一种涵道推进器及无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机技术领域，特别是一种基于涵道螺旋桨实现的涵道推进器。


背景技术：

2.近年来，随着无人机以其小巧的结构、方便操纵的优势而发展迅速的同时，消费者对无人机的要求也越来越高，例如在复杂环境中执行飞行任务等等。其中，采用涵道螺旋桨的无人机因其具有垂直起降和悬停的飞行特性、涵道本体自身的附加拉力效果以及环扩安全性等优点而被广为人知，此类无人机被称为涵道式无人机，其在结构尺寸、隐蔽性和飞行性能上都具有独特的优势。
3.涵道式无人机中，涵道螺旋桨作为一种先进推进器，比开放式桨叶在同等的面积下能达到更大的推力。在理论上，涵道式推进器能比同样尺寸的开放桨叶提高40％以上(√2,约等于1.4142)的效率：其开放桨p
open
与涵道桨p
ducted
的功率为：则开放桨叶与涵道桨的效率比为
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但在实践中，涵道的效率无法逼近理论极限，因为理论值的计算时假设了桨叶与涵道的距离趋向于零，只要减小叶尖与涵道内壁的距离则能提高涵道推进器的推进效率。而实际工程中，由于加工精度，环境温度等因素，要缩小涵道壁与桨叶的间隙非常难以实现。


技术实现要素：

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在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007]
为解决上述技术问题，本发明提供一种涵道推进器，通过在涵道内部挖出内槽，使得涵道与螺旋桨之间产生额外的避空区域，经过反复试验，能有效保持涵道的推进效率，也大大降低了设计和生产的难度。
[0008]
根据本发明的一方面，提供一种涵道推进器，包括涵道本体和螺旋桨，所述涵道本体装配于无人机上且具有贯通上表面和下表面的涵道腔，所述螺旋桨装配且收容于涵道腔内，螺旋桨旋转带动气流在涵道腔内运动从而产生推力；所述螺旋桨包括桨毂和多个桨叶，多个桨叶的根部与桨毂相连；其中，所述涵道腔的内壁沿周向设有一圈避空槽，所述避空槽设置在桨叶外沿的旋转轨迹上，且所述桨叶的外沿伸入所述避空槽旋转运动。
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进一步的，所述桨叶一体成型设置于桨毂上，所述桨叶具有根部、中部和外沿，所
述桨叶的根部相对桨毂的中心轴线倾斜呈一定角度设置，每个所述桨叶的中部朝同一方向沿根部向外沿逐渐扭转，这样，扭转的桨叶可形成气流差进一步提高推动力。进一步的，所述桨叶的外沿相对避空槽的中心轴线倾斜呈一定角度设置，可进一步提高桨叶旋转时的推动力。
[0010]
进一步的，所述螺旋桨包括桨毂和两个桨叶，两个桨叶与桨毂轴向垂直固定设置，且两个桨叶分别设置于桨毂两侧从而形成一字型桨叶。
[0011]
为提高桨叶运动的流畅性，更进一步的，所述一字型桨叶一体成型。
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为进一步提高空气的流通性，所述桨毂为上下端贯通的中空圆盘状，中空圆盘状的中心可设置多个用于安装的轴承。
[0013]
进一步的，该涵道推进器还包括与所述桨毂相连的固定座，所述固定座与无人机的机体相连接。
[0014]
此外，涵道推进器还包括与螺旋桨传动连接的动力件，以驱动螺旋桨旋转，因其为现有技术，这里不再赘述。
[0015]
根据本发明的另一方面，提供一种无人机，其包括上述涵道推进器。
[0016]
本技术通过在涵道腔的内壁开设一圈避空槽，使桨叶与涵道的距离等于零，从而使得涵道的效率逼近理论极限，大大提高了涵道推进器的推进效率。
附图说明
[0017]
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附
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图中：
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图1为本发明的涵道推进器的剖面图；
[0020]
图2为本发明的涵道推进器的俯视图；
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图3为图2中的a处放大图；
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图4为本发明的涵道推进器的避空槽位置示意图；
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图5为本发明实施例的验证试验结果示意图。
具体实施方式
[0024]
下面将参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0025]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也
可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0026]
参见图1-图4，本发明实施例的一种涵道推进器，包括涵道本体2和螺旋桨3，涵道本体2装配于无人机1上且具有贯通上表面和下表面的涵道腔，螺旋桨3装配且收容于涵道腔内，螺旋桨3旋转带动气流在涵道腔内运动从而产生推力；涵道本体2具有内壁21和外壁22，螺旋桨3包括桨毂31和多个桨叶32，多个桨叶32的根部与桨毂31相连；其中，涵道腔的内壁沿周向设有一圈避空槽4，避空槽设置在桨叶32外沿的旋转轨迹5上，且桨叶32的外沿伸入避空槽旋转运动。本技术人经过大胆的理论分析以及实践，发现在涵道腔的内壁开设一圈避空槽，使桨叶32与涵道的距离等于零，从而使得涵道的效率逼近理论极限，大大提高了涵道推进器的推进效率。
[0027]
桨叶32一体成型设置于桨毂31上，桨叶32具有根部、中部和外沿，桨叶32的根部相对桨毂31的中心轴线倾斜呈一定角度设置，每个桨叶32的中部朝同一方向沿根部向外沿逐渐扭转，这样，扭转的桨叶32可形成气流差进一步提高推动力。桨叶32的外沿相对避空槽的中心轴线倾斜呈一定角度设置，可进一步提高桨叶32旋转时的推动力。
[0028]
本实施例中，螺旋桨3包括桨毂31和两个桨叶32，两个桨叶32与桨毂31轴向垂直固定设置，且两个桨叶32分别设置于桨毂31两侧从而形成一字型桨叶32。为提高桨叶32运动的流畅性，一字型桨叶32一体成型。
[0029]
为进一步提高空气的流通性，参见图2，桨毂31为上下端贯通的中空圆盘状，中空圆盘状的中心可设置多个用于安装的轴承。
[0030]
参见图2和图3，避空槽位于涵道与螺旋桨3剖面重叠相交位置。其中，经过大量的实验发现，避空槽的厚度约为螺旋桨3的桨叶桨毂最大厚度的1.5～2.0倍，且避空槽的深度在3～6毫米时，效果最佳，通过该尺寸的避空槽的设置，使得涵道内的避空槽槽与螺旋桨之间产生额外的避空区域，能有效保持涵道的推进效率。
[0031]
该涵道推进器还包括与桨毂31相连的固定座，固定座与无人机1的机体相连接。此外，涵道推进器还包括与螺旋桨3传动连接的动力件，以驱动螺旋桨3旋转，因其为现有技术，这里不再赘述。
[0032]
本发明的涵道推进器在涵道内部挖出内槽，使得涵道与螺旋桨之间产生额外的避空区域，经过反复试验，能有效保持涵道的推进效率，也大大降低了设计和生产的难度。在本设计中，参见图2的涵道飞机的俯视图，螺旋桨3的外沿旋转轨迹5可以大于涵道内部直径，而避空槽直径则在涵道外直径与内直径之间。
[0033]
现有技术中为解决桨尖间隙的存在，有在涵道推进器在涵道内设置环形胶条，该技术虽然在一定程度上降低了桨尖间隙而导致桨尖处产生较强的涡流，但是其需要制备对应尺寸的环形胶条，且需要将环形胶条固定在涵道推进器在涵道内，同时还要保证螺旋桨在高速旋转的同时不会使环形胶条脱落，因此导致该制作工艺复杂，在实际应用中具有较低的实用性。而本发明通过上述方案，其只需要简单的设置避空槽，不仅大大降低了设计和生产的难度，还在保持涵道风扇效率的前提下提高了整体制造的容错性，从而降低了加工精度和材料的要求，具有很好的实用性。
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本实施例还进行了验证试验：试验通过测试两个相同尺寸(16英寸)，其中一个带
双边10毫米避空槽，另外一个不带避空槽，并且对比两个涵道的推力来判断避空槽对气动效率的影响，其验证结果参见图5所示。图5中，横坐标为转速rpm，纵坐标为涵道拉力/kg，本发明设置了避空槽，螺旋桨的桨叶的端部伸入避空槽内，使其与涵道内壁没有缝隙，避免螺旋桨在高速旋转时桨叶与涵道内壁的桨尖泄流效应，从而很好的提升了拉力，由图5可知，当转速越大，涵道拉力提升的也越大。
[0035]
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
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尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种涵道推进器，其特征在于：包括涵道本体和螺旋桨，所述涵道本体装配于无人机上且具有贯通上表面和下表面的涵道腔，所述螺旋桨装配且收容于涵道腔内，螺旋桨旋转带动气流在涵道腔内运动从而产生推力；所述螺旋桨包括桨毂和多个桨叶，多个桨叶的根部与桨毂相连；其中，所述涵道腔的内壁沿周向设有一圈避空槽，所述避空槽设置在桨叶外沿的旋转轨迹上，且所述桨叶的外沿伸入所述避空槽旋转运动。2.根据权利要求1所述的涵道推进器，其特征在于：所述桨叶一体成型设置于桨毂上，所述桨叶具有根部、中部和外沿，所述桨叶的根部相对桨毂的中心轴线倾斜呈一定角度设置，每个所述桨叶的中部朝同一方向沿根部向外沿逐渐扭转。3.根据权利要求1所述的涵道推进器，其特征在于：所述桨叶的外沿相对避空槽的中心轴线倾斜呈一定角度设置。4.根据权利要求1所述的涵道推进器，其特征在于：所述螺旋桨包括桨毂和两个桨叶，两个桨叶与桨毂轴向垂直固定设置，且两个桨叶分别设置于桨毂两侧从而形成一字型桨叶。5.根据权利要求1所述的涵道推进器，其特征在于：所述一字型桨叶一体成型。为进一步提高空气的流通性，所述桨毂为上下端贯通的中空圆盘状。6.根据权利要求1所述的涵道推进器，其特征在于：该涵道推进器还包括与所述桨毂相连的固定座，所述固定座与无人机的机体相连接。7.一种无人机，其特征在于：包括权利要求1-6任一所述的涵道推进器。

技术总结
本发明提供一种涵道推进器及无人机，涵道推进器包括涵道本体和螺旋桨，所述涵道本体装配于无人机上且具有贯通上表面和下表面的涵道腔，所述螺旋桨装配且收容于涵道腔内，螺旋桨旋转带动气流在涵道腔内运动从而产生推力；所述螺旋桨包括桨毂和多个桨叶，多个桨叶的根部与桨毂相连；其中，所述涵道腔的内壁沿周向设有一圈避空槽，所述避空槽设置在桨叶外沿的旋转轨迹上，且所述桨叶的外沿伸入所述避空槽旋转运动。本申请通过在涵道腔的内壁开设一圈避空槽，使桨叶与涵道的距离等于零，从而使得涵道的效率逼近理论极限，大大提高了涵道推进器的推进效率。器的推进效率。器的推进效率。


技术研发人员：张凯帆 凌济林
受保护的技术使用者：深圳市千帆智能航空有限公司
技术研发日：2022.11.07
技术公布日：2023/4/17