专利名称：多级式强力风扇和可垂直起降飞机的制作方法
技术领域：
本发明专利申请涉及的是风扇技术改进和应用改进后的风扇实现垂直起降的飞 机。
背景技术：
使只能水平滑行起飞的飞机具备理想的垂直起降功能，是人们在拥有直升机和飞 机后的最大梦想。早先出现的可垂直起降的飞机较为典型的有出自于英国的鹞式飞机和俄 罗斯的雅克38/41飞机机型。英国鹞式飞机采用专用喷气发动机和可转向喷管结构，俄罗 斯的雅克38/41采用的是专用的升力喷气发动机。发动机高速喷气工作，由喷气推力来对 抗飞机的重力实现垂直起降，此类飞机面临载重量不足、作战半径太短、结构较为复杂、安 全性能低的主要问题，要克服飞机自重及其静止惯性使飞机悬飞，需要强动力型发动机，随 之是大量燃油消耗，在实际应用中也难以满足垂直起飞的快速性要求；飞机要想得到强大 的反向推升力，其发动机就需产生高速喷气气流，由此而产生强噪声，喷出的高温气流严重 烧蚀周围环境，使起降环境受极大限制，反馈气流也会影响发动机工作，飞机的安全性难以 保证；沉重的喷气发动机成为飞机不可小视的负担之一。所以利用喷气动力方式让飞机实 现垂直起降，这一技术手段面临改进技术的取代。相对于英国的鹞式和俄罗斯的雅克，美国F-35B飞机在技术上呈现一定的进步。 它的垂直动力系统包括一组升力风扇和一台喷管可垂直转向的主发动机共同构成。升力风 扇设置于飞行座舱后部的封闭空间中，空间上部设置自动对开门，在垂直升降过程中，主发 动机喷口 90°下转，与升力风扇共同工作，两者综合的垂直上升动力约16吨，可保证总重 14吨飞机垂直升降。升力风扇就是一个原地旋转的机翼，在高速转动中与空气互相作用产 生升力，当升力超过飞机自身重量时，飞机就拔地而起、垂直起降。升力风扇与空气有效作 用面越大，升力也越大。现有的风扇驱动轴位于风扇中心，越靠近风扇边缘线速度就越大， 流体动力转换效率也越高，越接近于风扇中心，线速度就越小，流体动力转换效率也越低， 再受产品加工及扇叶数量等因素的影响，风扇的实际工作效率会更低。由于升力风扇产生 的上升流体动力不足，才必须采用其它补充技术手段，即尾管喷气共同组合的技术方案来 完成飞机的垂直起降，这也就是美国F-35B飞机中由喷气动力做为垂直起降动力的补充的 主要原因。正是现有风扇自身存在工作效率低的技术问题，导致设置这种升力风扇的飞机 的垂直起降效果无法与滑跑起飞相媲美。
发明内容
本发明专利申请的发明目的在于提高风扇工作时的流体动力转换效率，提供一种 提高流体动力转换效率的多级式强力风扇，同时还提供一种应用本发明的多级式强力风扇 实现良好垂直起降性能的可垂直起降飞机。本发明专利申请提供的多级式强力风扇技术方案，其内容是一种多级式强力风 扇，由多级从中央向外扩展的同心风扇环构成，每级风扇环的外架圈转动设置有齿圈，以共同的延伸圆心为转动中心、设置在齿圈上、呈均勻放射状设置有若干风扇扇叶，齿圈为从动 件与传递同一转动动力的齿形部件啮合传动，各道外架圈与连接梁共同构成支撑本强力风 扇的固定框架。在上述的整体技术方案中，所述的各级风扇环之扇叶，其转动迎风侧至背风侧呈 由下平上凸并凸部渐收的楔形状，依据流体力学原理，本截面形扇叶能够产生更为强力的 流体作用力。在上述的整体技术方案中，为通过对各扇叶转角的共同改变实现流体动力的准确 调整，各扇叶经自转轴转动设置于齿圈上，扇叶转角驱动环轴向滑动设置于齿圈上，扇叶偏 心轴铰接设置于扇叶转角驱动环上。上述技术方案提供的多级式强力风扇，由多风扇环的组合构造取代目前的整体式 风扇，由同一转动动力的齿形部件与各级风扇环的齿圈啮合传动，即驱动各级风扇环，使各 级风扇环的外圆周均在同一线速度或所需线速度的驱动下旋转，则由内至外的各风扇环区 域产生基本相同或所需的流体动力，这就使整部风扇的转换效率得到大幅度提高，三级风 扇环之转换效率可达77. 8%，四级以上则更高。本技术方案的多级式强力风扇应用领域十 分广泛，如涡流喷气发动机风扇，也可以作为工业应用风扇，尤其是技术参数大型化的工业 应用风扇提供了改进型替代产品。另外，本多级式强力风扇的外齿圈驱动方式能够由电动 机或发动机输出轴直接驱动传动，省去了变速器组成，则重量更轻、整体更轻巧。本发明专利申请还提供了将上述多级式强力风扇应用于飞机、使现有飞机具有良 好垂直起降能力的可垂直起降飞机的技术方案。本技术方案的内容是一种可垂直起降飞 机，飞机机身平衡重心处的装配孔处安装设置上述的多级式强力风扇。在上述的本可垂直起降飞机技术方案中，飞机两侧机翼的对称位的装配孔内均安 装有上述的多级式强力风扇，对称两侧多级式强力风扇互为反向旋转，以便于易于调整飞 机飞行平衡。正是由于风扇的流体动力效率得到大幅度的提高，因而为其应用于飞机、成为飞 机垂直起降动力装置、使飞机具备垂直起降能力创造了技术条件。本发明专利申请提供 的可垂直起降飞机技术方案，利用多级式强力风扇产生的强大升力驱动实现飞机的垂直起 降，其结构构成简单、重量轻，并能够形成完整扇面而构成机翼表面的一部分，不会对飞机 的正常飞行产生影响，而且其重量较轻、升力转化效率高，易于达到垂直起降的技术要求， 无论是直接还是间接的油耗都很低。
图1是本多级式强力风扇扇叶展开状态封闭风扇面的整体构造2是本多级式强力风扇扇叶偏转状态的轴侧3是本多级式强力风扇的总装轴侧4是扇叶端部结构5是每一级风扇环的轴侧6是每一级风扇环构成立体7是本多级式强力风扇的实际产品应用总装立体8是图7去掉连接横梁的立体结构图
图9和图10分别是可垂直起降飞机的实施例结构图。
具体实施例方式本发明的多级式强力风扇，其具体实现构造如附图所示，它是由两级、三级或更多 级的从中央向外扩展的同心风扇环构成，本实施例采用了四级风扇环41、42、43、44的结构 构成，以其中一级的风扇环42为例，每级齿圈1经转动轴承与对应的风扇环外架圈3转动 装配设置，设置在齿圈1上、以共同中央圆心为转动中心向圆周呈均勻放射状设置有若干 风扇扇叶2，齿圈1作为从动件与传递同一转动动力的齿形部件4啮合传动，带动其风扇环 的扇叶旋转工作，如图3所示，各道外架圈3均固定于上部的连接横梁7上，构成整部强力 风扇的固定架。各级风扇环还可以采用内架圈、外架圈和内、外架圈之间设置本级所有扇叶 构成，但这样的结构构造较图中所示的单一外架圈设置构造略显复杂，而且由外架圈单一 设置扇叶的构造形式的优点在于，在整部风扇工作时，齿圈和外架圈只使承受扇叶旋转中 带来的离心压力，所以机构工作可靠性更高，而内、外架圈共同设置扇叶的结构形式，内架 圈承受的扇叶旋转离心所带来的强大拉力，机构安全性因此降低。在本实施结构中，齿形部 件4是与齿圈1啮合传动的扇形齿轮，齿形部件4均键固定于驱动轴5与各级齿圈相应的 位置上，驱动轴5架设在整部风扇的半径所在位，由动力驱动装置输出轴驱动每一级风扇 环外边缘，驱动轴5上的每一级齿形部件4可以是相同的，以相同的转速驱动风扇环，使每 一级风扇环的驱动线速度相同；各级风扇环的工作转速还可根据实际技术需求来设计各级 齿形部件4与对应齿圈1的传动量，其技术设计的灵活性更高。对于作为通用型风扇的技 术改进型产品，本风扇的扇叶角度是按技术设计可以固定式结构，其扇叶截面按产生最大 风量方式来设计，但对于特殊应用的风扇，如下面要叙述的作为飞机升力风扇的使用用途， 就需要按垂直起飞或垂直降落要求通过对各扇叶转角的改变、按技术要求准确调整所产生 的流体动力。为此，扇叶2经自转轴6设置于齿圈1上，扇叶转角驱动环9轴向滑动设置于 齿圈1上，扇叶2对应于齿圈1一端与扇叶转角驱动环9之间设置有改变扇叶偏转角的驱 动连杆8，驱动连杆8上设置有滑道，扇叶转角驱动环9与驱动连杆8的铰接销滑动设置在 该滑道中，或扇叶2对应于齿圈1 一端设置装配于扇叶转角驱动环9的偏心轴，该偏心轴10 于扇叶转角驱动环9的一端导向转动设置于扇叶转角驱动环9的滑道中，或该偏心轴于扇 叶2 —端导向转动设置于扇叶端面的滑道中，经液压或电动驱动和控制扇叶转角驱动环9 沿齿圈1的轴向移动量，带动各扇叶2产生偏转，按技术要求得到所需的流体动力，尤其在 应用于飞机上时，用于调整所需升力值，若各扇叶2恢复为原位成图1所示的封闭扇面时， 是更利于飞机平飞的。为了使各风扇环能够产生均衡的升力动力，最好使各级风扇环的工 作面积相等，依此确定按各级风扇环所占整个半径值，靠近中心的风扇环宽度大于远离中 心的风扇环宽度。依据流体力学原理，若使本多级强力风扇与空间之间的相互作用力更为 强劲，如图4所示，每一片扇叶2的转动迎风侧M至背风侧N呈由下平上凸并凸部渐收的楔 形状，由该截面形扇叶构成的风扇能够产生更为强力的流体作用力。本发明申请还提供了安装上述的多级式强力风扇、使现有飞机具有良好垂直起降 能力的可垂直起降飞机，在可垂直起降飞机的机身平衡重心处设置多级式强力风扇装配 孔，在装配孔内安装设置所述的多级式强力风扇，本多级强力风扇上方架设与各道外架圈3 固定为一体、构成整部风扇框架的若干连接横梁7。如图9和图10所示，多级强力风扇还可以对称的设置于飞机两侧机翼位置，特别是两机翼的根部位置，飞机的两机翼的对称位 的装配孔内均安装有一套上述的多级强力风扇，对称两侧的两套或更多套多级强力风扇互 为反向旋转，以便于保持飞机飞行平衡。很多飞机机翼为机身偏后设置，部分飞机的重心偏 后，为在飞机垂直起降时保持机身平衡，机身前部、最好在驾驶室后部或在飞机后部设置一 多级强力风扇30、31，与后部两多级式强力风扇共同配合实现飞机平稳垂直起降。
权利要求
1.一种多级式强力风扇，其特征在于本风扇由多级从中央向外扩展的同心风扇环构 成，每级风扇环的外架圈转动设置有齿圈，以共同的延伸圆心为转动中心、设置在齿圈上、 呈均勻放射状设置有若干风扇扇叶，齿圈为从动件与传递同一转动动力的齿形部件啮合传 动，各道外架圈与连接梁共同构成支撑本强力风扇的固定框架。
2.根据权利要求1所述的多级式强力风扇，其特征在于各级风扇环之扇叶，其转动迎 风侧至背风侧呈由下平上凸并凸部渐收的楔形状。
3.根据权利要求1所述的多级式强力风扇，其特征在于各扇叶经自转轴转动设置于齿 圈上，扇叶转角驱动环轴向滑动设置于齿圈上，扇叶偏心轴铰接设置于扇叶转角驱动环上。
4.根据权利要求1所述的多级式强力风扇，其特征在于各级风扇环的工作面积相等。
5.根据权利要求1所述的多级式强力风扇，其特征在于各级风扇环由内架圈、外架圈 和内、外架圈之间设置的本级所有扇叶构成。
6.一种应用有权利要求1多级式强力风扇的可垂直起降飞机，其特征在于飞机机身平 衡重心处的装配孔处安装设置多级式强力风扇。
7.根据权利要求6所述的可垂直起降飞机，其特征在于飞机两侧机翼的对称位的装配 孔内均安装有多级式强力风扇，对称两侧多级式强力风扇互为反向旋转。
8.根据权利要求7所述的可垂直起降飞机，其特征在于机身驾驶室后部或飞机后部设 置多级强力风扇。
全文摘要
多级式强力风扇和可垂直起降飞机，本发明申请提供的多级式强力风扇是由中央向外扩展的多级同心风扇环构成，每级风扇环的外架圈转动设置有齿圈，以共同的延伸圆心为转动中心、设置在齿圈上、呈均匀放射状设置有若干风扇扇叶，齿圈为从动件与传递同一转动动力的齿形部件啮合传动。本技术方案实现了提高整部风扇风动力转换效率的技术目的，其应用范围广泛。本发明提供的可垂直起降飞机利用多级强力风扇产生的强大升力驱动实现飞机的垂直起降，其结构构成简单、重量轻，并能够成为机翼表面的一部分，不会对飞机的正常飞行产生影响。
文档编号B64C29/00GK102001440SQ20101053580
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者陈敬萍 申请人:陈敬萍