涵道螺旋桨系统以及无人机技术方案

本发明专利技术公开了一种涵道螺旋桨系统，包括：涵道螺旋桨装置和等离子体流动控制系统；其中，涵道螺旋桨装置包括涵道本体、螺旋桨、桨毂；螺旋桨位于涵道直线段，形成桨尖间隙；涵道螺旋桨装置用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；等离子体流动控制系统位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。本申请可以在物体流场中直接施加适当的扰动模式并与流动的内在模式相耦合来实现对流动的控制。而采用本申请这种主动流动控制的方式，控制作用能在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，获得局部或全局的有效流动改变，进而使飞行器飞行性能显著改善。此外，本申请还提供了一种无人机，具有上述有益效果。

Culvert propeller system and unmanned aerial vehicle

The invention discloses a culvert propeller system, including a culvert propeller device and a plasma flow control system, in which the culvert propeller device includes a culvert body, a propeller and a propeller hub, and a propeller is located in a straight line section of the culvert to form a tip clearance, and a culvert propeller device is used to move gas through a propeller. Flow motion produces thrust, and the plasma flow control system is located at the tip clearance of the line section of the culvert, which is used to control the active flow of the air at the tip clearance of the paddle through the plasma. This application can directly impose an appropriate perturbation mode in the flow field of the object and control the flow by coupling with the internal mode of the flow. By using this active flow control method, the control function can appear in the required time and position, and the local or global effective flow changes can be obtained through the input of local energy, and the flight performance of the aircraft is greatly improved. In addition, this application also provides an UAV with the above beneficial effects.

【技术实现步骤摘要】
涵道螺旋桨系统以及无人机
本专利技术涉及无人机
，特别是涉及一种涵道螺旋桨系统以及无人机。
技术介绍
近年来，无人机发展迅猛，消费者对无人机的要求越来越高，搭载更多的任务载荷、持续更长的续航时间以及能在复杂环境中执行飞行任务是未来无人机发展的方向。涵道式无人机具有垂直起降和悬停的飞行特性，由于涵道本体自身的附加拉力效果以及环扩安全性等优点，其在结构尺寸、隐蔽性和飞行性能上都具有独特的优势。然而，涵道螺旋桨系统存在自身的不足：由于桨尖间隙不可能做到无限小，桨尖涡的存在也就无法避免，而且桨尖涡与涵道壁面存在气动干扰。转速越高气动干扰越明显。桨尖涡是涵道螺旋桨难以避免的，涡的存在伴随着能量的损失，影响涵道螺旋桨的气动效率，对其飞行控制、操纵性以及稳定性产生不利影响。现有公开的专利技术中，针对涵道螺旋桨桨尖涡的抑制，大都是从被动流动控制的思路出发，通过改变涵道壁的材料结构、外形外貌等特征来实现，这个需要提前预知流场环境，设计工作状态。一旦流场实际情况偏离设计状态时，就无法达到最佳控制效果，缺乏实用性。同时，涵道壁的材料结构、外形外貌等特征的改变，实现起来并不容易。鉴于此，提供一种针对不同的飞行工况对涵道螺旋桨系统中的分离涡进行抑制、以提升系统的飞行效率的技术是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种涵道螺旋桨系统以及无人机，以解决现有涵道螺旋桨系统在流场实际情况偏离设计状态时，无法达到最佳控制效果的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种涵道螺旋桨系统，包括：涵道螺旋桨装置和等离子体流动控制系统；其中，所述涵道螺旋桨装置包括涵道本体、螺旋桨、桨毂；所述螺旋桨位于涵道直线段，形成桨尖间隙；所述涵道螺旋桨装置用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；所述等离子体流动控制系统位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对所述桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。可选地，所述等离子体流动控制系统包括：预测传感器、控制器、执行器以及校正传感器；其中，所述预测传感器用于实时测量流动参数，并将测量得到的所述流动参数发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述流动参数对流动状态进行预测，采用预先建立的控制策略生成对执行器进行控制的控制指令；所述校正传感器用于对控制后的流动参数进行实时测量，并将控制后的流动参数反馈至所述控制器，以便所述控制器对控制动作进行实时校正；所述执行器用于接收所述控制指令，形成等离子体，以驱动周围气体运动。可选地，所述控制器具体用于当转速在指定范围内时，生成对所述执行器进行控制的控制命令。可选地，所述预测传感器与所述校正传感器设置在所述涵道本体的内壁上，所述执行器环绕所述涵道本体内壁表面，位于桨尖间隙的上方，所述预测传感器与所述校正传感器分别设置于所述执行器的上下游。可选地，所述预测传感器与所述校正传感器均匀分布在所述涵道本体的内壁上，所述预测传感器位于涵道唇口下部距离桨盘0.05R处，所述校正传感器位于所述预测传感器的下方0.15R-0.3R处，R为桨盘的半径。可选地，所述执行器为DBD等离子体激励器。可选地，所述DBD等离子体激励器由两块电极以及绝缘材料组成，第一电极裸露在大气中，第二电极嵌在所述绝缘材料中，所述第一电极与所述第二电极之间施加高压交流电源。可选地，所述第一电极的长度为2.5mm-3mm，所述第二电极的长度为6mm-8mm，所述绝缘材料的厚度低于0.25mm，所述第一电极与所述第二电极的厚度均低于20μm。可选地，所述第一电极与所述第二电极均为铜电极。本专利技术还提供了一种无人机，包括上述任一种所述的涵道螺旋桨系统。本专利技术所提供的涵道螺旋桨系统，包括：涵道螺旋桨装置和等离子体流动控制系统；其中，涵道螺旋桨装置包括涵道本体、螺旋桨、桨毂；螺旋桨位于涵道直线段，形成桨尖间隙；涵道螺旋桨装置用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；等离子体流动控制系统位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。本申请可以在物体流场中直接施加适当的扰动模式并与流动的内在模式相耦合来实现对流动的控制。而采用本申请这种主动流动控制的方式，控制作用能够在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，获得局部或全局的有效流动改变，进而使飞行器飞行性能显著改善。此外，本申请还提供了一种无人机，具有上述相同的有益效果。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的涵道螺旋桨系统的一种具体实施方式的结构框图；图2为本专利技术所提供的涵道螺旋桨系统的具体工作流程图；图3为本专利技术提供的基于等离子体流动控制桨尖涡的涵道螺旋桨系统的等轴侧视图；图4为本专利技术所述的基于等离子体流动控制桨尖涡的涵道螺旋桨系统的主视图；图5为本专利技术所述的基于等离子体流动控制桨尖涡的涵道螺旋桨系统的剖视图A-A；图6为本专利技术所述的基于等离子体流动控制桨尖涡的涵道螺旋桨系统局部放大图B；图7为本专利技术所述的等离子体主动流动控制系统示意图；图8为本专利技术所述的DBD等离子体激励器示意图；其中，1-涵道螺旋桨装置；2-DBD等离子体流动控制系统；11-涵道本体；12-螺旋桨；13-桨毂；14-涵道唇口；15-涵道直线段；16-涵道扩散口；17-桨尖间隙；21-预测传感器；22-控制器；23-执行器；24-校正传感器；51-裸露的电极；52-嵌在绝缘材料中的电极；53-绝缘介质；54-等离子体；55-诱导气流；56-高压交流电源。具体实施方式涵道螺旋桨系统中，桨尖涡的抑制可以采用流动控制的方法来解决。流动控制又可以分为被动流动控制和主动流动控制。被动控制是通过被动流动控制装置来改变流动环境，这种流动控制方式是预先确定的，当流场实际情况偏离设计状态时，就无法达到最佳控制效果。主动流动控制则是在物体流场中直接施加适当的扰动模式并与流动的内在模式相耦合来实现对流动的控制。主动流动控制的优势在于它能在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，获得局部或全局的有效流动改变，进而使飞行器飞行性能显著改善。结合不同的飞行工况条件，本专利技术提出了等离子体流动控制桨尖涡的涵道螺旋桨系统。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所提供的涵道螺旋桨系统的一种具体实施方式的结构框图如图1所示，该系统具体包括：涵道螺旋桨装置1和等离子体流动控制系统2；其中，所述涵道螺旋桨装置1包括涵道本体11、螺旋桨12、桨毂13；所述螺旋桨12位于涵道直线段，形成桨尖间隙；所述涵道螺旋桨装置1用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；所述等离子体流动控制系统2位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对所述桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。本专利技术所提供的涵道螺旋桨系统，包括：涵道螺旋桨装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涵道螺旋桨系统，其特征在于，包括：涵道螺旋桨装置和等离子体流动控制系统；其中，所述涵道螺旋桨装置包括涵道本体、螺旋桨、桨毂；所述螺旋桨位于涵道直线段，形成桨尖间隙；所述涵道螺旋桨装置用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；所述等离子体流动控制系统位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对所述桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。

【技术特征摘要】
1.一种涵道螺旋桨系统，其特征在于，包括：涵道螺旋桨装置和等离子体流动控制系统；其中，所述涵道螺旋桨装置包括涵道本体、螺旋桨、桨毂；所述螺旋桨位于涵道直线段，形成桨尖间隙；所述涵道螺旋桨装置用于通过螺旋桨旋转带动气流运动，产生推力；所述等离子体流动控制系统位于涵道直线段桨尖间隙处，用于通过等离子体对所述桨尖间隙处的气动进行主动流动控制。2.如权利要求1所述的涵道螺旋桨系统，其特征在于，所述等离子体流动控制系统包括：预测传感器、控制器、执行器以及校正传感器；其中，所述预测传感器用于实时测量流动参数，并将测量得到的所述流动参数发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述流动参数对流动状态进行预测，采用预先建立的控制策略生成对执行器进行控制的控制指令；所述校正传感器用于对控制后的流动参数进行实时测量，并将控制后的流动参数反馈至所述控制器，以便所述控制器对控制动作进行实时校正；所述执行器用于接收所述控制指令，形成等离子体，以驱动周围气体运动。3.如权利要求2所述的涵道螺旋桨系统，其特征在于，所述控制器具体用于当转速在指定范围内时，生成对所述执行器进行控制的控制命令。4.如权利要求2所述的涵道螺旋桨系统，其特征在于，所述预测传感器与所述校正传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瀚，项昌乐，张一博，徐彬，马罡，
申请(专利权)人：酷黑科技北京有限公司，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11