一种涵道风扇矢量推进系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空动力技术领域，具体涉及一种涵道风扇矢量推进系统。
【背景技术】
[0002] 传统单旋翼带尾桨式直升机由于受到前行桨叶的压缩性和后行桨叶的气流分离 的影响，最大飞行速度受到很大的限制，最大巡航速度通常在300km/h左右，而固定翼飞机 的飞行速度可以很高，但需要机场跑道滑跑起落，且不能悬停和低速飞行。因此，长期以 来，国外一直在不懈地探寻新的技术发展思路，力图创造一种新型的飞行器，既能保持直 升机的垂直起落、悬停和经济性的优势，又能达到飞机的飞行速度。几十年中，产生了很 多种不同形式的"垂直起落转换式飞行器"。例如，带有"共轴双螺旋桨"的XFV-1可以实 现垂直起飞，并逐渐改变状态进入前飞，以螺旋桨飞机形式飞行。倾转旋翼机V-22是一种 转换式飞行器，它可以在飞行中根据需要在飞机模式与直升机模式之间转换，以便发挥每 一种模式的优势。X-旋翼机（S-72)则是一种旋翼/机翼转换式飞机，可在直升机和固定 翼飞机两种模式间切换。还有Piasecki飞机公司研发的Piasecki 16H Pathfinder以及 X-49 "速度鹰"等复合式高速直升机，可大幅度提高直升机的飞行速度。多年来的探索和创 造实践形成了后来高速直升机发展的三种主要技术途径一一复合式、倾转旋翼/机翼式、旋 翼/机翼转换式。
[0003] 前面提到的复合式高速直升机中，部分采用了涵道风扇矢量推进系统（Vectored Thrust Ducted Propeller，简称 VTDP)，如 Piasecki 16H Pathfinder 即米用该系统，将平 尾、垂尾、尾桨和推进发动机紧凑地结合起来，不仅使复合式直升机飞得更快、更远，还有效 减轻了重量、降低了成本、提高了效率。X-49 "速度鹰"采用改进的带变向环的涵道风扇矢 量推进系统，可以有效地提升其最大飞行速度，改善操纵性能，在复合式高速直升机中具有 良好的应用前景。
[0004] 涵道风扇矢量推进系统是在常规涵道风扇系统（ducted fan system)的基础上发 展起来的。常规涵道风扇系统只能改变推力的大小，却不能改变推力的方向。为了使涵道 风扇系统同时具备改变推力大小和方向的能力，涵道风扇矢量推进系统在常规涵道风扇系 统的尾部安装水平和垂直舵面或其他偏转气流的部件。这样，涵道风扇矢量推进系统不仅 继承了涵道风扇系统静推力大、推力效率高的优点，而且还能够通过安装在涵道尾部的操 纵舵面及其他偏转气流的部件来控制推力的方向。当涵道风扇矢量推进系统用于复合式高 速直升机时，在垂直起降和悬停状态，主要用来平衡主旋翼的反扭矩；而在高速前飞时，可 用来产生向前的推力以提高直升机的前飞速度。涵道风扇矢量推进系统可以根据直升机在 不同飞行状态下对各方向的力的不同需求，通过调节风扇桨距及转速控制系统产生推力大 小，通过舵面及其他气流偏转部件的不同偏转组合来控制涵道风扇系统产生推力的方向， 充分发挥了涵道风扇系统静推力大、推力效率高的优点，使得采用了涵道风扇矢量推进系 统的复合式直升机飞得更快、更远，而且还有效减轻了重量、提高了效率，同时具有造价低 和风险小的优势，且方便利用现有直升机的机体进行改装，因此它被越来越多的应用到复 合式直升机设计中。
[0005] 虽然上述涵道风扇矢量推进系统已经在不同的复合式高速直升机飞机中得到应 用，但是它们都有一个共同的缺陷，就是在起降和悬停时用于改变气流方向从而改变涵道 风扇系统推力方向的气流偏转部件（舵面及变向环等）在飞机高速飞行时会产生较大的附 加阻力，而且增加了系统的结构重量，从而降低涵道风扇系统的效率，增加了飞机的油耗。 而且，无论复合式直升机发展得如何完善，旋翼的旋转仍然是气流不对称的原因。因此若要 解决直升机的高速问题，最终还是要通过停转旋翼使其变为机翼，从直升机模式完全转换 成飞机模式，即成为旋翼/机翼变换式飞机。然而旋翼/机翼变换式飞机高速飞行时并不 需要提供平衡主旋翼反扭矩的侧向力，但起降和悬停时则需要很大的侧向力且尽可能小的 前向推力。现有的涵道风扇矢量系统在旋翼/机翼变换式飞机中使用时效率并不高甚至不 能使用。
[0006] 对于涵道风扇矢量推进系统，如若能不使用额外的改变气流方向的操纵舵面或其 他气流偏转装置，但在飞机垂直起降和悬停时也能改变气流方向来产生平衡主旋翼反扭矩 的侧向力，高速飞行时又不产生附加的额外阻力，则可进一步提高该系统的效率，从而使旋 翼/机翼变换式飞机的效率更高。
【发明内容】
[0007] 为克服现有技术中存在的涵道风扇矢量推进系统结构重量大、驱动机构复杂、飞 机高速飞行时气流偏转机构的气动阻力大的不足，本发明提出了一种涵道风扇矢量推进系 统。
[0008] 本发明所述涵道螺旋桨包括旋转产生气流的螺旋桨和环绕螺旋桨的涵道筒体。所 述气流偏转机构包括第一旋转片、第二旋转片、阻塞片、减速电机、两个旋转驱动轴、两个 旋转支承轴和多级液压作动筒。所述第一旋转片、第二旋转片对称的分布在涵道筒体后端 的圆周表面，所述第一旋转片的轴向长度为涵道筒体尾部圆半径的1. 2~1. 35倍，第二旋 转片的轴向长度为涵道筒体尾部圆半径的1. 03~1. 1倍。所述第一旋转片和所述第二旋转 片的的弧长相等，均占涵道筒体尾部圆半周长的60%~65%。所述两个旋转驱动轴和两个 旋转支承轴均固定在涵道筒体上，并使两个旋转驱动轴分别位于述第一旋转片和第二旋转 片的一个侧边，使两个旋转支承轴分别位于该第一旋转片和第二旋转片的另一个侧边。在 所述第二旋转片前端的涵道筒体内表面与第二旋转片前端相邻部位的厚度被减薄1/2,减 薄处的涵道筒体内表面的圆弧面的曲率半径相同，减薄处的轴向长度为涵道筒体尾端圆半 径的0. 48~0. 5倍，弧长与第二旋转片的弧长相等。所述阻塞片安放在该涵道筒体内表面 的减薄处。所述阻塞片的厚度与涵道筒体减薄去除部分的厚度相等。所述阻塞片前端中部 的内表面与多级液压作动筒的作动杆固接；在所述涵道筒体上，对称的安装有一对减速电 机，并使所述两个减速电机分别与旋转驱动轴连接以驱动该旋转驱动轴转动，从而带动第 一旋转片和第二旋转片旋转运动。第一旋转片的旋转角度为90°~120°，第二旋转片的 旋转角度为一 60°~一 90°，且旋转后第一旋转片与第二旋转片平行。
[0009] 所述第一旋转片、第二旋转片和阻塞片均为从所述涵道筒体上切割后形成。具体 是：在从所述涵道筒体上切割第一旋转片和第二旋转片时，在所述涵道筒体后端的圆周表 面对称的切割出所述第一旋转片和第二旋转片；所述第一旋转片和第二旋转片的三个切割 边均为直边，并使所述第一旋转片轴向的两个切割边和第二旋转片轴向的两个切割边均平 行于涵道的轴线。在所述第一旋转片前端的内侧，切除一小部分，该部分厚度为第一旋转片 前端厚度的1/2。在所述第二旋转片前端的内表面加工有弧形的凹面，该凹面的深度为该第 二旋转片厚度的1/2,弧的半径与涵道筒体后端的半径相同。
[0010] 所述的阻塞片是在涵道筒体上切割第二旋转片处继续沿该涵道筒体的轴线向该 涵道筒体的前端切割该涵道筒体的内表面，得到一切割片。所述切割片的厚度为该处涵道 筒体厚度的1/2,轴向长度为涵道筒体尾部圆半径的0.