一种横流扇以及在横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法与流程

本发明属于具有短距离起降或垂直起降性能的低速高负载航空飞行器领域，具体涉及一种在横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法。

背景技术：

在目前已有的航空飞行器中，翼板分为固定翼飞行器和旋翼飞行器。尽管固定翼飞行器具有载荷大，航程长的特性，但由于其升力的产生依赖于飞行器和静止空气的相对速度，因此在起飞和降落过程中，需要一定长度的跑道。而通常的旋翼机，包括直升机和目前大部分的旋翼无人机的升力来源于高速转动的旋翼将空气向下加速从而使旋翼获得向上的反作用力来产生的。尽管旋翼机具有短距离起降或垂直起降的特性，但是这种升力的产生通常需要强大的动力来加速空气，因此单位功率产生的升力效果具有相当的局限性。

最近几年，一种基于横流扇在机翼前缘或后缘安装后加速气流而导致的升力提升，简称为扇翼飞行器。在某种程度上突破了固定翼飞行器和旋翼飞行器两者各自的局限性。采用这种技术，由于横流扇对空气的加速作用和其内部的偏心低压涡，一方面可以实现固定翼飞行器在机翼吸力表面的气流相对于无横流扇时要有更大速度，另一方面，利用旋转动力产生的低压偏心涡，可以产生更大的升力，从而使这种升力系统产生的升力和相对所消耗功率之效率，要在很大程度上高于两类传统飞行器相对应的参数特性。

如图1所示，通常由于飞行器横流扇上的扇叶是固定设置在横流扇转盘上，在横流扇启动时，其上的扇叶只能以预设的固定倾斜角度转动，无法根据实际需要进行实时调节。在对横流扇加工生产过程中，还需要加工不同倾斜角度的扇叶以满足不同的使用需求，加工工作繁杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种横流扇以及在横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法，进而完成对相关飞行器气动性能的动态控制。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种横流扇，包括：横流扇转盘和多个扇叶，所述横流扇转盘的表面绕周设有多个扇叶旋转轴孔，多个所述扇叶旋转轴孔距所述横流扇转盘的圆心距离相等；

多个所述扇叶旋转轴孔内均设有旋转套筒，所述旋转套筒的长度大于所述横流扇转盘的厚度，所述旋转套筒套设在所述扇叶旋转轴孔内，其一端延伸至所述横流扇转盘的外侧并通过限位底盘限位，其另一端延伸固定在所述横流扇转盘的内侧表面；

所述旋转套筒内的内壁上设有用于将所述扇叶紧固的固定槽，多个所述扇叶分别通过多个所述旋转套筒垂直设在所述横流扇转盘上的多个所述旋转轴孔内；

所述横流扇转盘的侧壁上设有扇叶锁紧机构，一个所述扇叶旋转轴孔对应一个所述扇叶锁紧机构。

进一步地，每个所述扇叶旋转轴孔上均设有旋转刻度。

进一步地，所述旋转套筒位于所述横流扇转盘的内侧表面的一端为与所述旋转套筒一体成型的扇叶从动齿轮盘；

所述横流扇转盘上设有同步调整齿轮盘，所述同步调整齿轮盘与所述横流扇转盘同心共轴，且与其周围的多个所述扇叶从动齿轮盘相互啮合。

进一步地，还包括电控系统，所述同步调整齿轮盘与所述电控系统连接。

进一步地，所述扇叶从动齿轮盘上靠近所述同步调整齿轮盘的一侧设有转齿，所述转齿的转动角度范围为所述扇叶的转动角度范围，-45°至45°。

本发明还提供了在上述的横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法，包括以下步骤：

a.根据实时需求，手动或自动调节目标扇叶所在的所述旋转套筒；

b.当所述目标扇叶旋转至目标角度位置后，通过所述扇叶锁紧机构锁定所述旋转套筒在所述扇叶旋转轴孔内的角度位置。

进一步地，步骤a中，手动调节所述目标扇叶，每次调节一个或多个所述扇叶。

进一步地，步骤a中，自动调节所述扇叶时，启动所述电控系统，所述电控系统驱动所述同步调整齿轮盘带动多个所述扇叶从动齿轮盘同时转动设定角度，之后固定所述同步调整齿轮盘。

数值模拟和实验结果已经证明：对于所有的扇翼飞行器中，由于其中的横流扇对于来流具有加速作用，而加速作用的大小通常与横流扇扇叶径向倾角的大小有很大的关系，可以说改变扇叶倾角的大小可以在很大程度上调节飞行器的升力，而通常的扇叶的倾角是事先固定的。

本发明的特点在于：提出了一种利用扇叶安装在转轴上的结构形式完成对扇叶倾角的连续调节或设置。这种形式的结构，一方面可以完成对每个扇叶倾斜角的单独设置和调节；另一方面，在一套辅助的齿轮机构的帮助下，可以完成对所有扇叶倾角的同步调节；再者，配合上相关的电动机构，可以完成在横流扇运行状态下的倾角的同步随时调节，以实现对升力在不同操作程度上的控制和调节。

附图说明

图1为目前常用的飞行器横流扇的结构示意图；

图2为本发明提供的横流扇的结构示意图；

图3为通过本发明提供的横流扇进行扇翼角度调节实验结果曲线图；

1.横流扇转盘，2.扇叶，3.扇叶旋转轴孔，4.扇叶从动齿轮盘，5.扇叶锁紧机构，6.同步调整齿轮盘，7.横流扇转轴孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。

一种横流扇，如图2所示，包括：横流扇转盘1和多个扇叶2，所述横流扇转盘1的表面绕周设有多个扇叶旋转轴孔3，多个所述扇叶旋转轴孔3距所述横流扇转盘1的圆心距离相等；

多个所述扇叶旋转轴孔3内均设有旋转套筒，所述旋转套筒的长度大于所述横流扇转盘1的厚度，所述旋转套筒套设在所述扇叶旋转轴孔3内，其一端延伸至所述横流扇转盘1的外侧并通过限位底盘限位，其另一端延伸固定在所述横流扇转盘1的内侧表面。

所述旋转套筒内的内壁上设有用于将所述扇叶2紧固的固定槽，多个所述扇叶2分别通过多个所述旋转套筒垂直设在所述横流扇转盘1上的多个所述旋转轴孔内；为了便于调节设定角度，优选每个所述扇叶旋转轴孔3上均设有旋转刻度。

所述横流扇转盘1的侧壁上设有扇叶锁紧机构6，一个所述扇叶旋转轴孔3对应一个所述扇叶锁紧机构6。该扇叶锁紧机构6可以为一个顶丝或者其它能够起到锁紧紧固的部件均可。

通过手动可以对每个扇叶2进行角度调节，也可以每次调整一个扇叶2的角度。当飞行器在高速飞行的过程中，或者需要对所有的扇叶2同时进行角度调整，此时，可以通过电机带动。优选旋转套筒的一端设有一体成型的扇叶从动齿轮盘4，横流扇转盘1上设有同步调整齿轮盘6，所述同步调整齿轮盘6与所述横流扇转盘1同心共轴，且与其周围的多个所述扇叶从动齿轮盘4相互啮合。其中横流扇转盘1的圆心即为横流扇转轴孔7，与扇叶从动齿轮盘4同孔。

还包括电控系统，所述同步调整齿轮盘6与所述电控系统连接。启动电控系统驱动同步调整齿轮盘6，带动扇叶从动齿轮盘4将每个扇叶2转动至预设角度。

由于扇叶2的转动角度有限，优选所述扇叶从动齿轮盘4上靠近所述同步调整齿轮盘6的一侧设有转齿，所述转齿的转动角度范围为所述扇叶的转动角度范围，-45°至45°。

本发明还提供了在上述的横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法，包括以下步骤：

a.根据实时需求，手动或自动调节目标扇叶2所在的所述旋转套筒；手动调节所述目标扇叶2，每次调节一个或多个所述扇叶2。

自动调节所述扇叶2时，启动所述电控系统，所述电控系统驱动所述同步调整齿轮盘6带动多个所述扇叶从动齿轮盘4同时转动设定角度，之后固定所述同步调整齿轮盘6。

b.当所述目标扇叶2旋转至目标角度位置后，通过所述扇叶锁紧机构6锁定所述旋转套筒在所述扇叶旋转轴孔3内的角度位置。

如图3所示，其中横坐标为横流扇转速，纵坐标为升力。实验中，调节横流扇的转速即可得到升力。这里横流扇的转速从8hz(800转/分钟)开始，每增加1hz，每分钟转速增加100转/分钟。横流扇叶片的向前倾角分别为20度、10度、15度和12.5度。

本申请提供的一种横流扇以及在横流扇上随意调节扇翼倾斜角度的方法，在扇翼飞行器的实验测试中，即使利用手动进行逐个叶片的倾角的单独设置，避免了在实际的操作中需要加工具有不同倾斜角的横流扇这个繁杂的工作。对于实际的飞行器，可以得到在倾角连续变化下的气动性能参数，可以由此准确测定对应的升力处于非稳态的振荡区域，为这类飞行器的研究和应用提供帮助。

在配置全部叶片倾角同步调节齿形机构的情况下，可以实现横流扇倾角的同步统一调节，进而实现升力的连续调节。

如果上述的全部叶片倾角同步调节齿形机构和电控系统配合的话可以完成在横流扇高速运转过程中的叶片倾斜角的随时调节和设置，进而完成对相关飞行器升力的实时控制，这样，可以对这类飞行器气动参数的实时控制和调节提供一个手段。

以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。