基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法

本发明涉及航空航天领域，具体讲是基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法。

背景技术：

1、电推进涵道风扇，作为近年来电动飞行器的研究热点。与传统飞行器吊舱式的设计布局相区别，目前飞机的设计方向更偏向飞发一体化设计，所以受制于飞行器尺寸的限制，电机的结构和电机的散热设计尤为关键。

2、如e vtol(electric vertical-takeoff and landing)航空器在垂直起降和悬停阶段需要持续的大功率输出，电机及控制器功率器件会出现快速的温升，当电机内部温度超过绝缘材料的耐温限值，不仅会降低电机的功率输出，还会造成永磁体不可逆的退磁，影响电机的寿命和可靠性。并且大型电推进飞行器的涵道风扇还多为分布式布局，多个涵道风扇并联亦会导致发热量集中，如其运用在军事领域，发热的过度集中对其隐身性也是一个巨大的考验，因此高效的散热设计对于飞行器的效率、耐用性、安全性至关重要。

3、综上所述，目前在涵道风扇散热设计方面还存在如下难点：

4、(1)涵道风扇电机安装在小尺寸轮毂内，安装空间小、结构复杂，轻量化要求高，难以布置散热效率较高的液冷系统；

5、(2)传统电机内部散热相较与液冷效率更低，且受环境温度、湿度、流场特性影响大，所以为保证电机在湿热、盐雾工作环境下可靠性，电机通常采取封闭处理，单纯依靠轮毂外壳传导散热的效率较低；

6、(3)高转速风扇在轮毂外侧安装散热翅片，如此不仅增加结构质量，还会改变涵道风扇的内部流场，降低涵道风扇的力效，对散热结构设计造成阻碍。

技术实现思路

1、为了解决上述不足，本发明提供一种基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，本发明是在涵道风扇的轮毂(静叶轮毂)和动力电机表面间开设散热流道，在不改变原来轮毂(静叶轮毂)直径参数的情况下，使得通过风扇转子叶根的一部分气流被引入预先设计的散热流道内，与电机表面产生强烈的对流换热，以此达到使电机降温的目的。

2、具体的，基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，包括如下步骤：

3、在电机表面和轮毂之间形成沿电机轴线方向延伸呈环状的气体流道；

4、转子域的高速气体进入所述气体流道内，与电机表面产生强烈的对流换热，形成冲击散热；

5、在所述气体流道的进气端开设加速气体进入气体流道的进口段；

6、所述进口段的进气侧高于出气侧，并沿电机轴线方向向下倾斜；所述气体流道与进口段的出气侧连通，并形成散热流道。

7、可选的，所述进口段至少通过第一参数、第二参数进行约束，

8、所述第一参数是静叶前缘到散热进口的距离，取值范围为：2％倍电机长度～6％倍电机长度；

9、所述第二参数是电机前端到散热进口拐点的距离，取值范围为：2％～14％倍电机长度。

10、优选的，对第一参数和第二参数进行二次曲线拟合或在拐角处倒圆角做弧形过渡处理。

11、可选的，所述进口段的形成方式是：

12、在轮毂前端的位置进行环形开槽，形成进口段；所述位置为轮毂前端到静叶根部之间的光滑段。

13、可选的，在电机表面和轮毂之间形成有四条气体流道，环形开槽形成的进口段与四条所述气体流道连通，形成散热流道。

14、可选的，所述气体流道的形成方式是：

15、电机与轮毂存在安装间隙，将原本支撑垫去掉，改用4片流线型翼片进行两者支撑，相邻翼型之间形成四条气体流道。

16、本发明具有如下优点：

17、本发明可移植能力强、且不需要额外的冷却介质、且能够有效降低电机表面的温度；同时本发明不增加轮毂(静叶轮毂)直径参数，有利于涵道风扇的外部一体化设计。并且不影响电机外轮毂流场，总损失推力不超过5％。

18、本发明将射流冲击散热思想引入电推进涵道风扇一体化散热设计中，通过设计参数的控制，寻找最佳散热流道进口设计，在涵道风扇散热设计上大大减轻了结构复杂性，在保证推力损失不超过5％的条件下，达到预期的降温效果，延长电机的工作寿命。

技术特征：

1.基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：所述进口段至少通过第一参数、第二参数进行和第三参数约束，

3.根据权利要求2所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：对第一参数和第二参数进行二次曲线拟合或在拐角处倒圆角做弧形过渡处理。

4.根据权利要求1所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：所述进口段的形成方式是：

5.根据权利要求4所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：在电机表面和轮毂之间形成有四条气体流道，环形开槽形成的进口段与四条所述气体流道连通，形成散热流道。

6.根据权利要求1所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：所述气体流道的形成方式是：

7.根据权利要求1所述基于射流冲击的涵道风扇电机散热方法，其特征在于：所述气体流道的形成方式是：

技术总结本发明公开了一种基于射流冲击的涵道风扇电机散热设计方法，包括在电机表面和轮毂之间形成4条沿电机轴线方向延伸的环状气体流道；转子域的高速气体进入所述气体流道内，与电机表面产生强烈的对流换热，形成冲击散热；在所述气体流道的进气端开设加速气体进入气体流道的进口段；所述进口段的进气侧高于出气侧，并沿电机轴线方向向下倾斜；该所述气体流道与进口段的出气侧连通，并形成散热流道。本发明是在涵道风扇的轮毂(静叶轮毂)和动力电机表面间开设散热流道，在不改变原来轮毂(静叶轮毂)直径参数的情况下，使得通过风扇转子叶根的一部分气流被引入预先设计的散热流道内，与电机表面产生强烈的对流换热，以此达到使电机降温的目的。技术研发人员：鹿哈男,唐鑫,王磊,李秋实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：2024/7/29