一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇

本发明属于飞行器设计，具体涉及一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇。

背景技术：

1、垂直起降飞行器兼具固定翼飞行器巡航效率高和旋翼飞行器垂直起降的优点，能够在城市、山区等复杂地形环境中实现快速、高效、安全地运输人员和物品。垂直起降飞行器的出现，将改变传统航空运输模式，提升交通的便捷性和舒适性。目前，垂直起降飞行器的技术发展呈现出加速的趋势，多家企业和机构已经开始研发垂直起降飞行器，并将其应用于城市空中交通、医疗救援、物流配送等领域。

2、现有的垂直起降飞行器可以分为无机翼，升力加巡航，矢量推力这三大类。其中无机翼垂直起降飞行器例如直升机和多旋翼，不具备像固定翼飞机那样获得高巡航速度高续航的潜力；升力加巡航垂直起降飞行器在设备复杂性和重量方面面临着重大挑战，因为巡航和垂直起降两套推进系统可能会导致大量的自重；矢量推力垂直起降飞行器可以将螺旋桨或者涵道风扇进行倾转，巡航和悬停都使用同一个推进系统，但巡航和悬停的效率无法兼顾。

3、倾转涵道飞行器作为矢量推力垂直起降飞行器的重要分支，具有很大的应用前景，这是因为涵道风扇具有比单独螺旋桨更好的气动性能和更小的噪声。涵道风扇由外侧的涵道和内部的螺旋桨组成，涵道可以看成环形机翼，螺旋桨和涵道均可以产生升力。轴对称的涵道可以由一个翼型旋转360°得到。

4、倾转涵道飞行器具有两种飞行模式：在巡航状态下，涵道风扇轴向平行于机身轴线且指向机头方向，此时涵道产生的推力占涵道风扇产生的总推力的比例较小，因此常常使用较薄的涵道，产生更小的阻力；在悬停状态下，涵道风扇轴向垂直向上，涵道产生的推力占涵道风扇产生的总推力的比例很大，甚至可能超过涵道风扇内部螺旋桨产生的推力，因此常常使用唇口较厚的涵道来产生更大的推力。而现有的技术无法同时满足不同阶段的飞行器动力需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，包括弹性涵道前唇、后段刚性涵道外壳、多个前唇可变支撑结构、驱动环和多个液压驱动装置；前唇可变支撑结构包括前唇支撑骨架、固定支架和连杆；前唇支撑骨架与弹性涵道前唇的内型面固连，起到支撑并保持弹性涵道前唇几何气动外形的作用；固定支架安装在后段刚性涵道外壳上，与前唇支撑骨架铰接；连杆一端与驱动环铰接，另一端与前唇支撑骨架铰接，能够使前唇支撑骨架绕固定支架旋转；驱动环与液压驱动装置铰接，受液压驱动装置的驱动上下移动，进而带动连杆完成弹性涵道前唇向外扩展或向回收缩；本发明满足了不同模式下飞行器的动力需求，具有良好的悬停和巡航效率，有效增加了飞行器的续航。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

3、一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，包括弹性涵道前唇、后段刚性涵道外壳、多个前唇可变支撑结构、驱动环和多个液压驱动装置；所述前唇可变支撑结构包括前唇支撑骨架、固定支架和连杆；

4、所述弹性涵道前唇使用弹性材料；所述后段刚性涵道外壳使用刚性材料；所述弹性涵道前唇和后段刚性涵道外壳间无缝连接；

5、所述前唇支撑骨架与弹性涵道前唇的内型面固连，起到支撑并保持弹性涵道前唇几何气动外形的作用；

6、所述固定支架安装在后段刚性涵道外壳上，与前唇支撑骨架铰接；

7、所述连杆一端与驱动环铰接，另一端与前唇支撑骨架铰接，能够使前唇支撑骨架绕固定支架旋转；

8、所述驱动环直径尺寸介于涵道风扇外径与内径之间，与液压驱动装置铰接，受液压驱动装置的驱动上下移动，进而带动连杆完成弹性涵道前唇向外扩展或向回收缩；

9、所述液压驱动装置的底座安装在后段刚性涵道外壳内部。

10、优选地，所述弹性涵道前唇和后段刚性涵道外壳通过胶接方式实现二者之间的无缝连接。

11、优选地，所述弹性材料为热塑性聚气酶弹性体tpu，所述刚性材料为碳纤维或合金。

12、优选的，所述前唇可变支撑结构的数量为36，绕涵道风扇中心轴圆形阵列间隔10°均匀布置，共同支撑弹性涵道前唇的气动几何外形。

13、优选的，所述液压驱动装置包括液压支座和液压活塞杆；所述液压支座安装在后段刚性涵道外壳内部，液压活塞杆在液压支座中做伸缩运动。

14、优选的，所述液压驱动装置数量为4，绕涵道风扇中心轴圆形阵列间隔90°均匀布置，4个液压驱动装置同步驱动驱动环运动，驱动环通过连杆驱动前唇支撑骨架倾转，从而实现所述弹性涵道前唇的扩张和收缩。

15、本发明的有益效果如下：

16、1、本发明中，可变唇口涵道风扇有两种模式：“扩张”模式提供给涵道最大的入流，增加悬停时的推力，此状态下可变唇口涵道风扇与更大尺寸直径的普通涵道风扇的悬停性能相同；“收缩”模式减小巡航时的气动阻力。可变唇口涵道风扇满足不同模式下飞行器的动力需求，具有良好的悬停和巡航效率，有效增加了飞行器的续航。

17、2、本发明中，弹性涵道前唇采用弹性材料，不会在变形中造成缝隙或不规则外形突变等情况，可以最大程度上保证涵道外形的光滑性。

18、3、本发明中，采用驱动环的设计，简单高效地实现涵道风扇唇口扩张和收缩。

技术特征：

1.一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，包括弹性涵道前唇、后段刚性涵道外壳、多个前唇可变支撑结构、驱动环和多个液压驱动装置；所述前唇可变支撑结构包括前唇支撑骨架、固定支架和连杆；

2.根据权利要求1所述的一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，所述弹性涵道前唇和后段刚性涵道外壳通过胶接方式实现二者之间的无缝连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，所述弹性材料为热塑性聚气酶弹性体tpu，所述刚性材料为碳纤维或合金。

4.根据权利要求1所述的一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，所述前唇可变支撑结构的数量为36，绕涵道风扇中心轴圆形阵列间隔10°均匀布置，共同支撑弹性涵道前唇的气动几何外形。

5.根据权利要求1所述的一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，所述液压驱动装置包括液压支座和液压活塞杆；所述液压支座安装在后段刚性涵道外壳内部，液压活塞杆在液压支座中做伸缩运动。

6.根据权利要求1所述的一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，其特征在于，所述液压驱动装置数量为4，绕涵道风扇中心轴圆形阵列间隔90°均匀布置，4个液压驱动装置同步驱动驱动环运动，驱动环通过连杆驱动前唇支撑骨架倾转，从而实现所述弹性涵道前唇的扩张和收缩。

技术总结本发明公开了一种用于倾转涵道飞行器的可变唇口涵道风扇，包括弹性涵道前唇、后段刚性涵道外壳、多个前唇可变支撑结构、驱动环和多个液压驱动装置；前唇可变支撑结构包括前唇支撑骨架、固定支架和连杆；前唇支撑骨架与弹性涵道前唇的内型面固连，起到支撑并保持弹性涵道前唇几何气动外形的作用；固定支架安装在后段刚性涵道外壳上，与前唇支撑骨架铰接；连杆一端与驱动环铰接，另一端与前唇支撑骨架铰接，能够使前唇支撑骨架绕固定支架旋转；驱动环与液压驱动装置铰接，受液压驱动装置的驱动上下移动，进而带动连杆完成弹性涵道前唇向外扩展或向回收缩；本发明满足不同模式飞行器的动力需求，具有良好的悬停和巡航效率，有效增加了飞行器的续航。技术研发人员：刘尧龙,章杰超,徐尚儒,郑耀受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5