开槽涵道式卷流旋翼飞行器的制作方法

本实用新型属于航空技术领域，主要涉及一种开槽涵道式卷流旋翼飞行器。

背景技术：

一般的扇翼飞行器可以通过翼型前缘横流风扇的高速旋转，使横流风扇内部产生较大的低压涡，从而在翼型前缘上下表面产生较大的压差，使得扇翼飞行能够在低速时产生较大升力，并向后缘排出气流产生推力。而卷流旋翼不同于常见的扇翼飞行器，其采用的是旋转扇翼布局，并使用动力装置对横流风扇进行驱动。由于扇翼在低速时就可以提供很大的升力和前进的推力，因此，在不用额外动力的驱动下，整个卷流旋翼就能够实现自转。卷流旋翼与普通旋翼最大的区别就在于其旋翼是自转的，不需要采取相关的一些措施来平衡反扭矩，减少了很多传动装置，使得结构更加简单，重量得以减轻。扇翼翼型几乎不会失速，所以没有失速迎角的限制，气动效率更高。此外，虽然卷流旋翼可以进行自转，但它与自转旋翼机又有很大的区别。自转旋翼机需要外部推力装置作为前进的动力，必须要有一定的前飞速度才能实现旋翼的自转，也无法实现悬停。而卷流旋翼飞行器不需要外部装置来提供推力，而且可以实现悬停。

在相同的安装角时，带有涵道的旋翼产生的诱导速度比孤立旋翼的诱导速度大，从而导致涵道内桨叶的实际迎角减小，使得旋翼拉力减小，但是涵道也能够产生一部分额外的附加升力，使得整个结构的总升力比孤立旋翼的升力要大。所以，涵道体结构设计的合理与否也直接关系到涵道旋翼整体性能的好坏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种开槽涵道式卷流旋翼飞行器。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

开槽涵道式卷流旋翼飞行器，包含开槽涵道，卷流旋翼、支撑横梁和偏航模块；

所述开槽涵道在其涵道内壁上设有用于抑制桨尖涡的产生、减小翼尖损失的凹槽；

所述支撑横梁包含连接环和至少两根支撑杆，其中，所述连接环和所述开槽涵道同轴设置；所述支撑杆均匀设置在连接环和开槽涵道之间，一端和所述连接环固定相连，另一端和所述开槽涵道的内壁固定相连；

所述偏航模块包含至少三个均匀设置在所述连接环和开槽涵道之间的偏航单元；

所述偏航单元包含偏航转轴、偏航舵面和偏航舵机，其中，所述偏航转轴一端和所述连接环固定相连，另一端和所述开槽涵道的内壁固定相连；所述偏航舵面设置在偏航转轴上，能够绕所述偏航转轴自由转动；所述偏航舵机设置在所述偏航转轴上，用于调整所述偏航舵面在所述偏航转轴上的角度；

所述卷流旋翼包含桨毂和至少三片扇翼桨叶；

所述桨毂的转轴的下端和所述连接环固定相连；

所述扇翼桨叶包含桨根、桨尖、前缘和后缘，其中，桨根和所述桨毂固定相连，桨尖伸入开槽涵道的槽口中，前缘上设有横流风扇，后缘上设有变距舵面，且桨根上设有用于驱动所述横流风扇的电机；

所述横流风扇用于在高速旋转时内部产生低压涡、在桨叶前缘上下表面产生较大的压差、并向后缘排出气流产生推力，使得其对应的扇翼桨叶在不用额外动力的驱动下实现自转。

作为本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器进一步的优化方案，还包含伸缩机械手，所述伸缩机械手设置在所述连接环的下端，用于进行抓取和装载。

作为本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器进一步的优化方案，还包含起落架，所述所述起落架设置在所述连接环的下端。

作为本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器进一步的优化方案，所述支撑杆的数量为三根。

作为本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器进一步的优化方案，所述偏航单元的数量为三个。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.与普通旋翼相比，卷流旋翼的扇翼翼型几乎不会失速，所以没有失速迎角的限制，气动效率更高。而且卷流旋翼是自转的，不会产生反扭矩，不需再在涵道体内添加导流片来平衡反扭矩，可以使得结构更加简单，也在很大程度上减轻了重量。所以，在相同功率的情况下，使用卷流旋翼可以得到更大的升力。

2.在考虑桨叶挥舞运动的前提下，采取在涵道内壁开槽的方式。与普通的无开槽涵道相比，内壁开槽的涵道一方面可以有效抑制带有能量损失和升力损失的桨尖涡的产生，提高旋翼效率，另一方面也可以增大桨叶的半径，从而提供更大的升力。

附图说明

图1是本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器的整体布局图；

图2是本实用新型开槽涵道式卷流旋翼飞行器的结构示意图；

图3是本实用新型中卷流旋翼的结构示意图；

图4是本实用新型中卷流旋翼的单个扇翼桨叶的横截面示意图；

图5是本实用新型中动力装置的结构示意图；

图6是本实用新型中开槽涵道的剖面示意图。

图中，1-开槽涵道，2-卷流旋翼，3-支撑横梁，4-偏航舵面，5-伸缩机械手，6-起落架，7-桨毂，8-扇翼桨叶，9-变距舵面，10-横流风扇，11-扇翼桨叶上横流风扇的固定面，12-电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步描述和说明。

如图1和2所示，本实用新型公开了一种开槽涵道式卷流旋翼飞行器，包含开槽涵道，卷流旋翼、支撑横梁、偏航模块、伸缩机械手和起落架；

如图6所示，所述开槽涵道在其涵道内壁上设有用于抑制桨尖涡的产生、减小翼尖损失的凹槽；

所述支撑横梁包含连接环和至少两根支撑杆，其中，所述连接环和所述开槽涵道同轴设置；所述支撑杆均匀设置在连接环和开槽涵道之间，一端和所述连接环固定相连，另一端和所述开槽涵道的内壁固定相连；

所述偏航模块包含至少三个均匀设置在所述连接环和开槽涵道之间的偏航单元；

所述偏航单元包含偏航转轴、偏航舵面和偏航舵机，其中，所述偏航转轴一端和所述连接环固定相连，另一端和所述开槽涵道的内壁固定相连；所述偏航舵面设置在偏航转轴上，能够绕所述偏航转轴自由转动；所述偏航舵机设置在所述偏航转轴上，用于调整所述偏航舵面在所述偏航转轴上的角度；

所述卷流旋翼包含桨毂和至少三片扇翼桨叶；

所述桨毂的转轴的下端和所述连接环固定相连；

所述扇翼桨叶包含桨根、桨尖、前缘和后缘，其中，桨根和所述桨毂固定相连，桨尖伸入开槽涵道的槽口中，前缘上设有横流风扇，后缘上设有变距舵面，且桨根上设有用于驱动所述横流风扇的电机；

所述横流风扇用于在高速旋转时内部产生低压涡、在桨叶前缘上下表面产生较大的压差、并向后缘排出气流产生推力，使得其对应的扇翼桨叶在不用额外动力的驱动下实现自转；

所述伸缩机械手设置在所述连接环的下端，用于进行抓取和装载。

所述所述起落架设置在所述连接环的下端。

所述支撑杆的数量为三根，所述偏航单元的数量为三个。

以下进行详细介绍：

1. 升力系统

（1）升力系统的组成

如图3所示，开槽涵道式卷流旋翼飞行器的升力系统主要由两个部分组成：第一部分为涵道体内的卷流旋翼，由三片扇翼桨叶构成，用于提供大部分升力；第二部分为外部的开槽涵道，用于提供一小部分的辅助升力。

（2）卷流旋翼

如图3、图4和图5所示，卷流旋翼由三片旋转的扇翼桨叶构成，使用电机对桨叶翼型前缘的横流风扇进行驱转，使其进行高速旋转，进而使横流风扇内部产生较大的低压涡，在翼型前缘上下表面产生较大的压差，使得扇翼桨叶能够在低速旋转时产生较大升力，并向后缘排出气流产生推力。因此，在不用额外动力的驱动下，整个卷流旋翼就能够实现自转。卷流旋翼与普通旋翼最大的区别就在于其旋翼是自转的，不需要采取相关的一些措施来平衡反扭矩，减少了很多传动装置，使得结构更加简单，重量得以减轻。更值得一提的是，扇翼翼型几乎不会失速，所以没有失速迎角的限制，气动效率更高。

需要说明的是，如果横流风扇所使用的是直条扇叶，气流旋转后有可能无法排出，会引起振动。如果采用斜条扇叶，气流旋转后不会同时进入扇体内，就可以避免气流的阻塞，从而减小振动。

（3）涵道体结构

开槽涵道式卷流旋翼飞行器的开槽涵道将翼型的尾端截去，并在桨盘平面内开凹槽，使卷流旋翼的桨尖部分处于涵道体内，可以有效地减小翼尖损失，提高升力。

2. 支撑机构

开槽涵道式卷流旋翼飞行器内部的支撑结构为三根支撑杆，并在支撑横梁下安装可折叠的起落架。在其同一水平面内，另外还装有三片偏航舵面。支撑结构与涵道体结构固定连接。

3. 动力装置

开槽涵道式卷流旋翼飞行器的每片扇翼桨叶的桨根部位都装有一台电机，直接带动横流风扇进行转动。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。