一种涵道风扇及飞行器的制作方法

1.本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种涵道风扇及飞行器。


背景技术：

2.现有飞行器除火箭外，大部分是通过旋翼风扇的高速旋转运动，带动气流运动做功，产生升力，使飞行器脱离地面在空气中飞行。旋翼风扇主要有以下几种样式：直升飞机旋翼、多轴旋翼直桨、折叠桨、涵道风扇、固定翼桨叶、共轴双桨和共轴反桨。其中涵道风扇因其有着涵道且为包裹螺旋桨的方式，使得具有涵道风扇的飞行器更加安全，能够降低桨叶气动干涉使得气动效率更高，同时涵道飞行器可工作于室内、矿洞等狭小环境中，使得涵道飞行器成为人们研究的重点。
3.涵道飞行器的动力部位在涵道风扇，为了提高涵道风扇的升力，可以设计较多的桨叶、增加桨叶长度以及桨叶直径，目前的涵道风扇中心桨轮毂直径较小，不能布置过多的桨叶数量；若桨叶长度过大，在高转速离心力下桨叶容易产生形变，桨叶叶稍的形变影响了其与涵道腔体的距离，降低了涵道风扇的工作效能；若桨叶过大，则会增加桨叶的厚度和重量，增加了桨叶中间的加强肋骨加工难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种涵道风扇及飞行器，用于解决现有技术中存在的上述问题。
5.为了实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种涵道风扇，包括传动环，所述传动环转动设置在环形涵道内，传动环配设有驱动装置，传动环上设有若干桨叶，所述桨叶贯穿传动环，且桨叶的两端分别向传动环的内侧和外侧延伸。
6.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述桨叶的重心点位于传动环上。
7.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述传动环包括上环体和下环体，所述上环体和下环体之间设有传动机构，所述驱动装置与传动机构相连，驱动装置用于通过传动机构驱使上环体和下环体反向旋转。
8.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述传动机构包括主动齿轮、上传动件和下传动件，所述主动齿轮与驱动装置的输出轴相连，所述上传动件设置在上环体的底部，所述下传动件设置在下环体的顶部，主动齿轮的顶部和底部分别与上传动件和下传动件啮合。
9.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述上传动件包括上环状齿条或上环状链条，所述上环状齿条或上环状链条设置在上环体的底部并与主动齿轮相互啮合。
10.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述下传动件包括下环状齿条或下环状链条，所述下环状齿条或下环状链条设置在下环体的顶部并与主动齿轮相互啮合。
11.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述上传动件和下传动件之间设有若干呈环状布设的从动齿轮，所述从动齿轮连接有中间支撑杆。
12.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述上环体的顶部设有上限位机构，所述上限位机构与上环体转动配合；所述下环体的底部设有下限位机构，所述下限位机构与下环体转动配合。
13.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述上限位机构包括若干呈环状布设的上u型槽轴承，所述上u型槽轴承连接有上支撑杆，若干上u型槽轴承的u型槽形成与上环体适配的上限位轨道。
14.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述下限位机构包括若干呈环状布设的下u型槽轴承，所述下u型槽轴承连接有下支撑杆，若干下u型槽轴承的u型槽形成与下环体适配的下限位轨道。
15.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述上支撑杆和下支撑杆错位设置。
16.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述传动环上开设有减重孔，或者传动环的内壁和外壁均设有减重槽，且传动环内壁的减重槽和外壁的减重槽错位设置。
17.另一方面，本发明采用以下技术方案：一种飞行器，包括上述的涵道风扇，还包括机舱和动力舱，所述机舱与动力舱之间设有环形涵道，机舱和动力舱之间连接有连接骨架。
18.作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述中间支撑杆的两端分别与机舱和动力舱相连，上支撑杆的两端分别与机舱和动力舱相连，下支撑杆的两端分别与机舱和动力舱相连。
19.本发明的有益效果为：本发明提供了一种涵道风扇及飞行器，桨叶贯穿传动环，桨叶两端分别向传动环的内侧和外侧延伸，桨叶的两端为翼尖，传动环作为桨叶的支撑，因此传动环上可以布置较多的桨叶，而且能够增加桨叶的长度和直径，提高涵道风扇的推力。本发明改变了传统涵道风扇的外形结构，作为涵道风扇的一大突破，能够大大提高涵道风扇的工作效能。
附图说明
20.图1是本发明一种实施方式中飞行器的结构示意图；图2是本发明一种实施方式中传动环的结构示意图；图3是本发明一种实施方式中上环体的结构示意图。
21.图中：1-驱动装置；2-桨叶；3-上环体；4-下环体；5-主动齿轮；6-上传动件；7-下传动件；8-输出轴；9-从动齿轮；10-中间支撑杆；11-上u型槽轴承；12-上支撑杆；13-下u型槽轴承；14-下支撑杆；15-机舱；16-动力舱；17-降落伞舱；18-活动翼；19-固定翼。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
23.本实施例提供了一种涵道风扇，其主要应用于涵道飞行器中，如无人机、直升机等。如图1所示，该涵道风扇包括传动环，所述传动环转动设置在飞行器的环形涵道内，传动环配设有驱动装置1，传动环上设有均匀设有多个桨叶2，所述桨叶2贯穿传动环，且桨叶2的两端分别向传动环的内侧和外侧延伸。驱动装置1驱使传动环在环形涵道内转动，传动环的旋转可以起到陀螺稳定作用，多个桨叶2同时随着传动环一起转动，其对飞行器产生向上的推力，从而为飞行器提供飞行动力。
24.其中，桨叶2两端分别向传动环的内侧和外侧延伸距离可以设置为不同或者相同，使桨叶2的重心点接近或位于传动环上，桨叶2的两端为翼尖，传动环作为桨叶2的支撑，因此传动环上可以布置较多的桨叶2，而且能够增加桨叶2的长度和直径，提高涵道风扇的推力。本发明改变了传统涵道风扇的外形结构，作为涵道风扇的一大突破，能够大大提高涵道风扇的工作效能。
25.优选地，桨叶2两端分别向传动环的内侧和外侧延伸距离相同，使得桨叶2的重心点位于传动环上，桨叶2的结构强度大，工作效率高。
26.如图2所示，在本实施例中，所述传动环包括上环体3和下环体4，所述上环体3和下环体4之间设有传动机构，所述驱动装置1与传动机构相连，驱动装置1用于通过传动机构驱使上环体3和下环体4反向旋转。上环体3均匀设有多个桨叶2，并使该桨叶2的重心点位于上环体3上。下环体4均匀设有多个桨叶2，并使该桨叶2的重心点位于下环体4上。上环体3和下环体4均同轴设置在环形涵道内，上环体3位于下环体4的上方。上环体3及其桨叶2作为进气风扇，下环体4及其桨叶2作为加压风扇，驱动装置1通过传动机构驱使进气风扇和加压风扇同时转动，使空气进入环形涵道，并通过增加气压使空气从环形涵道底部喷射获得飞行器升力，进气风扇和加压风扇的旋转方向相反，其能够抵消对飞行器产生的扭力，维持飞行器的平衡，实现飞行器的垂直升降。
27.如图1所示，具体地，所述传动机构包括主动齿轮5、上传动件6和下传动件7，所述主动齿轮5与驱动装置1的输出轴8相连，所述上传动件6设置在上环体3的底部，所述下传动件7设置在下环体4的顶部，主动齿轮5的顶部和底部分别与上传动件6和下传动件7啮合。驱动装置1驱动主动齿轮5转动，主动齿轮5通过上传动件6和下传动件7驱使上环体3下环体4同步反向转动。其中，驱动装置1可以是电机，可以是内燃机等，便于动力设计。驱动装置1的数量一般设计为两个以上，且各个驱动装置1等间距设置，降低飞行器动力缺失风险，而且可以解决目前电动飞行器续航短、航速慢、留空时间短的问题。
28.如图2所示，作为本实施例的一种可选实施方式，所述上传动件6包括上环状齿条或上环状链条，所述上环状齿条或上环状链条设置在上环体3的底部并与主动齿轮5相互啮合。所述下传动件7包括下环状齿条或下环状链条，所述下环状齿条或下环状链条设置在下环体4的顶部并与主动齿轮5相互啮合。主动齿轮5对上环体3和下环体4均具有限位和传动的功能，还可以利用主动齿轮5对上环体3和下环体4进行减速。
29.为了提高上环体3和下环体4的转动稳定性，所述上传动件6和下传动件7之间设有多个呈环状布设的从动齿轮9，所述从动齿轮9连接有中间支撑杆10。各个从动齿轮9的顶部与上环状齿条或上环状链条相互啮合，各个从动齿轮9的底部与下环状齿条或下环状链条相互啮合。中间支撑杆10水平设置，中间支撑杆10的两端分别与飞行器的机舱15和动力舱16相连，其可以作为飞行器的部分连接骨架。
30.如图2所示，在本实施例中，所述上环体3的顶部设有上限位机构，所述上限位机构与上环体3转动配合，上限位机构对上环体3进行限位，提高上环体3的转动稳定性。具体地，所述上限位机构包括多个呈环状布设的上u型槽轴承11，所述上u型槽轴承11连接有上支撑杆12，多个上u型槽轴承11的u型槽形成与上环体3适配的上限位轨道。上环体3的顶部导圆角，上环体3的顶部与上限位轨道滑动配合。上支撑杆12水平设置，上支撑杆12的两端分别与飞行器的机舱15和动力舱16相连，其可以作为飞行器的部分连接骨架。所述下环体4的底
部设有下限位机构，所述下限位机构与下环体4转动配合。下限位机构对下环体4进行支撑限位，提高下环体4的转动稳定性。具体地，所述下限位机构包括多个呈环状布设的下u型槽轴承13，所述下u型槽轴承13连接有下支撑杆14，多个下u型槽轴承13的u型槽形成与下环体4适配的下限位轨道。下环体4的底部导圆角，下环体4的底部与下限位轨道滑动配合。下支撑杆14水平设置，下支撑杆14的两端分别与飞行器的机舱15和动力舱16相连，其可以作为飞行器的部分连接骨架。优选地，所述上支撑杆12和下支撑杆14错位设置。
31.如图3所示，其中，所述上环体3开设有减重孔，或者上环体3的内壁和外壁均设有减重槽，且上环体3内壁的减重槽和外壁的减重槽错位设置，可降低上环体3的自重，增加上环体3的强度。相应的，下环体4也可以采用该设计，下环体4开设有减重孔，或者下环体4的内壁和外壁均设有减重槽，且下环体4内壁的减重槽和外壁的减重槽错位设置，可降低下环体4的自重，增加下环体4的强度。
32.如图1所示，本实施例还提供了一种飞行器，包括上述的涵道风扇，还包括机舱15和动力舱16，所述机舱15与动力舱16之间设有环形涵道，涵道风扇的传动环设置在环形涵道中，传动环套设在机舱15外侧，动力舱16内设置驱动装置1，机舱15和动力舱16之间连接有连接骨架，确保飞行器的结构稳定性。桨叶2的两个尖端不会接触机舱15和动力舱16，降低涵道风扇的损害几率。
33.其中，所述机舱15为筒状结构，所述动力舱16为碟形结构，机舱15位于飞行器中心，其具有较大的空间，用于搭乘乘客或载物等。动力舱16设置在机舱15的外围环形区域中，用于存放电机、内燃机、油箱、动力电池组和传感器等。机舱15外壁和动力舱16内壁均设置轴承，驱动装置1的输出轴8穿过主动齿轮5并与机舱15外壁和动力舱16内壁的轴承连接。
34.所述连接骨架包括但不限于中间支撑杆10、上支撑杆12和下支撑杆14，所述中间支撑杆10的两端分别与机舱15和动力舱16相连，上支撑杆12的两端分别与机舱15和动力舱16相连，下支撑杆14的两端分别与机舱15和动力舱16相连。多个中间支撑杆10位于同一平面上，多个上支撑杆12位于同一平面上，多个下支撑杆14位于同一平面上，上支撑杆12和下支撑杆14错位设置，中间支撑杆10、上支撑杆12和下支撑杆14的结构设计可加强机舱15与动力舱16的结构稳定性，既保证了飞行器整体结构稳定，又减轻了飞行器的重量。
35.在本实施例中，所述机舱15的顶部设有降落伞舱17，所述降落伞舱17的外壁设有辅助调节装置。降落伞舱17为救生弹道，起到应急救援作用，其能够弹出降落伞使飞行器缓慢降落。辅助调节装置设置于降落伞舱17外壁，可调节环形涵道的进气口的进气流量。具体地，所述辅助调节装置包括四片活动翼18和四片固定翼19，固定翼19固定安装在降落伞舱17的外壁，活动翼18活动安装在降落伞舱17的外壁，活动翼18和固定翼19均设置在进气口上方，并靠近进气口，活动翼18和固定翼19可调节进气口的进气流量，为飞行器提供辅助转向作用。固定翼19遮挡一部分进气口，以防止降落伞在开伞时伞绳被吸入环形涵道中。
36.所述机舱15的顶部高于动力舱16的顶部，机舱15高度为动力舱16高度的1.2-1.5倍，以便驾机人可以观望周边环境。动力舱16和机舱15均为封闭结构，使得飞行器可以在水面停留。所述机舱15的底部设有伸缩起落架，方便飞行器降落，该飞行器对起降场地要求小，可以在泥土、草地、水面、舰船、屋顶、专用场地等处起降。
37.本发明的飞行器具有360度全向机动、垂直起降和水平巡航功能，而且具有结构简单紧凑，重量轻，控制简便，停放方便，安全性高，航速快的优点。与同载荷直升机比较，减少
了旋翼和机尾尺寸，提高了涵道风扇的工作效率；与同载荷多轴旋翼机比较，机体尺寸及旋翼尺寸减少50%，动力效率、航速和航程大幅度提升，而且安全性大幅提高，无裸露旋翼和坠机风险。
38.相对于现有技术，本发明具有以下优点：1、桨叶2两端分别向传动环的内侧和外侧延伸，桨叶2的两端为翼尖，传动环作为桨叶2的支撑，因此传动环上可以布置较多的桨叶2，而且能够增加桨叶2的长度和强度，提高涵道风扇的推力。本发明改变了传统涵道风扇的外形结构，作为涵道风扇的一大突破，能够大大提高涵道风扇的工作效能。
39.2、驱动装置1可以是电机、内燃机等，便于动力设计。驱动装置1的数量一般设计为两个以上，且各个驱动装置1等间距设置，降低飞行器动力缺失风险，而且可以解决目前电动飞行器续航短、航速慢、留空时间短的问题。
40.3、桨叶2的中间与传动环连接，可以大幅减小桨叶2外侧翼尖的离心力，提高桨叶强度，而且桨叶2内侧翼尖类式无轴驱动，可以提高涵道风扇的工作效率。
41.4、主动齿轮5与上环体3底部的上环状齿条或上环状链条相互啮合，主动齿轮5与下环体4底部的下环状齿条或下环状链条相互啮合，从而驱使上环体3和下环体4同步反向转动，其能够抵消飞行器产生的扭力，维持飞行器的平衡，实现飞行器的垂直升降；上环体3和下环体4高速旋转产生的离心力作用于桨叶2中间，桨叶2结构更稳定，强度更大，重量更轻，转速更高。
42.5、没有常规的桨夹、桨毂、桨盘、减速机构设计，涵道风扇的重量可以减少，结构更简单。
43.6、多个上u型槽轴承11的u型槽形成与上环体3适配的上限位轨道，多个下u型槽轴承13的u型槽形成与下环体4适配的下限位轨道，主动齿轮5和从动齿轮9均对上环体3和下环体4进行限位和传动，能够提高上环体3和下环体4的工作稳定性，增加涵道风扇的使用寿命。
44.在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种涵道风扇，其特征在于，包括传动环，所述传动环转动设置在环形涵道内，传动环配设有驱动装置（1），传动环上设有若干桨叶（2），所述桨叶（2）贯穿传动环，且桨叶（2）的两端分别向传动环的内侧和外侧延伸。2.根据权利要求1所述的涵道风扇，其特征在于，所述桨叶（2）的重心点位于传动环上。3.根据权利要求1所述的涵道风扇，其特征在于，所述传动环包括上环体（3）和下环体（4），所述上环体（3）和下环体（4）之间设有传动机构，所述驱动装置（1）与传动机构相连，驱动装置（1）用于通过传动机构驱使上环体（3）和下环体（4）反向旋转。4.根据权利要求3所述的涵道风扇，其特征在于，所述传动机构包括主动齿轮（5）、上传动件（6）和下传动件（7），所述主动齿轮（5）与驱动装置（1）的输出轴（8）相连，所述上传动件（6）设置在上环体（3）的底部，所述下传动件（7）设置在下环体（4）的顶部，主动齿轮（5）的顶部和底部分别与上传动件（6）和下传动件（7）啮合。5.根据权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于，所述上传动件（6）包括上环状齿条或上环状链条，所述上环状齿条或上环状链条设置在上环体（3）的底部并与主动齿轮（5）相互啮合；所述下传动件（7）包括下环状齿条或下环状链条，所述下环状齿条或下环状链条设置在下环体（4）的顶部并与主动齿轮（5）相互啮合。6.根据权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于，所述上传动件（6）和下传动件（7）之间设有若干呈环状布设的从动齿轮（9），所述从动齿轮（9）连接有中间支撑杆（10）。7.根据权利要求4所述的涵道风扇，其特征在于，所述上环体（3）的顶部设有上限位机构，所述上限位机构与上环体（3）转动配合；所述下环体（4）的底部设有下限位机构，所述下限位机构与下环体（4）转动配合；所述上限位机构包括若干呈环状布设的上u型槽轴承（11），所述上u型槽轴承（11）连接有上支撑杆（12），若干上u型槽轴承（11）的u型槽形成与上环体（3）适配的上限位轨道；所述下限位机构包括若干呈环状布设的下u型槽轴承（13），所述下u型槽轴承（13）连接有下支撑杆（14），若干下u型槽轴承（13）的u型槽形成与下环体（4）适配的下限位轨道；所述上支撑杆（12）和下支撑杆（14）错位设置。8.根据权利要求1所述的涵道风扇，其特征在于，所述传动环上开设有减重孔，或者传动环的内壁和外壁均设有减重槽，且传动环内壁的减重槽和外壁的减重槽错位设置。9.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的涵道风扇，还包括机舱（15）和动力舱（16），所述机舱（15）与动力舱（16）之间设有环形涵道，机舱（15）和动力舱（16）之间连接有连接骨架。10.根据权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述中间支撑杆（10）的两端分别与机舱（15）和动力舱（16）相连，上支撑杆（12）的两端分别与机舱（15）和动力舱（16）相连，下支撑杆（14）的两端分别与机舱（15）和动力舱（16）相连。

技术总结
本发明公开了一种涵道风扇及飞行器，该涵道风扇包括传动环，传动环转动设置在环形涵道内，传动环配设有驱动装置，传动环上设有若干桨叶，桨叶贯穿传动环，且桨叶的两端分别向传动环的内侧和外侧延伸。桨叶的两端为翼尖，传动环作为桨叶的支撑，因此传动环上可以布置较多的桨叶，而且能够增加桨叶的长度和强度，提高涵道风扇的推力。本发明改变了传统涵道风扇的外形结构，作为涵道风扇的一大突破，能够大大提高涵道风扇的工作效能。大提高涵道风扇的工作效能。大提高涵道风扇的工作效能。


技术研发人员：陈伟 陈慧茹
受保护的技术使用者：陈伟
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/4/18