本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)、產(chǎn)品與系統(tǒng)集成、汽車、通用航空器、交通運(yùn)輸領(lǐng)域，具體涉及一種高效氣動(dòng)涵道體。

背景技術(shù)：

相對(duì)于同樣直徑的孤立風(fēng)扇，在同樣功率消耗的情況下，由于涵道抑制了風(fēng)扇槳尖的繞流，從而降低了槳尖損失，并降低了尾流的能量損失，同時(shí)由于在涵道的唇口形成低壓區(qū)，使得涵道體自身可以提供一部分附加升力，另外由于涵道的保護(hù)作用，風(fēng)扇的氣動(dòng)噪音明顯降低，并提高了風(fēng)扇的使用安全性，因而，涵道旋翼作為一種推力或升力裝置，具有很好的應(yīng)用前景，側(cè)重于低空飛行，甚至垂直起降及懸停功能的涵道飛行器和陸空兩用涵道飛行汽車等相繼出現(xiàn)。合理的設(shè)計(jì)涵道的外形參數(shù)使涵道旋翼的氣動(dòng)效率更高就顯得至關(guān)重要，目前，國(guó)內(nèi)外主要通過(guò)以下方式進(jìn)行涵道體的設(shè)計(jì)。

1、涵道內(nèi)徑高度比為2/3時(shí)涵道能提供的升力最大；

2、增大涵道唇口半徑可以有效提高涵道升力；

3、合理的增大倒錐角可以有效改善涵道內(nèi)部的繞流環(huán)境；

4、減小槳尖與涵道壁的間隙使增升效果明顯；

5、槳盤位置在距離涵道入口約1/3高度時(shí)，涵道自身產(chǎn)生的升力最大。

涵道旋翼工作時(shí)，在涵道唇口內(nèi)側(cè)的氣流流速明顯高于涵道表面其他位置，因此在唇口內(nèi)側(cè)形成低壓區(qū)，該低壓區(qū)是涵道附加升力的主要貢獻(xiàn)者,而涵道內(nèi)側(cè)的部分表面不但對(duì)涵道的附加升力貢獻(xiàn)不大，反而增加了涵道體的重量，減少了升力系統(tǒng)的有效載荷。而且涵道體與旋翼（或螺旋槳、風(fēng)扇，以下統(tǒng)稱旋翼）槳葉葉尖間隙對(duì)整個(gè)涵道旋翼氣動(dòng)效能影響很大，雖然越小越好，但間隙太小對(duì)制作工藝及結(jié)構(gòu)形變精度要求高，作為升力系統(tǒng)并裸露在外（可能會(huì)吸入沙石枝葉等雜物）的涵道體，間隙難以做到很?。ɡ迕准?jí)降到毫米級(jí)）。另外，涵道旋翼體作為升力系統(tǒng)，在前飛時(shí)動(dòng)量阻力及壓差阻力非常大，直接影響裝備涵道旋翼體的飛行器前飛速度及姿態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通常意義上的涵道體是將翼型延涵道體軸線旋轉(zhuǎn)一周而形成的，相當(dāng)于環(huán)形機(jī)翼。通過(guò)涵道旋翼的流場(chǎng)分布可以看出，由于涵道的吸流作用，在涵道唇口形成的低壓區(qū)是涵道產(chǎn)生附加升力的主要原因，而涵道體的部分內(nèi)壁只起到約束風(fēng)扇尾流形狀的作用，對(duì)涵道旋翼的升力貢獻(xiàn)不大，為提高涵道體的風(fēng)扇效率，本發(fā)明特提出一種高效氣動(dòng)涵道體，在保證涵道唇口形狀不變的前提下，在涵道內(nèi)壁開槽，一方面減輕涵道體本身的重量，增加有效載荷，另一方面增大涵道內(nèi)部風(fēng)扇的半徑，從而增大風(fēng)扇產(chǎn)生的升力，同時(shí)有效的抑制槳尖的繞流環(huán)境，降低風(fēng)扇的槳尖損失，提高了風(fēng)扇的效率。

本發(fā)明的高效氣動(dòng)涵道體，包括：1）在涵道體1內(nèi)部的內(nèi)表面上開環(huán)形槽2；2）在涵道體上設(shè)開口3，開口設(shè)有開口開關(guān)，控制開口的開和關(guān)；

所述開環(huán)形槽2是方形、圓形或其它形狀，開槽方式根據(jù)槳葉的特性決定，具體為：

（1）如果為剛性槳葉，或者由于涵道旋翼的半徑比較小，槳葉的揮舞不大，采取在涵道內(nèi)壁開方槽的方式，

（2）如果考慮槳葉的揮舞特性，在考慮涵道倒錐角、擴(kuò)散角和出口半徑的合理設(shè)計(jì)的前提下，在涵道體內(nèi)部開大槽，同時(shí)考慮槽的流線性，以防止氣流在開槽處產(chǎn)生旋渦等使槳尖的流場(chǎng)變的復(fù)雜。

所述涵道體內(nèi)部為實(shí)心或中空結(jié)構(gòu)，采用強(qiáng)度性能好、質(zhì)量較輕的復(fù)合材料或輕質(zhì)合金制成。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以減輕涵道體本身的重量，增加有效載荷；

（2）可以增大涵道體內(nèi)部旋翼的半徑，從而增大旋翼產(chǎn)生的升力；

（3）可以有效的抑制槳尖的擾流環(huán)境，降低旋翼的槳尖氣動(dòng)損失；

（4）設(shè)有開關(guān)可在涵道體進(jìn)行開口操作，讓涵道升力系統(tǒng)適應(yīng)飛行器垂直飛行和前飛時(shí)的高效氣動(dòng)狀態(tài)。

工作原理或工作過(guò)程

涵道旋翼是指被涵道包圍的旋翼 (或螺旋槳或風(fēng)扇)相對(duì)于同樣直徑的孤立旋翼 (或螺旋槳或風(fēng)扇)，在同樣功率消耗的情況下，涵道旋翼工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的升力，這主要是涵道抑制了槳尖渦的形成，并降低了尾流能量損失，同時(shí)涵道的吸流作用，在涵道唇口內(nèi)側(cè)的氣流流速明顯高于涵道表面其他位置，因此在涵道唇口內(nèi)側(cè)形成低壓區(qū)，該低壓區(qū)是涵道附加升力的主要貢獻(xiàn)者,從而使涵道旋翼的總升力增加。但是涵道體本身也增加了升力系統(tǒng)重量，因此在設(shè)計(jì)中需要權(quán)衡涵道體重量和附加升力的關(guān)系，以增加升力系統(tǒng)的有效載荷。

該涵道體與普通涵道體相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以減輕涵道體本身的重量，增加有效載荷；

（2）可以增大涵道體內(nèi)部旋翼槳葉的半徑，從而增大旋翼產(chǎn)生的升力；

（3）可以有效的抑制槳尖的繞流環(huán)境，降低旋翼槳葉的槳尖氣動(dòng)損失；

（4）涵道體垂直飛行時(shí)無(wú)開口，前飛式有開口（通過(guò)殼體裝置移動(dòng)實(shí)現(xiàn)），大大降低前飛時(shí)涵道體引起的動(dòng)量阻力和壓差阻力，可適應(yīng)不同飛行模式。

附圖說(shuō)明

圖1為環(huán)槽涵道體開槽圖；

圖2為階梯槽涵道體開槽圖；

圖3為高效氣動(dòng)涵道體示意圖；

圖4為涵道體截面剖視圖（開口封閉）；

圖5為涵道體截面剖視圖（開口打開狀態(tài)）。

具體實(shí)施方式

開口位置位于涵道體上，通過(guò)開口罩上下移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)涵道體開口的開啟與關(guān)閉。

開口形狀可以是長(zhǎng)方形、圓形、橢圓、弧形或扇形，

大小是：繞涵道體一圈分布，長(zhǎng)度不限，但不能全部連成一片（這樣會(huì)把涵道體分割成上下2部分了，要留出涵道體上下相連加強(qiáng)筋部分，開口高度不超過(guò)1/2涵道體高度。

開口開關(guān)通過(guò)舵機(jī)或機(jī)械連桿進(jìn)行操縱，實(shí)現(xiàn)開口罩上下移動(dòng)，移動(dòng)距離基本就是開口罩高度距離。

由于涵道的吸流作用，在涵道唇口形成的低壓區(qū)是涵道產(chǎn)生附加升力的主要原因，而涵道體的部分內(nèi)壁只起到約束旋翼尾流形狀的作用，對(duì)涵道旋翼的升力貢獻(xiàn)不大，因此在考慮槳葉揮舞運(yùn)動(dòng)的情況下，可以對(duì)涵道體的內(nèi)壁開槽，達(dá)到減輕涵道體重量、增大風(fēng)扇半徑及改善槳尖繞流的目的。其中，在滿足加工要求的前提下，槳尖與涵道體內(nèi)壁的間隙應(yīng)盡可能小。該涵道結(jié)構(gòu)適用于一切以涵道旋翼作為升力或推力的升力系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。