一种高推重比涵道风扇一体化承力结构

本发明涉及高推重比涵道风扇，尤其涉及一种高推重比涵道风扇一体化承力结构。

背景技术：

1、高推重比涵道风扇凭借其结构紧凑，安全性高，噪声低，气动效率良好，适合多场景工作等优点，在复合翼飞行器、倾转涵道飞行器，以及消防救援无人机中得到广泛的应用。涵道支撑结构为涵道的主要承力结构，承受涵道所受大部分载荷，现有的涵道，结构形式多样化，其中多数是由蒙皮连接结构、支撑导叶（包括带翼型的支撑导叶）、电机固定结构以及涵道外部与机身连接结构组成。支撑导叶连接在涵道蒙皮或加强框上，支撑导叶可以传递载荷，防止涵道变形，还起到整流的作用，保证结构的稳定性，提升涵道的性能，电机安装/固定结构保证电机轴和涵道中轴线的安装在一条中轴线上，是涵道正常工作的重要结构。

2、现有涵道结构的支撑导叶，环形框以及电机壳体结构多为分离式，这就增加了零件的数量，需要使用较多紧固件进行连接，不利于涵道维护，紧固件的频繁使用增加涵道故障概率，降低了涵道风扇的可靠性，例如申请号cn202211558786.x的发明专利提供了一种高推重比涵道风扇，涵道前部蒙皮与涵道后部蒙皮通过环形隔框连接，环形框和导叶做了可拆卸连接设计，相比于一体化设计，会额外增加紧固件的使用，自重更大，不利于轻量化，而且频繁拆卸紧固件会存在松动、滑丝、的风险，紧固件数量的增加也会导致连接失效概率更高，增加安全隐患和故障率，不利于支撑结构的稳定性，申请号cn202511974181.2的发明专利设计了一种航空电驱动涵道风扇的静子与电机一体化结构，承力机匣、静子和电机壳一体化设计，电机壳内部圆柱挖空与电机定子过度配合安装。该设计虽然采用了一体化结构，但是没有考虑电机和控制线束的布置，使线束暴露在结构表面，不利于整体涵道的美观，在恶劣环境下，会导致线束发生磨损破坏。外部环形框外圈较长，不利于带有翼型的涵道蒙皮连接，其次电机壳未预留电调和控制器的安装位置和出线孔，不适用于电机和电调一体安装。电机电调走线不够美观。

3、对于高推重比而言，支撑结构作为整个涵道系统最核心的承力结构，支撑承受着巨大的推力，并将推力可靠的传递给飞行器的机体和机翼上，推动飞行器前进。还承受来自飞行器垂起，转弯时的各种复杂载荷，实现涵道风扇高推重比的关键是轻量化和集成化，这就需要支撑结构在保证高强度和刚度的前提下，使用先进的轻质材料，将重量减到最低。支撑在承力的同时还有固定电机的作用，确保电机轴与涵道中轴共线，保证涵道平稳的运行。

4、现有支撑的结构形式多安装复杂，零件多，紧固件多，与结构简易化，轻量化矛盾，而且增加涵道在工作时的安全隐患。现有涵道电机线束，多暴露在空气中，既不美观，也不利于线束的固定和保护。现有电机固定外壳与涵道支撑多是分离式螺钉连接，不利于电机轴与桨叶、涵道共轴，现有涵道电机外壳多使用贯通式连续散热片的形式，散热效果不佳。不利于电机在长时间高功率工作状态下的散热。

5、本发明主要针对电推力高推重比涵道风扇结构简易化、轻量化、易维护、以及电机散热问题，设计了一款一体化承力支撑结构，结构进行了支撑，蒙皮连接，电机和电调安装，以及散热等多功能化集成，解决现有支撑结构多复杂化，结构重的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种高推重比涵道风扇一体化承力结构。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种高推重比涵道风扇一体化承力结构，包括环形框、四组支撑导叶和电机外壳；电机外壳内部开设有用于放置电机的圆柱形的电机放置孔，电机外壳内电机外壳上轴向均匀分布有三段电机散热翅片；

3、电机外壳前端轴向开设一周阵列螺纹孔，用于连接固定电机盖，电机外壳后端径向开设一周阵列螺纹孔，用于连接控制器外壳；

4、四组支撑导叶分别为电机线槽导叶、控制线槽导叶、第一普通导叶、第二普通导叶；四个支撑导叶围绕环形框的中心轴线呈90°夹角排列；沿环形框的水平直径方向位于左侧的支撑导叶为电机线槽导叶，位于右侧的支撑导叶为第一普通导叶；沿环形框竖直直径方向，位于下侧的支撑导叶为控制线槽导叶，位于上侧的支撑导叶为第二普通导叶；

5、其中，电机线槽导叶与环形框连接处设置有第一加强段，控制线槽导叶与环形框连接处设置有第二加强段，且电机线槽导叶和控制线槽导叶相对第一普通导叶、第二普通导叶加厚4mm-6mm；电机线槽导叶、控制线槽导叶内部分别开设有贯通的电机线槽和控制线槽；

6、环形框、四组支撑导叶、第一加强段、第二加强段、电机外壳以及三段电机散热翅片一体成型；

7、环形框外周设有两排阵列分布的连接孔，用于连接前蒙皮和后蒙皮，且环形框与后蒙皮连接处设有定位用的下沉台阶。

8、优选的，第一加强段相对于电机线槽导叶对称布置；第二加强段相对于控制线槽导叶对称布置，第一加强段和第二加强段的宽度均为115mm，第一加强段和第二加强段的径向厚度均为35mm-45mm，且第一加强段和第二加强段两侧均开设有用于减重的顺空槽和逆空槽，顺空槽沿环形框顺时针方向的径向高度为20mm，顺空槽的周向槽深为33mm；逆空槽沿环形框逆时针方向的径向高度为18mm，逆空槽的周向槽深为34mm。

9、优选的，环形框上，第一加强段与第二普通导叶之间、第二加强段与第一普通导叶之间的区域为主承力区，主承力区加厚至35mm-40mm，且主承力区的两侧均设有用于减重的主承力槽；环形框上除主承力区、第一加强段和第二加强段外其余的区域为非主承力区，非主承力区的厚度为2mm，且非主承力区内侧中间沿周向方向上增设90°加强肋；

10、两侧的主承力槽沿环形框轴向向内切削成型，两侧的主承力槽截面形式、尺寸参数一致；单侧的主承力槽轴向切削深度为28mm，主承力槽的槽道内壁宽度32mm。

11、优选的，三段电机散热翅片中，每段电机散热翅片的间隔不小于4mm，电机散热翅片的翅片间距为1-2mm，电机散热翅片的翅片高度l为10mm≤l≤17mm，翅片厚度k为1.0mm≤k≤1.5mm；

12、控制器外壳上设置有一段控制器散热翅片，控制器散热翅片的翅片与电机散热翅片的翅片间距、翅片高度和翅片厚度均相同。

13、优选的，环形框、四组支撑导叶、电机外壳、电机散热翅片组和控制器散热翅片均采用铝合金材质制备。

14、优选的，电机线槽导叶、控制线槽导叶、第一普通导叶、第二普通导叶均采用翼型设计；且电机线槽导叶、控制线槽导叶、第一普通导叶、第二普通导叶与环形框、电机外壳的连接处均进行倒圆角处理。

15、优选的，电机线槽和控制线槽的半径均为10mm-15mm。

16、优选的，电机线槽导叶的位置与电机外壳内的电机出线位置对应，控制线槽导叶的位置与控制器外壳内的控制器出线位置对应；电机外壳内的电机和控制器外壳内的控制器的线束分别穿过电机线槽和控制线槽连接至机上设备。

17、优选的，下沉台阶的下沉深度h=1.2mm，且环形框与后蒙皮连接处设有倾角θ=9°的斜面。

18、优选的，电机外壳与环形框保持同轴度，以保证电机轴与涵道中轴线共线，同时，减少四组支撑导叶与电机外壳、环形框的螺钉连接，提高结构可靠性。

19、本发明有益效果：

20、本发明中，环形框、四组支撑导叶、第一加强段、第二加强段、电机外壳以及三段电机散热翅片一体成型，同时具备承载、散热、电机及控制器安装的能力，实现功能性能一体化。

21、本发明中，环形框与后蒙皮连接处设有一圈下沉台阶，方便蒙皮装配定位和连接，以及轴向滑动，保证涵道稳定工作。

22、本发明中，电机线槽导叶、控制线槽导叶内部开有电机线槽和控制线槽，并做加厚处理，电机电源线、控制器信号线可在电机线槽和控制线槽内穿过，可以防止在恶劣环境下对线束的腐蚀，线束隐于内部，减少外露线束造成紊流，附加气动阻力整体外观干净整洁。

23、电机外壳设计有三段电机散热翅片，相对于常规散热片可对电机和进行强化散热，其次还起到减重的作用。

24、综上所述，本发明取消大量紧固件，保障电机与涵道同轴度，集成承力、布线、散热、装配定位功能，结构轻量化、故障率低。