一种涵道动力装置及飞行器的制作方法

本发明涉及飞行器领域，尤其是涉及一种用于飞行器的涵道动力装置及具有该涵道动力装置的飞行器。

背景技术：

多轴飞行器通常采用风扇式涵道动力装置，与同样直径的孤立风扇相比，风扇式涵道结构紧凑，产生的升力更大，安全性更高。现有的风扇式涵道一般包括涵道筒、旋翼以及驱动旋翼的驱动装置，涵道筒上端为沿径向向外延伸的圆弧形唇口，唇口形成附加拉力，增加涵道圆筒整体拉力的作用。涵道筒内侧旋翼的下侧设置有倾斜的导流片，倾斜方向与旋翼倾斜方向相反，导流片用于修正气流旋向，防止气流绕涵道筒的轴线旋转，导流片所在的位置成为中位，当流片位于绕半径方向相对中位倾斜时，气流从涵道筒排出后会绕涵道筒的轴线旋转。驱动装置可以是电机，也可以是由位于涵道外侧的电机或油机驱动的转轴。中国专利CN2753672U公告了一种矢量推力涵道风扇式单人飞行器，机体尾部安装有平衡尾翼,机体左右两侧平行对称固装有矢量推力涵道仓,机体前端部位也安装有矢量推力涵道仓,矢量推力涵道仓内安装有前、后两部动力装置,前动力装置和后动力装置分别与前推力风扇和后推力风扇相连接,矢量推力涵道仓后部安装有水平排列等间距导流风向叶,在矢量推力涵道仓后端部位有导流风向片和导流风向叶垂直连接。该飞行器需要倾转整个动力装置才能获得水平分力，以调整姿态，对倾转机构的强度与载荷要求高，可靠性低。中国专利CN101353084A公开了一种垂直起落轻型飞行器, 其涵道风扇推进系统包括位于涵道内的风扇,带动风扇旋转的发动机及发动机舱,支撑涵道的涵道支柱,其中风扇的旋转轴与驾驶舱的纵轴线平行，该飞行器的姿态调整机构主要为设置在涵道风扇下方远处的导流板，其占据较大的空间，重量较大，调整效率较低，转向灵活性低。

技术实现要素：

本发明的第一发明目的在于：提供一种整流效率更高、重量更轻、气流转向更灵活的涵道动力装置；

本发明的第二目的在于提供一种具有这种涵道动力装置的飞行器。

为实现上述目的：本发明提供的涵道动力装置，包括：涵道筒，其入口侧设有沿径向向外延伸的弧形的唇口；旋翼，设置在涵道筒内并位于唇口的下侧；驱动装置，驱动旋翼；气流转向装置，包含导流筒和控制导流筒绕径向倾斜的舵机装置；导流筒设置在涵道筒内，位于旋翼的下侧；

导流筒的沿半径方向的筒壁弯曲倾斜，该倾斜方向与旋翼的倾斜方向相反，弯曲的凹口方向朝向涵道筒的出口。。

由此可见，通过在涵道内设置气流转向装置，替代驱动电机幅度频繁加减速控制飞行器转向，间接提高了电机的使用寿命；与传统的依靠飞行器的倾转舵机使涵道整体倾转不同，利用舵机装置控制导流筒绕径向倾斜便可控制气流偏转，实现飞行器的转向，可以减少控制舵机装置的功率，降低重量，延长飞行时间。控制气流偏转的导流筒与单片导流片相比，沿涵道的轴线方向，可以采用更小高度尺寸的导流件，更有效约束气流偏转，导流筒沿径向的筒壁倾斜方向与旋翼的倾斜方向相反，可以降低导流筒的风阻，提高气流偏转效率。此外，导流筒直接设置在在涵道筒内，更加靠近旋翼，可以更有效捕获气流，使气流高效偏转。

进一步的，导流筒呈上大下小的锥体。导流筒呈上大下小的锥体有利于使被约束的偏转气流增压，形成较高压的偏转喷射气流，提高涵道动力装置的转向灵活性。

进一步的，导流筒内设置有沿半径延伸的导流片，导流片呈弧形。涵道内的气流为螺旋运动，导流筒内设置的弧形的导流片进一步的桨偏转气流整理顺畅，提高偏转效率。

进一步的，导流片大致位于导流筒周向的中部，将入口划分为位于导流片凹口内侧的第一入口和位于导流片凹口外侧的第二入口，第一入口低于第二入口。导流筒从中位向两侧偏转都可以保证导流筒获取大致相当偏转气流，从而保证导流筒实现可靠的气流双向高效偏转。

进一步的，舵机装置设置在涵道筒内，位于旋翼下侧，舵机装置包括电机和减速齿轮组。电机通过减速齿轮组改变传动比，齿轮传动效率更高，更稳定可靠。节省空间，便于涵道动力装置的安装，减少涵道动力装置甚至整个飞行器的水平风阻。

进一步的，气流转向装置还包括限位机构，当所述舵机装置使导流筒倾转时，使导流筒的摆动；当导流筒位于中位时处于最低点，当导流筒向两侧摆转时，导流筒的入口更靠近旋翼。进一步的提高了导流筒的气流捕获效率和气流偏转效率。

进一步的，限位机构包括固定杆和曲轴；舵机装置通过固定杆固接在涵道筒上，导流筒通过曲轴装配在涵道筒与舵机装置的外壳之间，曲轴一端安装在固定杆上，另一端通过齿轮与减速齿轮组啮合，在曲轴上还安装有与轮齿口啮合的副齿轮。

该机构使得导流筒靠近涵道筒半径方向的外侧设置，而涵道的气流主要集中在涵道筒的内壁附近，可以借助较小的半径方向尺寸，有效利用气流，提高气流的利用率，而提高转向效率。

舵机装置通过内部的电机带动减速齿轮组旋转，由于导流筒通过曲轴与减速齿轮组啮合，故电机机间接带动导流筒旋转一定的角度；为了提高导流筒旋转的稳定性，在舵机装置的外壳开设有轮齿口，曲轴上安装的副齿轮与轮齿口啮合。在转轴旋转过程中，曲轴通过副齿轮绕轮齿口旋转，进一步的提高曲轴绕轴向旋转的稳定性。同时，导流筒在倾转的的过程中会向上抬升，从而越来越靠近旋翼底部，从而获得较大的螺旋气流，提高气流的利用率和偏转效率。

进一步的，导流筒沿径向倾转角度在正负35°的范围内。该范围内可以在较低的风阻下实现较强的气流偏转，气流偏转效率极高。

进一步的，涵道筒内自上而下共轴线布置驱动装置、旋翼和气流转向装置，驱动装置通过导流支架与涵道筒连接，驱动装置为电机；导流支架由安装盘以及环绕安装盘均匀分布的导流板组成；驱动装置安装在安装盘上侧，驱动装置输出轴从安装盘通孔中伸出与旋翼连接。

本发明中，电机直接安装在安装盘上，且导流板靠近安装盘的部分沿竖直方向下降，整体呈V形，通过这一结构能够安装不同型号的电机。现有技术中，安装盘上有一支撑环，支撑环的作用是使其结构更稳固，电机要套在支撑环才能与安装盘固接，直接限制了电机的大小。安装盘反装，电机直接安装在安装盘上，支撑环在电机的另一侧，既能使结构稳固又不限制电机大小。

进一步的，涵道筒的外壁设有保护架，安装部通过螺栓依次与保护架、涵道筒和导流板固接，安装部与安装盘处于同一水平面；涵道筒由上自下沿轴向向内收缩；导流板底部开设有线槽。

本发明中，在导流板中间位置开设有有线槽，控制电机的导线从线槽导入与电机连接，使其结构更紧凑；涵道筒外部套设保护架，使涵道装置不易损坏，同时提高整体美观效果；安装部与安装盘在同一平面上，提高固定的刚度。

进一步的，弧形唇口为圆弧形唇口，其上设置有周向均匀分布的导流槽。

本发明中，在圆弧形唇口上，增加沿径向向外延伸的内凹导流槽，增强涵道唇口位置的整体导流效果，提高了涵道筒的所受拉力。

为实现另一目的，本发明提供了飞行器，其包括机身和上述的涵道动力装置，涵道动力装置安装在机身上。其中飞行器可为二轴飞行器、三轴飞行器、四轴飞行甚至六轴、八轴飞行器。飞行器的旋翼不再需要频繁大幅加减速来控制偏航和平移等飞行姿态，节省能量，延长续航时间。

进一步的，涵道动力装置具有两个，两个涵道动力装置通过机臂对称地分布在所述机身两侧。。该飞行器通过调整导流筒即可实现机身姿态调整，无需驱动整个动力单元倾转，重量轻，结构可靠，续航时间长。

本发明的有益效果为：利用舵机装置控制导流筒绕径向倾斜便可控制气流偏转，实现飞行器的转向，可以减少控制倾转舵机装置的功率，降低重量，延长飞行时间，且整流效率更高、重量更轻、气流转向更灵活，续航时间长、更易操控。

附图说明

图1是本发明飞行器实施例的整体结构示意图；

图2是本发明涵道动力装置实施例的结构示意图；

图3是图2的结构分解示意图；

图4是本发明涵道动力装置实施例中气流转向装置的结构示意图；

图5是本发明涵道动力装置实施例中舵机装置的结构示意图；

图6是本发明涵道动力装置实施例中舵机装置的内部结构示意图；

图7是本发明涵道动力装置实施例中导流筒的结构示意图；

图8是本发明涵道动力装置实施例中舵机装置的结构示意图，其中示出了竖直状态的导流筒与副齿轮的相对位置；

图9是本发明涵道动力装置实施例中舵机装置的结构示意图，其中示出了左侧倾转状态的导流筒与副齿轮的相对位置；

图10是本发明涵道动力装置实施例中舵机装置的结构示意图，其中示出了右侧倾转状态的导流筒与副齿轮的相对位置。

具体实施方式

本发明将通过具体实施例并参照附图进行说明。

涵道动力装置实施例

如图1所示，二轴飞行器包括机身7，以及安装在机身7两侧的涵道动力装置1。

如图2和图3所示，涵道动力装置1包括涵道筒101，设置在涵道筒101内并位于其唇口下侧的旋翼4、驱动旋翼4的驱动装置2，以及连接旋翼4和驱动装置2的导流支架3，其中涵道筒101的弧形唇口102的入口沿径向向外延伸，弧形唇口102上均匀布设有轴向导流槽103；涵道筒101的圆筒体外壁设有保护架104和安装部105，驱动装置2、旋翼4和气流转向装置5自上而下共轴线布置。

导流支架3由设有中心通孔的安装盘301，以及环绕安装盘301均匀分布的底部设有线槽303的导流板302组成，控制电机的导线从线槽303导入与并与控制电机连接，从而结构更紧凑，驱动装置2安装在安装盘301的顶部，驱动装置2输出轴从安装盘301通孔中伸出与旋翼4连接。安装部105通过螺栓依次与保护架104、涵道筒101和导流板302连接。

如图4至图7所示，气流转向装置5包括设置在涵道筒101内并位于旋翼4下侧的导流筒502，以及控制导流筒502绕径向倾斜的舵机装置501，导流筒502的筒壁绕径向倾斜方向与旋翼4的倾斜方向相反。

支撑导流筒502的限位机构6包括将气流转向装置5整体固定在涵道筒101尾端的Γ型固定杆601、通过其将导流筒502铰接在涵道筒101与舵机装置501的圆筒状壳体外壁之间的曲轴602，以及安装在曲轴602上与舵机装置501的圆筒状壳体中部的轮齿口5011啮合的副齿轮603。曲轴602输入端通过齿轮与舵机装置501的减速齿轮组5013啮合。

舵机装置501包括圆筒状壳体、设置在圆筒状壳体内的电机5012，以及其输入轴与电机5012的输出轴啮合的减速齿轮组5013，沿圆筒状壳体的中部圆周对称开设有数量至少为2的轮齿口5011，

导流筒502是上大下小的锥状筒，导流筒502为上大下小的锥体，导流筒502的外壁呈弧形，其内有沿半径延伸的导流片5021，导流片5021也呈弧形。导流片5021大致位于导流筒502周向的中部，将入口划分为位于导流片5021凹口内侧的第一入口5022和位于导流片5021凹口外侧的第二入口5023，第一入口5022低于第二入口5023。

导流筒502未绕径向倾斜即倾转角为0°，处于竖直状态时，副齿轮603与轮齿口5011啮合位在轮齿口5011的左侧中下部，如图8所示。

舵机装置501控制导流筒502绕径向左倾斜最大倾转角为-35°时，副齿轮603与轮齿口5011啮合位在轮齿口5011的右侧中上部，如图9所示。

舵机装置501控制导流筒502绕径向右倾斜最大倾转角为+35°时，副齿轮603与轮齿口5011啮合位在轮齿口5011的右侧中下部，如图10所示。

飞行器实施例

飞行器包括机身和涵道动力装置，涵道动力装置安装在机身上，涵道动力装置可具有两个，通过机臂安装在机身两侧。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。