一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构

本发明属于支撑结构领域，具体涉及一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构。

背景技术：

1、随着人们对环境保护的日益重视，绿色航空理念越来越深入人心，从而引发了对分布式电动涵道风扇的研制热潮。分布式电动涵道风扇采用电推进系统，相对于传统燃油推进系统，具有更高的功率密度和响应速度。同时电推进系统降低了燃料消耗，减少了二氧化碳等温室气体的排放，从而实现更清洁的飞行。电推进系统本身噪音较低，使得飞机在起飞、降落和低空飞行时噪音水平进一步降低，减少对地面和周围居民的噪音干扰。因此，提供更高效、更环保飞行性能的分布式电动涵道风扇是未来航空领域的重要发展方向。

2、分布式电动涵道风扇将多个小型涵道风扇分布在飞机的不同位置，每个小型涵道风扇由电动机驱动。考虑到涵道风扇安装在飞机上时，由于制造误差、装配误差等各种误差将导致涵道风扇在飞机上的位置和布局存在不平衡情况，从而影响飞机的飞行性能。涵道风扇安装的不平衡将导致飞机在飞行过程中受到不平衡的气动力，影响飞机的稳定性和控制性能。同时不对称安装涵道风扇导致飞机的气动特性发生变化，增加飞行阻力，从而降低飞机的性能和经济型。因此，进行一种可调分布式电动涵道风扇的支撑结构设计是必要的。

3、针对分布式电动涵道风扇的支撑结构需要重点考虑以下问题：(1)如何确保支撑结构能够平衡和传递分布在不同位置的涵道风扇产生的力和扭矩。(2)如何在保证稳定性的前提下使支撑结构尽可能轻量化。(3)如何避免涵道风扇的不平衡安装对飞机性能产生的影响。在查阅了已有专利和文献后，并未发现能够解决上述三个核心问题的支撑结构。因此，有必要设计一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，以解决上述问题。

4、中国发明专利申请cn202110163099.7公开了一种飞机发动机自适应支撑机构，支撑组件包括两个首尾转动连接的支撑件以及多个转动连接于支撑件的驱动件，通过驱动件带动支撑件转动实现支撑机构的角度调整。但是这种角度调节机构零部件过多，产生多余的质量，造成支撑结构质量过大，不适用于分布式电动涵道风扇可调支撑结构。

5、现有文献“魏浩林,樊芸廷,付滋翔等.基于拓扑与尺寸优化的飞机发动机支撑架轻量化设计[j].航空精密制造技术,2021,57(04):1-6.”展示了一种为保证结构轻量化将支撑架设计为管架结构的支撑结构，但是分布式电动涵道风扇远离进气端的支撑件需要支撑一个较大质量的电动机，这种管架结构难以保证支撑结构的稳定性。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提出一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，克服了涵道风扇安装不平衡对飞机飞行性能产生的影响，保证了支撑结构的稳定性和轻量化。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，包括：筒体、轴承、轴承螺栓、螺杆、左端销轴、左端转动块、螺栓、风扇、右端转动块、右端销轴、电动机支撑座、电动机和侧板；所述筒体下端固定在飞机横梁上；轴承外圈通过轴承螺栓与筒体上端中心螺栓孔相互定位；所述轴承内圈内螺纹与螺杆外螺纹啮合；螺杆上端光孔通过左端销轴与左端转动块下端连接；左端转动块上端通过螺栓与风扇靠近进气端中心螺栓孔互相定位；所述右端转动块上端通过螺栓与风扇远离进气端中心螺栓孔互相定位；右端转动块下端通过右端销轴与电动机支撑座上端连接；所述电动机通过螺栓水平固定在电动机支撑座右上端；电动机支撑座下端通过螺栓固定在飞机横梁上；两块所述侧板上端通过螺栓分别固定在电动机支撑座两端；两块侧板下端固定在飞机横梁上。

4、进一步地，两块所述侧板上端通过螺栓与电动机支撑座中心螺纹孔相互定位，两块侧板与飞机横梁构成两个三角形，增加支撑结构的稳定性。侧板中间开了两个对称的三角形减重槽，在保证结构稳定的前提下尽可能使侧板质量最轻。

5、进一步地，所述电动机支撑座右上端要放置一个电动机，下端连接的飞机横梁不是呈水平结构，考虑到结构的稳定性及减重将电动机支撑座设计成工字梁与三角形相结合的结构，保证了支撑结构的稳定性，同时达到了减重的效果。

6、进一步地，所述分布式电动涵道风扇可调支撑结构是一种风扇俯仰可调的支撑结构，调节过程为：轴承内圈通过8个球体与轴承外圈连接，保证轴承内圈发生转动且不滑动；轴承内圈内螺纹与螺杆外螺纹啮合，轴承内圈转动带动螺杆上下滑动；螺杆滑动带动左端销轴与左端转动块滑动；由于右端销轴纵向固定，左端转动块和右端转动块相对左端销轴和右端销轴转动，从而实现风扇俯仰可调。

7、进一步地，所述轴承内螺纹和螺杆外螺纹都为左旋螺纹，螺距为1mm，当轴承内圈顺时针转动一圈时螺杆上移1mm。同时左端销轴和右端销轴重心在同一水平线上。因此，假设左端销轴和右端销轴重心间距为y，轴承内圈顺时针转动x圈，则风扇顺时针的俯仰调节角度α为：同理可得风扇逆时针的俯仰调节角度。

8、进一步地，所述右端转动块和电动机支撑座开有圆角矩形槽为电动机外接线引入风扇的通道。

9、本发明的有益效果包括：

10、(1)本发明所述分布式电动涵道风扇可调支撑结构利用三角形的稳定性使其能够平衡和传递分布在不同位置的涵道风扇产生的力和扭矩。

11、(2)通过开设减重槽使支撑结构轻量化。

12、(3)本发明中电动涵道风扇支撑结构的可调设计，提高了涵道风扇的安装精度，保证了飞机的高性能飞行。

技术特征：

1.一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：包括筒体(1)、轴承(2)、轴承螺栓(3)、螺杆(4)、左端销轴(5)、左端转动块(6)、螺栓(7)、风扇(8)、右端转动块(9)、右端销轴(10)、电动机支撑座(11)、电动机(12)和侧板(13)；所述筒体(1)的下端固定在飞机横梁上；轴承(2)的外圈通过轴承螺栓(3)与筒体(1)的上端中心螺栓孔相互定位；所述轴承(2)的内圈内螺纹与螺杆(4)的外螺纹啮合；螺杆(4)的上端光孔通过左端销轴(5)与左端转动块(6)的下端连接；左端转动块(6)的上端通过螺栓与风扇(8)靠近进气端中心螺栓孔互相定位；所述右端转动块(9)上端通过螺栓(7)与风扇(8)远离进气端中心螺栓孔互相定位；右端转动块(9)下端通过右端销轴(10)与电动机支撑座(11)连接；所述电动机(12)通过螺栓水平固定在电动机支撑座(11)上端；电动机支撑座(11)下端通过螺栓固定在飞机横梁上；两块所述侧板(13)上端通过螺栓分别固定在电动机支撑座(11)的两端；两块侧板(13)的下端固定在飞机横梁上。

2.根据权利要求1所述的一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：两块所述侧板(13)的上端通过螺栓与电动机支撑座(11)的中心螺纹孔相互定位，两块侧板(13)与飞机横梁构成两个三角形，增加支撑结构的稳定性；侧板(13)中间开设两个对称的三角形减重槽。

3.根据权利要求1所述的一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：所述电动机支撑座(11)的右上端放置一个电动机(12)，电动机支撑座(11)为工字梁与三角形相结合的结构。

4.根据权利要求1所述的一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：所述分布式电动涵道风扇可调支撑结构可进行风扇俯仰的调节，轴承(2)的内圈通过8个球体与轴承(2)的外圈连接，保证轴承(2)的内圈发生转动且不上下滑动；轴承(2)的内圈内螺纹与螺杆(4)的外螺纹啮合，轴承(2)的内圈转动带动螺杆(4)上下滑动；螺杆(4)滑动带动左端销轴(5)与左端转动块(6)滑动；左端转动块(6)和右端转动块(9)相对左端销轴(5)和右端销轴(10)转动，从而实现风扇俯仰可调。

5.根据权利要求1所述的一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：所述轴承(2)的内螺纹和螺杆(4)的外螺纹均为左旋螺纹，螺距为1mm，当轴承(2)的内圈顺时针转动一圈时螺杆(4)上移1mm；同时左端销轴(5)和右端销轴(10)的质心在同一水平线上；假设左端销轴(5)和右端销轴(10)的质心间距为y，轴承(2)的内圈顺时针转动x圈，则风扇(8)顺时针的俯仰调节角度α为：同理获得风扇(8)逆时针的俯仰调节角度。

6.根据权利要求1所述的一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构，其特征在于：所述右端转动块(9)和电动机支撑座(11)开有圆角矩形槽作为电动机(12)的外接线引入风扇(8)的通道。

技术总结
本发明涉及一种分布式电动涵道风扇可调支撑结构。可调支撑结构通过前后双支点与飞机横梁连接。前支点靠近风扇进气端，通过一个升降驱动件与飞机连接。升降驱动件由筒体、轴承、螺杆、销轴和转动块组成，筒体与轴承固定，轴承内圈与螺杆通过螺纹联接，螺杆通过销轴与转动块连接，转动块与风扇固定，在螺杆上下移动时风扇俯仰可调。后支点位于风扇排气端，通过一个支撑件与飞机连接。支撑件由转动块、销轴、电动机支撑座和两块侧板组成，转动块通过销轴与电动机支撑座连接，两个侧板连接在电动机支撑座两边，电动机支撑座和侧板开设减重槽。本发明利用三角形的稳定性确保支撑结构的稳定性，通过减重槽设计减轻支撑结构的质量。

技术研发人员：刘茜,刘星月,胡殿印,毛建兴,张晓杰,刘海燕
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27