉力、低能耗的需求的有效手段，而性能的提高对涵道风扇的结构强度要求更为严苛。如何在保证成本重量的基础上，使涵道风扇成为满足高性能、高强度、好维护的产品，是本发明解决的关键问题。
3.涵道风扇壳体轴向剖面为中空翼型，利用推进-气动耦合效应，使涵道壁可产生附加升力，提高涵道比。涵道风扇作为一个高度集成的产品，需要较好的可达性与维护性，以对内部设备结构进行维护。目前涵道壳体多为一体式，或复杂的多级滚动连接，追求外形的流畅与美观，但为涵道风扇内部结构的维护带来不便。
4.涵道风扇桨叶组件作为涵道风扇重要的动力来源，桨叶外形的优化设计使其能提供更大的拉力，同时对桨叶的连接强度要求更高。目前桨叶与桨毂之间多采用榫卯连接，并使用螺栓进行连接固定。风扇桨叶定位连接复杂，在旋转时桨叶根部应力集中，为减轻桨叶重量，桨叶多采用复合材料制造。复合材料的特性决定了其对损伤较金属更为敏感，钉孔的损伤造成纤维的不连续，更易导致应力集中，需要更大的重量代价来弥补对应的强度削弱。


技术实现要素：

5.根据本技术的一个方面，提供了一种高推重比涵道风扇，该涵道风扇具有高推重比，能够较好解决一体式涵道壳体的维护性问题，且多途径使桨叶组件可以承受更高的拉力。
6.所述高推重比涵道风扇，包括：涵道前部蒙皮、涵道后部蒙皮、支撑导叶、环形隔框、桨叶组件、整流罩、驱动系统；其中，所述涵道前部蒙皮与涵道后部蒙皮通过环形隔框连接，形成涵道主体；所述驱动系统安装在所述整流罩中，所述整流罩位于涵道的中轴上，通过支撑导叶与所述环形隔框连接；所述桨叶组件安装在整流罩前缘上。
7.本技术的涵道后部蒙皮与所述环形隔框形成可拆卸结构，便于维护电机及控制器，解决一体式涵道壳体的维护性问题。
8.进一步地，所述涵道前部蒙皮与所述环形隔框固定连接，所述涵道后部蒙皮与所述环形隔框可拆卸连接，所述支撑导叶通过耳片与所述环形隔框可拆卸连接。这样能使所述涵道后部蒙皮和所述支撑导叶可拆卸，便于维护内部结构与设备。
9.优选地，所述涵道前部蒙皮与所述环形隔框铆接。
10.优选地，所述涵道后部蒙皮的外侧与环形隔框外凸缘螺接。
11.优选地，所述支撑导叶通过耳片与所述环形隔框螺接。
12.优选地，所述涵道后部蒙皮的内侧设置加强框，能够提高蒙皮刚度。
13.优选地，所述加强框与所述涵道后部蒙皮铆接。
14.优选地，所述涵道后部蒙皮的内侧通过所述支撑导叶压紧固定，不做紧固件连接，减少连接区域打孔对复材蒙皮产生的损伤，减少紧固件重量。
15.优选地，所述涵道前部蒙皮、涵道后部蒙皮与所述支撑导叶的贴合面处做下陷处理，所述支撑导叶的外环内壁与涵道的内壁平齐，能够保证气动性能。
16.优选地，所述支撑导叶的内环外表面设有翅片，可以为所述驱动系统中的电机与控制器提供充分的散热环境，保证涵道风扇可高功率运行。翅片方向与导叶高度方向一致，避免结构干涉；翅片边缘做倒圆角处理，避免划伤安装与维护人员，提高涵道结构的安全性。
17.优选地，所述环形隔框的腹板在开孔处局部加强，提高连接强度，避免整个腹板加强导致增重。
18.优选地，腹板的后部无凸缘，减少结构重量。
19.优选地，所述开孔在所述环形隔框的腹板上呈环向均匀分布。
20.优选地，所述环形隔框的外凸缘预留不同孔径、间距的螺栓孔，用于兼容不同规格的连接件，支持单个涵道风扇运行或通过预留接口组成分布式涵道风扇运行，以便适用于不同的应用场景。
21.优选地，所述桨叶组件的桨盘平面布置在涵道蒙皮长度的40％～45％处，所述支撑导叶布置在涵道蒙皮长度的45％～50％处。
22.优选地，所述桨叶组件包括若干桨叶、外桨毂、内桨毂；其中，所述外桨毂位于所述整流罩的外部，所述内桨毂位于所述整流罩的内部，两者一体构成所述桨毂。
23.优选地，所述桨叶组件无紧固件连接，并在所述桨叶与所述外桨毂在连接处加工倒角，两者一体成型，提高了连接强度，使桨叶组件可以承受更高的拉力。
24.优选地，所述内桨毂带有一定的锥度，在所述桨叶组件与所述驱动系统装配固定时，使所述桨叶的内侧和内桨毂沿锥度面压缩，连接更加紧固。
25.优选地，所述锥度根据桨毂长度及厚度确定。
26.优选地，所述内桨毂选用金属材料，保证与转轴间的连接强度。内桨毂的外部与底部均设有榫槽，与所述桨叶榫卯连接，便于安装定位。
27.优选地，所述桨叶组件的外桨毂和桨叶选用碳纤维复材。
28.优选地，所述内桨毂与所述外桨毂之间使用碳纤维复材填充，模压成型，整个桨叶组件二次共固化成型，提高了桨毂刚度，减轻桨毂的整体重量，加强内侧桨叶与内桨毂之间的连接，减小桨叶振动以避免相互划伤。
29.优选地，所述桨叶的内部可添加刚性泡沫或蜂窝。
30.优选地，所述刚性泡沫或蜂窝在制造中先加工骨架，在所述骨架上进行预浸料铺贴。
31.进一步地，所述驱动系统包括电机，所述驱动系统的前端设置有转轴，所述转轴沿涵道的中轴伸入所述整流罩前缘的内部，与所述桨叶组件的内桨毂连接，在所述电机的驱动下带动所述桨叶组件旋转。
32.本技术能产生的有益效果包括：
33.(1)本技术所述高推重比涵道风扇的桨叶可以提供不受限于桨叶根部连接强度的更大拉力；
34.(2)通过设置翅片，为高功率电机提供充足的散热环境；
35.(3)本技术中环形隔框的连接设计，提高了产品的维护性与兼容性，实现了涵道风扇产品的多模块集成，性能高、易维护，且适用广泛。
附图说明
36.图1为本技术一种实施方式中高推重比涵道风扇整体布局图；
37.图2为本技术一种实施方式中高推重比涵道风扇的蒙皮、支撑导叶和环形隔框结构关系图；
38.图3为本技术一种实施方式中高推重比涵道风扇环形隔框和外接接头结构关系图；
39.图4为本技术一种实施方式中高推重比涵道风扇的桨叶榫卯连接关系图。
40.部件和附图标记列表：1-涵道前部蒙皮、2-涵道后部蒙皮、3-支撑导叶、4-环形隔框、5-桨叶、6-内桨毂、7-外桨毂、8-前缘整流罩、9-后缘整流罩、10-电机及控制器、11-外接接头。
具体实施方式
41.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
42.请参见图1-4，其示出了本技术所述的一种高推重比涵道风扇，包括：涵道前部蒙皮1、涵道后部蒙皮2、支撑导叶3、环形隔框4、桨叶组件、整流罩、驱动系统。
43.所述涵道前部蒙皮1与涵道后部蒙皮2通过环形隔框4连接，形成涵道主体，其中，所述涵道前部蒙皮1与环形隔框4使用铆钉连接，涵道后部蒙皮2与环形隔框4使用螺钉连接。支撑导叶3通过耳片与环形隔框4螺接，使涵道后部蒙皮2和支撑导叶3可拆卸，便于维护内部结构与设备。
44.涵道前部蒙皮1、涵道后部蒙皮2与支撑导叶3外环贴合面做下陷处理，所述支撑导叶3的外环内壁与涵道的内壁平齐，保持内壁面平整，以保证气动性能。
45.如图3所示，环形隔框4的外凸缘上预留有多组环向均匀分布的螺栓孔，用于固定外接接头11。所述外接接头，用于连接到其他结构上，包括但不限于图3所示的形式。根据应用场景需要，可选择每组螺栓孔的孔径、间距，以兼容不同形式的外接接头，从而支持单个涵道风扇运行或通过预留的外接接头组成分布式涵道风扇运行。
46.环形隔框4的腹板在预留螺栓孔处局部加强，提高连接强度，避免整个腹板加强导致增重；腹板后部无凸缘，减少结构重量。
47.涵道后部蒙皮2的外侧与环形隔框4的外凸缘螺接，所述涵道后部蒙皮2的内侧通过支撑导叶压紧固定，不做紧固件连接，减少连接区域打孔对复材蒙皮产生的损伤，减少紧固件重量；涵道后部蒙皮2的内侧设有加强框，与所述涵道后部蒙皮铆接，提高蒙皮刚度。
48.所述支撑导叶布置在导叶内环前端，涵道蒙皮长度的约45％～50％处。支撑导叶3的内环上分布有翅片，使得电机与控制器具备充分的散热环境，保证涵道风扇可高功率运行。翅片方向与导叶高度方向一致，避免结构干涉；翅片边缘做倒圆角处理，避免划伤安装
与维护人员，提高涵道结构的安全性。
49.所述桨叶组件安装在整流罩前缘上，其桨盘平面布置在涵道蒙皮长度的约40％～45％处，能够提供高气动效率。所述桨叶组件包括桨叶5、内桨毂6、外桨毂7。
50.桨叶5与外桨毂7一体成型，与内桨毂6榫卯连接；内桨毂6和外桨毂7之间使用碳纤维复材填充，模压成型。所述外桨毂7和桨叶5选用碳纤维复材，两者一体成型，并在连接处加工倒角，无紧固件连接，提高连接强度，使桨叶组件可以承受更高的拉力。所述桨叶5的内部可添加刚性泡沫或蜂窝，所述刚性泡沫或蜂窝在制造中先加工骨架，在所述骨架上进行预浸料铺贴。
51.所述内桨毂6选用金属材料，保证与转轴间的连接强度。内桨毂6的外部与底部均设有榫槽，与桨叶5榫卯连接，便于安装定位。内桨毂带有一定的锥度，可根据桨毂长度及厚度确定。在桨叶组件与驱动系统装配固定时，可以使桨叶5的内侧和内桨毂沿锥度面压缩，使连接更加紧固。
52.所述桨叶组件的内桨毂6和外桨毂7间使用碳纤维复材填充，模压成型，提高桨毂刚度，减轻整体桨毂重量，加强桨叶5的内侧与内桨毂之间的连接，减小桨叶5的振动以避免相互划伤。
53.所述整流罩位于涵道的中轴上，包括前缘整流罩8、后缘整流罩9，均与支撑导叶3的内环螺接。所述驱动系统包括电机及控制器10。电机及控制器10安装在支撑导叶3的内环中，电机端伸出转轴与内桨毂6连接，驱动桨叶组件旋转，使用自锁螺母对桨叶组件进行限位。
54.以上所述，仅是本技术的实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。例如，在上述实施方式中，涵道前部蒙皮和涵道后部蒙皮的分离面的位置、桨叶5与支撑导叶3的位置，涵道壳体剖面形状可被替换。本技术可应用于垂直起降飞行器。

技术特征：
1.一种高推重比涵道风扇，其特征在于，包括：涵道前部蒙皮、涵道后部蒙皮、支撑导叶、环形隔框、桨叶组件、整流罩、驱动系统；其中，所述涵道前部蒙皮与涵道后部蒙皮通过环形隔框连接，形成涵道主体；所述驱动系统安装在所述整流罩中，所述整流罩位于涵道的中轴上，通过支撑导叶与所述环形隔框连接；所述桨叶组件安装在整流罩前缘上。2.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述涵道前部蒙皮与所述环形隔框固定连接，所述涵道后部蒙皮与所述环形隔框可拆卸连接，所述支撑导叶通过耳片与所述环形隔框可拆卸连接；优选地，所述涵道后部蒙皮的内侧设置加强框；优选地，所述涵道后部蒙皮的内侧通过所述支撑导叶压紧固定。3.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述涵道前部蒙皮、涵道后部蒙皮与所述支撑导叶的贴合面处做下陷处理，所述支撑导叶的外环内壁与涵道的内壁平齐。4.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述支撑导叶的内环外表面设有翅片。5.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述环形隔框的腹板在开孔处局部加强；优选地，所述腹板的后部无凸缘；优选地，所述开孔在所述环形隔框的腹板上呈环向均匀分布；优选地，所述环形隔框的外凸缘预留不同孔径、间距的螺栓孔，用于兼容不同规格的连接件，支持单个涵道风扇运行或通过预留接口组成分布式涵道风扇运行。6.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述桨叶组件的桨盘平面布置在涵道蒙皮长度的40％～45％处，所述支撑导叶布置在涵道蒙皮长度的45％～50％处。7.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述桨叶组件包括若干桨叶、外桨毂、内桨毂；其中，所述外桨毂位于所述整流罩的外部，所述内桨毂位于所述整流罩的内部，两者一体构成所述桨毂；优选地，所述桨叶与所述外桨毂在连接处加工倒角，两者一体成型。8.根据权利要求7所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述内桨毂带有一定的锥度，在所述桨叶组件与所述驱动系统装配固定时，使桨叶的内侧和内桨毂沿锥度面压缩；优选地，所述锥度根据桨毂长度及厚度确定。9.根据权利要求7所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述内桨毂与所述外桨毂之间使用碳纤维复材填充，模压成型；优选地，所述桨叶的内部添加刚性泡沫或蜂窝；优选地，所述刚性泡沫或蜂窝在制造中先加工骨架，在所述骨架上进行预浸料铺贴。10.根据权利要求1所述的高推重比涵道风扇，其特征在于，所述驱动系统包括电机，所述驱动系统的前端设置有转轴，所述转轴沿涵道的中轴伸入所述整流罩前缘的内部，与所述桨叶组件的内桨毂连接，在所述电机的驱动下带动所述桨叶组件旋转。

技术总结
本申请公开了一种高推重比涵道风扇，包括：涵道前部蒙皮、涵道后部蒙皮、支撑导叶、环形隔框、桨叶组件、整流罩、驱动系统；其中，所述涵道前部蒙皮与涵道后部蒙皮通过环形隔框连接，形成涵道主体；所述驱动系统安装在所述整流罩中，所述整流罩位于涵道的中轴上，通过支撑导叶与所述环形隔框连接；所述桨叶组件安装在整流罩前缘上。本申请的涵道风扇具有高推重比，且桨叶组件可以承受更高的拉力，性能高、易维护，适用于多种应用场景。适用于多种应用场景。适用于多种应用场景。


技术研发人员：陈新民 陆佳南 徐茂 熊俊辉 俞浪 胡文晓
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/5/30