无人机协同射流的可变进气涵道、螺旋桨及无人机

本发明涉及航空器，尤其是涉及一种用于宽域工况的无人机协同射流的可变进气涵道、螺旋桨及无人机，能够改善有轴涵道内外表面的气体流动，提升了无人机推进系统的运转效率，保证了无人机在宽域工况下的飞行稳定性。

背景技术：

1、在现代航空工业中，无人机的研究及其应用越来越广泛，尤其推进系统的设计是确保无人机动力及安全飞行的关键因素。采用螺旋桨推进的无人机通常飞行工况复杂，尤其面向临近空间应用的无人机在爬升、巡航、下降等飞行过程中需经历宽域的飞行高度和飞行速度的变化，此类飞行工况将对螺旋桨推进系统效率造成负面影响，传统的螺旋桨推进系统设计难以满足无人机在宽域飞行工况下的应用。为缓解上述问题，近年来，翼型变弯度技术已逐渐引入到增升、增效的螺旋桨翼型、机翼翼型的设计及应用中。

2、结合翼型变弯度技术，引出了主动流动控制的概念。主动流动控制基于流体力学中的康达尔效应(coanda effect)，即附壁效应，使气流有离开原流动方向，改为随凸出的物体表面流动的倾向，应用在飞机设计中，即利用额外引入的气流在翼型上表面或下表面吹气，以改善翼型表面的气流流动，可按工况需求来调节翼型上下表面的压力差，达到类似连续变弯度翼型调节升力的效果。由于主动流动控制中引入了额外气流，也叫射流，与翼型主流将发生一定的耦合掺混作用，因此也称其为协同射流。自2010年代以来，本领域的学者在协同射流方面有了一定的研究成果，涉及无人机设计，对协同射流在翼型设计上的应用进行了大量影响因素分析，如吹气口与吸气口的气流型式、吹气与吸气角度、吹气与吸气相对弦长位置对调节翼型上下表面压力差的影响，以及对翼型表面气流分离的延迟作用。

3、同时，近年来螺旋桨推进系统本身从增效降耗的角度出发，研究开发并应用了涵道螺旋桨，相比于传统螺旋桨系统，涵道结构本体将产生附加拉力，显著提升了同桨盘直径螺旋桨的推进效率。然而，涵道螺旋桨由于其结构限制带来了附加问题，由于螺旋桨与涵道壁相对转动，其设计时必然使桨尖与涵道内壁存在间隙。此间隙将引起桨尖涡，造成推进系统能量乃至气动效率损失。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种无人机协同射流的可变进气涵道、螺旋桨及无人机，能够优化涵道螺旋桨主流和射流的掺混效果，提升涵道螺旋桨在宽域工况下的推进效率，拓宽无人机在不同飞行高度及飞行速度等场景下的应用范围和灵活性。

2、根据本发明一个方面的发明构思，提供一种无人机协同射流的可变进气涵道，包括：

3、涵道内侧壁，呈筒状；

4、涵道外侧壁，呈筒状且具有一安装腔室，所述涵道外侧壁套在所述涵道内侧壁外侧，所述涵道外侧壁的前端环布设置有多个分瓣式唇口，后端设置有涵道尾缘，其中，所述涵道外侧壁、所述涵道内侧壁和所述涵道尾缘共同围设成一环形通道，所述涵道内侧壁的前端与所述涵道外侧壁的前端形成吹气口，所述涵道内侧壁与所述涵道尾缘形成进气口；

5、协同射流装置，包括：

6、多个隔板，沿所述环形通道的轴向布置，并形成多个连通所述吹气口和所述进气口的风道；

7、压缩泵，设置在所述风道内；

8、可变进气装置，包括：

9、驱动组件，设置在所述安装腔室内，所述驱动组件与所述分瓣式唇口传动连接，用以驱动所述分瓣式唇口沿所述涵道内侧壁、所述涵道外侧壁的轮廓向前向下变形，以改变唇口翼型。

10、可选的，所述风道从所述压缩泵所在区域沿轴线方向向两端延伸均为扩口形状。

11、可选的，所述分瓣式唇口内侧壁上半部和下半部分别设置有上耳板和下耳板，所述驱动组件包括：

12、移动框，沿进气涵道轴线方向可移动的设置在所述安装腔室内，所述移动框在沿进气涵道径向方向的内端通过下连杆与所述下耳板铰接，所述移动框在沿进气涵道径向方向的外端通过上连杆与所述上耳板铰接；

13、直线运动机构组件，设置在所述安装腔室内；

14、传动杆，两端分别与所述直线运动机构组件和所述移动框连接。

15、可选的，所述驱动组件还包括：

16、弹簧，一端与所述移动框的外端连接，另一端与所述分瓣式唇口内侧壁上耳板上方区域连接。

17、可选的，所述驱动组件还包括：

18、整体推进框，呈环形，可滑动的设置在所述安装腔室内，其中，所述直线运动机构组件的输出端与所述整体推进框连接，用以推动所述整体推进框在所述安装腔室内沿进气涵道轴线方向平移；

19、平衡摇臂，可转动的设置在所述安装腔室内，所述平衡摇臂的一端与所述传动杆铰接，另一端通过连杆与所述整体推进框铰接。

20、可选的，无人机协同射流的可变进气涵道还包括：

21、多个整流片，分别设置在相邻的两个所述分瓣式唇口之间。

22、可选的，所述吹气口设置在翼型距前缘10%~15%弦长处；和/或

23、所述进气口设置在翼型距后缘15%~20%弦长处；和/或

24、所述分瓣式唇口设置在翼型距前缘5%~10%弦长处。

25、可选的，所述直线运动机构组件包括以下任一：电动缸、气缸、电动伸缩杆和舵机。

26、根据本发明另一个方面的发明构思，还提供一种可变进气涵道螺旋桨，包括：如前所述的可变进气涵道。

27、根据本发明又一个方面的发明构思，还提供一种无人机，包括：如前所述的可变进气涵道螺旋桨。

28、同现有技术相比，本发明提供的无人机协同射流的可变进气涵道、螺旋桨及无人机具有以下有益且显著的技术效果：

29、（1）更适用于面向经历宽域飞行高度及飞行速度的无人机，根据实时飞行工况调整进气量，满足推力要求的同时降低推进系统功耗。

30、（2）变唇口翼型轮廓通过直线舵机驱动直线运动机构组件的方式实现，并对根据环形涵道结构特点进行相应尺寸的分瓣式唇口设计，保证变流量过程中涵道的剖面翼型连续平滑变化。

31、（3）可实现连续调节涵道螺旋桨的进气量，实现推力连续可控。

32、（4）面向宽域工况应用时，可改变协同装置相关参数（吹气口质量流量、进气口质量流量等）及可变唇口机构参数（直线运动机构组件行程等），通过二者协同作用，达到优化的涵道螺旋桨主流和射流的掺混效果，进一步提升涵道螺旋桨在宽域工况下的推进效率。

33、（5）推进系统总成，可根据无人机飞行指标分别对涵道结构、协同射流结构及变唇口机构进行优化设计，满足使用要求。

技术特征：

1.一种无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，所述风道从所述压缩泵所在区域沿轴线方向向两端延伸均为扩口形状。

3.根据权利要求1所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，所述分瓣式唇口内侧壁上半部和下半部分别设置有上耳板和下耳板，所述驱动组件包括：

4.根据权利要求3所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，所述驱动组件还包括：

5.根据权利要求3所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，所述驱动组件还包括：

6.根据权利要求1所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，

8.根据权利要求3所述的无人机协同射流的可变进气涵道，其特征在于，所述直线运动机构组件包括以下任一：电动缸、气缸、电动伸缩杆和舵机。

9.一种可变进气涵道螺旋桨，其特征在于，包括：

10.一种无人机，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供了一种无人机协同射流的可变进气涵道、螺旋桨及无人机，可变进气涵道包括：涵道内侧壁；涵道外侧壁，套在涵道内侧壁外侧，具有一安装腔室，涵道外侧壁的前端环布设置有多个分瓣式唇口，后端设置有涵道尾缘，涵道外侧壁、涵道内侧壁、涵道尾缘共同围设成一环形通道，涵道内侧壁的前端与涵道外侧壁的前端形成吹气口，涵道内侧壁与涵道尾缘形成进气口；协同射流装置，包括：多个隔板，沿环形通道的轴向布置，并形成多个连通吹气口和进气口的风道；压缩泵，设置在风道内；可变进气装置，包括：驱动组件，设置在安装腔室内，驱动组件与分瓣式唇口传动连接，用以驱动分瓣式唇口沿涵道内侧壁、涵道外侧壁的轮廓向前向下变形，以改变唇口翼型。技术研发人员：董安琪,张淼,刘亚南,凡洪林,尚栢荣,梁浩受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/26