用于飞行器的涵道风扇的制作方法

本实用新型涉及飞行器技术领域，更具体而言，涉及一种用于飞行器的涵道风扇。

背景技术：

随着低空空域在政策方面的逐步开放，中小型个人飞行器逐步成为航空领域的一个发展趋势，但由于此类飞行器在尺寸上固有的限制，不宜有较长的固定机翼，也不会有大升力面的旋翼装置。现有的中小型个人飞行器通常采用涵道风扇为其提供动力。为了为飞行器提供足够的升力，现有的用于飞行器的涵道风扇通常具有较大的桨盘，这显然增加了飞行器的提及，并可能增加飞行器的重量。如果减小桨盘的面积，又往往会降低桨盘所提供的升力。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种在保持涵道风扇升力性能不变的同时具有较小桨盘面积的用于飞行器的涵道风扇。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于飞行器的涵道风扇，包括：涵道壁、设置在涵道壁中的桨毂套筒、分别与涵道壁和桨毂套筒连接的静叶片、以及与设置在桨毂套筒中的桨毂连接以在涵道壁内旋转的动叶片，其中，动叶片包括与桨毂连接的叶根部及处于自由端的叶顶部，叶根部的横截面为第一翼型面，叶顶部的横截面为第二翼型面，在动叶片的延展方向上，第一翼型面到第二翼型面之间形成平滑的翼型过渡段。

根据本实用新型的一个实施例，翼型过渡段包括第一导引线和第二导引线，第一导引线为第一翼型面的前缘点到第二翼型面的前缘点的连线，第二导引线为第一翼型面的后缘点到第二翼型面的后缘点的连线，第二导引线为在动叶片的弦线方向上向外凸出的曲线。

根据本实用新型的一个实施例，桨毂具有一中心轴线，并定义动叶片的桨盘半径为R，中心轴线到第一翼型面的距离为0.35R-0.4R。

根据本实用新型的一个实施例，翼型过渡段的结束端面到中心轴线的距离为0.65R-0.75R。

根据本实用新型的一个实施例，从叶根部到翼型过渡段的结束端面，动叶片的最大厚度逐渐减小。

根据本实用新型的一个实施例，翼型过渡段的结束端面到叶顶部之间的任意横截面均为第二翼型面，且从翼型过渡段的结束端面到叶顶部，动叶片的最大厚度基本维持不变。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片的弦线长度自叶根部朝其延展方向先增大再减小，且距离中心轴线0.5R处的弦线长度最大。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片具有一与中心轴线垂直的旋转平面，动叶片的弦线与旋转平面之间的夹角自叶根部朝动叶片的延展方向逐渐增小。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片的最大厚度靠近动叶片的前缘线的一侧。

根据本实用新型的一个实施例，第一翼型面的上缘的曲率大于第一翼型面下缘的曲率，第一翼型面的前缘点到后缘点的连线位于第一翼型面之外。

根据本实用新型的一个实施例，第二翼型面的上缘和下缘的曲率大致相同，且第二翼型面的前缘点到后缘点的连线位于第二翼型面内。

根据本实用新型的一个实施例，静叶片的横截面为第三翼型面，第三翼型面从前缘到后缘的厚度大致相等，后缘侧较前缘侧趋向平直。

根据本实用新型的一个实施例，叶顶部与涵道壁内侧面之间的间隙距离为2-5mm。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型涉及的涵道风扇具有双翼型截面的动叶片及与之匹配的涵道结构，能产生更好的升力性能；并且动叶片包括平滑过渡的两种翼型，与静叶片相配合，可以在不降低所提供升力的同时，使该涵道风扇具有较小的桨盘面积，使小巧轻便的飞行器成为可能。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例，涵道风扇的示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例，涵道风扇的剖视图；

图3是根据本实用新型的一个实施例，动叶片和静叶片的示意图；

图4是根据本实用新型的一个实施例，第一翼型面的示意图；

图5是图4所示实施例第二翼型面的示意图；

图6是根据本实用新型的一个实施例，静叶片的截面图；

图7是根据本实用新型的一个实施例，涵道壁的截面图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的实施例进行详细描述。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种用于飞行器的涵道风扇，包括：涵道壁3、设置在涵道壁3中的桨毂套筒4、分别与涵道壁3和桨毂套筒4连接的静叶片2、以及与设置在桨毂套筒4中的桨毂连接以在涵道壁3内旋转的动叶片1，其中，动叶片1包括与桨毂连接的叶根部及处于自由端的叶顶部，叶根部的横截面为第一翼型面，叶顶部的横截面为第二翼型面，在动叶片的延展方向L上，第一翼型面到第二翼型面之间形成平滑的翼型过渡段。

翼型过渡段包括第一导引线和第二导引线，第一导引线为第一翼型面的前缘点到第二翼型面的前缘点的连线，第二导引线为第一翼型面的后缘点到第二翼型面的后缘点的连线。其中，第二导引线为在动叶片的弦线方向上向外凸出的曲线，以使翼型过渡段的弦线长度靠近叶根部较远离叶根部长。换个角度讲，翼型过渡段靠近叶根部的地方较远离叶根部的地方更宽，为了加强动叶片的叶根部的强度，为动叶片的高速旋转提供了更好的保障。

也就是说，动叶片1可以由两种不同的翼型组成。例如，在一个优选实施例中，动叶片1采用双翼型截面配置JN-153及A93B17，该类翼型配置能保证动叶片在0.6Ma的亚音速旋转中。有较大的升阻比特性，并且翼型升阻比在较大的流速跨度能都保持在一个较为稳定且理想的数值范围内，以保证涵道风扇的工作稳定。

另外，还应该理解的是，上述动叶片1的延展方向L指的是：从叶根部指向叶顶部的方向。此外，应该可以理解，在上述实施例中，叶根部是指动叶片1与桨毂连接的位置，叶顶部指的是动叶片1沿动叶片1的延展方向L的最末端。

在上述实施例中，涵道风扇具有双翼型截面的动叶片1及与之匹配的涵道结构，能产生更好的升力性能；并且动叶片1包括平滑过渡的两种翼型，与静叶片2相配合，可以在不降低所提供升力的同时，使该涵道风扇具有较小的桨盘面积，使小巧轻便的飞行器成为可能。

进一步地，在一个实施例中，静叶片2设置在动叶片1的下方，并均匀分布。这种静叶片2的设置可以削弱动叶片1排气的旋向动能，使得气流变为垂直于桨盘的轴向(即桨毂套筒4的延伸方向)均匀气流。在此过程中，静叶片2所产生的旋向力矩与动叶片1的反扭矩可达到相互抵消的效果，实现涵道风扇的力矩平衡。

如图7所示，在本实用新型的一个优选实施例中，涵道壁3采用clark-Y翼型设计，适度增加唇口处的圆弧半径以增加唇口受力面积，提高涵道整体的升力作用效果。

另外，在一个优选实施例中，动叶片1与静叶片2与涵道壁3之间的相对位置也可以根据使用需求做出优化的调整，使得涵道风扇的升力效果达到最优。

根据本实用新型的一个实施例，桨毂具有一中心轴线，并定义动叶片1的桨盘半径为R，中心轴线到第一翼型面的距离为0.35R-0.4R。

应该可以理解，在上述实施例中，桨盘指的是：动叶片1的旋转所形成的圆形的面。

进一步地，在一个优选实施例中，桨毂的中心轴线到第一翼型面的距离为0.38R。

根据本实用新型的一个实施例，翼型过渡段的结束端面到中心轴线的距离为0.65R-0.75R。换句话说，在本实施例中，沿动叶片1的延展方向L，动叶片1可以视为两段。第一段为叶根部至翼型过渡段的结束端面，在这一部分中，动叶片1由第一翼型向第二翼型过渡。例如，在如图4和图5所示的实施例中，动叶片1的叶根部截面如图4所示，翼型过渡段的结束端面如图2所示，整个第一段由第一翼型面向第二翼型面过渡。第二段为翼型过渡段的结束端面至叶顶部，在第二段中，动叶片1完全为第二翼型(例如，如图5所示)。

需要注意的是，在本实用新型中，所提及的翼型指的是叶片的横截面。根据不同的使用需要，可以从翼型库中选取任意的具有编号的翼型。例如，在一个实施例中，动叶片1采用JN-153翼型及A93B17翼型。

进一步地，根据一个优选实施例，翼型过渡段的结束端面到中心轴线的距离为0.7R。这样，动叶片1可以具有较好的气动外形，具有较高的工作效率。

根据本实用新型的一个实施例，从叶根部到翼型过渡段的结束端面，动叶片的最大厚度逐渐减小。也就是说，从叶根部到翼型过渡段的结束端面，整个动叶片1可以构造为沿延展方向L逐渐变薄的结构。

根据本实用新型的一个实施例，翼型过渡段的结束端面到叶顶部之间的任意横截面均为第二翼型面，且从翼型过渡段的结束端面到叶顶部，动叶片1的最大厚度基本维持不变。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片的弦线长度自叶根部朝其延展方向先增大再减小，且距离中心轴线0.5R处的弦线长度最大。应该可以理解，动叶片1横截面的前缘点与后缘点之间的连线即为弦线。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片1具有一与中心轴线垂直的旋转平面，动叶片1的弦线与旋转平面之间的夹角自叶根部朝动叶片的延展方向L逐渐增小。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片1的最大厚度靠近动叶片的前缘线的一侧。

需要的注意的是，此处叶片的前缘线指的是，动叶片1旋转时，迎风方向的边缘线，相应地，后缘线为与前缘线相对的边缘线。同样地，在翼型面中，前缘点指的是前缘线的在该翼型面中被截取的点，相应地，后缘点指的是后缘线在该翼型面中被截取的点。

其中，前缘点和后缘点之间的连线为弦线，弦线与旋转平面之间的夹角即为迎角，迎角是沿延展方向逐渐减小的，均为正迎角。

再次参照图4，根据本实用新型的一个实施例，第一翼型面的上缘的曲率大于第一翼型面下缘的曲率，第一翼型面的前缘点到后缘点的连线位于第一翼型面之外。也就是说，第一翼型段的上翼面的弧度大于与上翼面对应位置的下翼面的弧度。上述对应位置指的是在竖直方向上处于同一平面的上翼面和下翼面的位置。

再次参照图5，根据本实用新型的一个实施例，第二翼型面的上缘和下缘的曲率大致相同，且第二翼型面的前缘点到后缘点的连线位于第二翼型面内。

如图6所示，根据本实用新型的一个实施例，静叶片的横截面为第三翼型面，第三翼型面从前缘到后缘的厚度大致相等，后缘侧较前缘侧趋向平直。

根据本实用新型的一个实施例，叶顶部与涵道壁内侧面之间的间隙距离为2-5mm。

根据试验得出，当转速达到3000r/min，桨盘直径选用0.9m时，本实施例此种动叶片气动外形的涵道风扇能产生的升力可达150kg，而同时消耗的功率仅仅为46kw，升力性能是相同转速和相同尺寸下的现有涵道风扇的1.1～1.2倍。可见，本实施例中的动叶片由两段不同翼型面构成的涵道风扇在桨盘相同尺寸的情况下提高升力等气动性能，

再次参照图1，在一个实施例中，涵道风扇还包括设置在桨毂套筒4上的前端整流罩5。具体地，桨毂套筒4以及前端整流罩5均可以采用流线型设计，依据流场显示设计出利于贴体流动的弧线外形，最大程度上减小轴向入流的迎风阻力。这样，可以在保证无尾流回流现象的前提下，在一定程度上减小桨毂套筒4的直径，因此，可以在保持涵道风扇整体占用体积不变的同时增大桨盘的实度，从而增加上述涵道风扇能够提供的升力。换句话说，这种设计可以使得在保持升力不变的前提下，减小桨盘的面积，进而减小涵道风扇的体积。

由于本实用新型涉及的涵道风扇设计转速较高，动叶片1叶根部和叶顶部位线速度相差较大，相应的雷诺数也有较大差距，因此动叶片1第一段和第二段的流动情况也就截然不同。

为了与不同雷诺数下的流动工况相适应，以便产生更好的升力特性，优选地，在一个实施例中，如图4和图5所示，该涵道风扇动叶片1采用双截面构型：1)第一段采用大厚度翼型，翼型上翼面前缘拱起，后缘呈均匀下斜构型，下翼面整体较为平整，接近后缘处轻微上弯；2)第二段采用高速扁平状截面翼型，上下翼面均呈向外略微弯曲形态，整体翼型接近于对称形态；3)第一翼型面安装角为较大正向迎角，第二翼型面相对第一翼型段截面迎角变小但仍为正向迎角，第一段与第二段之间的截面迎角的变化为线性变化，截面形状也呈线性过渡趋势。

在另一个实施例中，多个静叶片2的主要功能是使动叶片1后的旋转气流转为竖直向下的均匀气流，与此同时产生与动叶片1旋转方向相同的正向力矩，起到平衡动叶片1反向力矩的作用。生成静叶片2翼型的选取，主要考虑翼型要有相对满足条件的厚度，以满足其强度方面的需求，另外翼型后缘趋向平直，保证静叶片2出口竖直方向的均匀气流。

根据本实用新型的一个实施例，动叶片1的旋转平面与涵道内壁的间隙保持不变。

具体地，如图7所示，在一个实施例中，涵道壁3构造为竖直翼型的旋转体结构，其截面同样采用有翼型的构型，翼型上翼面(即如图7所示的右侧翼面)为涵道内壁，下翼面(即如图7所示的左侧翼面)为涵道外壁。在该涵道壁3截面翼型的选取时，考虑了进气段、动叶片1的加速段和静叶片2的扩压段等多方面因素：翼型在进气段呈收缩状，在有效加速气流的同时，进气段唇口处形成低气压区，与涵道内壁下侧及涵道外壁的高气压区形成压差，这也是涵道本体产生升力的主要来源。在动叶片1加速段，翼型在竖直方向呈垂直状，以保证动叶片1旋转平面与涵道内壁间的间隙一定。静叶片2扩压段，截面翼型呈扩张趋势，配合静叶片2组在内壁形成高气压区，且在一定范围内，出口截面积越大，涵道本体所表现出的升力性能越好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。