一种涵道螺旋翼及制作方法与流程

本发明属于航空电推进系统，尤其是涉及飞行器，具体涉及一种涵道螺旋翼及制作方法。

背景技术：

1、涵道螺旋翼因其安全性高、噪声低、气动效率优于开放式旋翼而被广泛应用于电动垂直起降飞行器（evtol）、大型货运无人机及特种航空器动力装置。

2、传统涵道螺旋翼存在以下技术缺陷：第一，被动升力挖掘不足，涵道主要被视为桨叶的保护罩和流场整流装置，其唇口、扩散器壁面等本可产生显著升力的区域未进行翼型化设计，被动升力通常仅占总升力的10%-20%。第二，结构重量冗余且刚度不足，传统设计采用厚壁均质涵道壳体，且气动面需要独立的支撑框架，导致结构件数量多、重量大；同时缺乏有效的纵向和环向刚度传递路径，难以支持非对称的两点连接方式。

技术实现思路

1、本发明提供一种涵道螺旋翼及制作方法，解决现有技术中的涵道螺旋翼被动升力不足、结构重量冗余且刚度不足的问题，通过在涵道内壁不同压力区设置至少两个翼型化被动升力面，并将涵道壳体内壁的多个轴向加强肋中至少部分同时用作所述被动升力面的支撑骨架，同时在涵道壳体外壁设置多个环形加强肋，使涵道整体成为升力产生装置并提高整体刚度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种涵道螺旋翼，包括有涵道壳体，所述涵道壳体为薄壁回转结构；

4、所述涵道壳体的内壁在至少两个不同压力区设有翼型化被动升力面，所述翼型化被动升力面为所述涵道壳体壁面构成或附接于所述涵道壳体壁面的翼型化曲面；所述涵道壳体的内壁设有多个轴向加强肋，所述涵道壳体的外壁设有多个环形加强肋；

5、所有的轴向加强肋中至少部分同时构成所述翼型化被动升力面的支撑骨架，所述支撑骨架在所述翼型化被动升力面安装位置处的截面尺寸大于所述支撑骨架在其他位置处的截面尺寸。

6、进一步的，所述翼型化被动升力面包括位于涵道上部负压区的上翼型面和位于涵道下部正压区的下翼型面；所述上翼型面设置于涵道上唇口内侧负压区，其安装攻角为3°-10°；所述下翼型面设置于涵道下扩散器段正压区，其具有s型曲线轮廓，扩张比为1.2-1.5，静压恢复系数大于0.80。

7、进一步的，还包括多个上导流板和多个下导流板，所述上导流板、下导流板为独立于所述上翼型面、下翼型面的翼型板件，所述上导流板、下导流板均具有翼型截面，在涵道内气流作用下产生被动升力；

8、多个所述上导流板沿周向分布并经过涵道圆心，每个上导流板的两端分别固定于所述上翼型面；多个所述下导流板沿周向分布并经过涵道圆心，每个下导流板的两端分别固定于所述下翼型面；所述上导流板、下导流板与所述轴向加强肋、环形加强肋共同构成涵道的空间刚度框架，所述空间刚度框架用以提高涵道螺旋翼的整体刚度。

9、进一步的，所述涵道壳体为纤维增强复合材料薄壁圆筒，其壁厚为0.8-2.0mm；

10、多个所述轴向加强肋沿周向均匀分布于涵道壳体内壁，多个所述环形加强肋沿轴向均匀分布于涵道壳体外壁；其中至少一根轴向加强肋的位置与所述翼型化被动升力面的安装位置重合，且重合位置的轴向加强肋高度大于非重合位置的轴向加强肋高度。

11、进一步的，还包括有设置于所述涵道壳体内的转子环和固定于所述涵道壳体的定子；

12、所述转子环内侧固定有桨叶，桨叶根部向圆心方向延伸，中心区域形成直径不小于50mm的无阻塞通流区；

13、所述定子为无铁芯定子，以非金属复合材料为骨架，配合halbach阵列永磁外转子维持气隙磁密。

14、进一步的，还包括设置于所述涵道壳体外壁的两个连接接口，所述两个连接接口沿圆周方向非对称分布，相邻连接接口之间的圆心角为60°-120°，所述连接接口用以将螺旋翼的全部载荷传递至外部承载体；

15、所述涵道内径为800-3500mm，系统额定升重比大于4，额定力效大于7g/w。

16、一种提升涵道螺旋翼被动升力并降低系统自重的制作方法，包括以下步骤：

17、s01、在涵道螺旋翼的涵道内壁不同压力区构建至少两个翼型化被动升力面，所述翼型化被动升力面按额定工作转速的气动载荷进行协同设计，使涵道整体作为升力产生装置，被动升力占总升力的30%以上；

18、s02、在涵道壳体内壁设置多个轴向加强肋，在涵道壳体外壁设置多个环形加强肋，将所有的轴向加强肋中至少部分同时用作所述翼型化被动升力面的支撑骨架，且使该支撑骨架在所述翼型化被动升力面安装位置处的截面尺寸大于其他位置处的截面尺寸。

19、进一步的，在步骤s01中，所述翼型化被动升力面包括位于涵道上部负压区的上翼型面和位于涵道下部正压区的下翼型面；

20、还包括设置多个上导流板和多个下导流板，所述上导流板、下导流板均具有翼型截面并在涵道内气流作用下产生被动升力，多个所述上导流板经过涵道圆心且两端分别固定于所述上翼型面，多个所述下导流板经过涵道圆心且两端分别固定于所述下翼型面，所述上导流板、下导流板与所述轴向加强肋、环形加强肋共同构成涵道的空间刚度框架，以支持通过圆周方向非对称布置的两个连接接口与外部承载体固定连接。

21、本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

22、1、本发明所述的涵道螺旋翼中，在涵道壳体的内壁在至少两个不同压力区设有翼型化被动升力面，能够在涵道内部气流作用下产生气动升力；轴向加强肋中至少部分同时构成所述翼型化被动升力面的支撑骨架，且该支撑骨架在所述翼型化被动升力面安装位置处的截面尺寸大于所述支撑骨架在其他位置处的截面尺寸。所述翼型化被动升力面按额定工作转速的气动载荷进行协同设计，使涵道整体作为升力产生装置，被动升力占总升力的30%以上；

23、通过本发明所述的制作方法，涵道螺旋翼被动升力大幅提升，通过多被动升力面协同构型，被动升力可达总升力的30%-45%，较传统涵道螺旋翼提升2-4倍；

24、2、上导流板、下导流板则是独立于翼型面的翼型板件，沿径向布置、经过涵道圆心且两端分别固定于上翼型面、下翼型面，既在气流中产生被动升力，又作为加强件提高所固定翼型面的刚度；

25、3、上导流板、下导流板与涵道壳体内壁的轴向加强肋、外壁的环形加强肋处于同一结构层级，共同构成涵道的空间刚度框架，提高涵道螺旋翼整体刚度，支持通过圆周方向非对称布置的两个连接接口与外部承载体固定连接；

26、4、结构刚度显著提高，支持非对称两点连接。上、下导流板经过涵道圆心、两端固定于上、下翼型面，分别构成张弦梁式加强结构，显著提高翼型面局部抗弯刚度；同时与轴向加强肋、环形加强肋共同构成径向-纵向-环向的空间刚度框架，使两点连接方案在结构上可行；

27、5、气动-结构一体化效率高，将轴向加强肋兼作翼型化被动升力面的支撑骨架，实现"一材两用"；上、下导流板兼具翼型气动面与翼型面加强件双重功能，消除独立加强结构的重量冗余。

1.一种涵道螺旋翼，其特征在于，包括有涵道壳体，所述涵道壳体为薄壁回转结构；

2.根据权利要求1所述的涵道螺旋翼，其特征在于，所述翼型化被动升力面包括位于涵道上部负压区的上翼型面和位于涵道下部正压区的下翼型面；所述上翼型面设置于涵道上唇口内侧负压区，其安装攻角为3°-10°；所述下翼型面设置于涵道下扩散器段正压区，其具有s型曲线轮廓，扩张比为1.2-1.5，静压恢复系数大于0.80。

3.根据权利要求2所述的涵道螺旋翼，其特征在于，还包括多个上导流板和多个下导流板，所述上导流板、下导流板为独立于所述上翼型面、下翼型面的翼型板件，所述上导流板、下导流板均具有翼型截面，在涵道内气流作用下产生被动升力；

4.根据权利要求1所述的涵道螺旋翼，其特征在于，所述涵道壳体为纤维增强复合材料薄壁圆筒，其壁厚为0.8-2.0mm；

5.根据权利要求1所述的涵道螺旋翼，其特征在于，还包括有设置于所述涵道壳体内的转子环和固定于所述涵道壳体的定子；

6.根据权利要求1-5任一项所述的涵道螺旋翼，其特征在于，还包括设置于所述涵道壳体外壁的两个连接接口，所述两个连接接口沿圆周方向非对称分布，相邻连接接口之间的圆心角为60°-120°，所述连接接口用以将螺旋翼的全部载荷传递至外部承载体；

7.一种提升涵道螺旋翼被动升力并降低系统自重的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，