一种飞行器用电驱动对转风扇推进器制造技术

本发明专利技术公开了一种飞行器用电驱动对转风扇推进器，该电驱动对转风扇推进器由一级风扇、二级风扇、电机、齿轮组件、中心体、外涵道、支板和机匣组成,一级风扇和二级风扇转动方向相反，电机通过齿轮组件驱动一级风扇和二级风扇转动。该电驱动对转风扇推进器采用了两级对转风扇设计，可降低风扇的压比和转速，使风扇能够更好地容忍进气流场畸变，降低畸变来流下风扇所受到的周期疲劳载荷，提高风扇使用寿命；同时，利用对转风扇较高的效率、低重量的优势，可降低推进装置的长度和重量；采用的电机驱动方式，可使推进装置在飞行器上的安装更灵活，进而实现推进器与机体高度一体化设计。

An electric drive contra fan propeller for aircraft

The invention discloses an electric drive contra fan propeller of an aircraft, which consists of a first stage fan, a two stage fan, a motor, a gear component, a center body, an outer culvert, a supporting plate and a casing. The first stage fan and the two stage fan have the opposite direction, and the motor drives the first stage fan through the gear assembly. The two stage fan turns. The electric drive is designed to reduce the fan pressure ratio and speed, so that the fan can better tolerate the distortion of the intake flow field, reduce the periodic fatigue load of the fan under the distortion and improve the service life of the fan, and improve the efficiency and low weight of the fan for the fan, which can reduce the fan pressure ratio and speed. The advantages of the machine can reduce the length and weight of the propulsion device. The motor drive method used can make the installation of the propulsion device more flexible on the aircraft, and then realize the integrated design of the propeller and the body.

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器用电驱动对转风扇推进器
本专利技术属于飞行器动力系统领域，具体涉及一种飞行器用电驱动对转风扇推进器。
技术介绍
随着资源问题、环境问题、运营成本问题的日益突出，民用航空产业对飞行器的节油降耗关注度越来越高。为了满足未来的发展需求，航空工业从航空发动机技术、飞行器布局技术等方面开展了大量前沿研究，力争在2035年使飞行器的燃油消耗降低70%。但无论是优秀的翼身融合气动布局，还是高效率航空发动机，均难以满足这一苛刻的指标要求。为此，美欧国家开始从推进/机体一体化角度出发，研究新的技术手段，其中之一便是边界层吸入技术，即推进系统吸入机体的边界层。边界层吸入技术可以提高推进效率，进而降低风扇的驱动功率，实现节油降耗的目的。机体后部边界层吸入技术还可改善飞行器的升阻特性，使油耗进一步降低。美国NASA提出了分布式边界层吸入推进系统，其特征在于，飞行器为翼身融合布局，在机身背部后方设计了一排电驱动的分布式推进系统，推进系统宽度与机身宽度相当，可全部吸入机体背部的边界层。这种设计能将边界层吸入的优势发挥出来，显著降低飞行器油耗。美国临时专利申请第62/107196号“GAS-ELECTRICPROPULSIONSYSTEMFORANAIRCRAFT”和对应的中国专利申请“用于飞行器的气电推进系统”（申请号201610042603.7）中涉及管状飞行器尾部的边界层吸入式推进技术。这种设计能吸收管状机身的全部边界层，也能显著降低油耗。以上两个推进方案使用单级风扇，包含一排风扇转子叶片和一排静子叶片。边界层吸入会导致进气道产生比较强的总压损失和气流畸变，这带来至少两个后果。一是降低风扇的压比、效率，导致推力和油耗增大。二是风扇以高的频率转过畸变流场时受到较大的动态应力，致使风扇结构振动，甚至发生高周疲劳破裂。因此，要发挥出边界层吸入技术的优势，必须确保风扇在气动和结构上能够容忍强的进气畸变，即压比和效率损失要小、能够长时间耐受高频振动。通常，风扇的压比或者效率越高，容忍畸变的能力也就越低，这是因为高负荷、高效率与宽稳定裕度往往相互矛盾，且高负荷风扇往往叶片厚度较小。由于边界层吸入式进气道存在明显的总压损失，要使风扇能够产生足够的推力，就必须具有足够大的压比；要使系统油耗能够显著降低，就必须确保风扇的效率够高。如果采用单级风扇就会面临一个设计矛盾：既要确保风扇具有较高压比和效率，又要确保风扇能够忍受强烈的进气畸变。这个矛盾导致边界层吸入技术难度较高，难以进行工业推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种飞行器用电驱动对转风扇推进器。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器，其特点是，所述的电驱动对转风扇推进器包括一级风扇、二级风扇、电机、齿轮组件、中心体、外涵道、支板和机匣；所述的机匣的形状为环形，中心体的形状为旋成体，中心体通过支板固定在机匣内，机匣的内表面和中心体的外表面之间的流道构成外涵道，外涵道的前端面为进气端，外涵道的后端面为排气端；所述的齿轮组件和电机从前到后依次安装在中心体内的中轴线上，齿轮组件的输入端连接至电机的转轴；所述的一级风扇和二级风扇依次安装在中心体的前部，一级风扇与齿轮组件的第一输出端相连，二级风扇与齿轮组件的第二输出端相连；所述的中心体、机匣、一级风扇和二级风扇共轴，中轴线重合为中心轴线；所述的一级风扇和二级风扇绕中心轴线转动，转动方向相反，一级风扇和二级风扇均无静子叶片。所述的一级风扇的压比大于等于二级风扇，一级风扇的轮毂比小于二级风扇。所述的电机为常规电机或超导电机中的一种，电机的转速大于等于一级风扇、二级风扇中的最高转速。所述的电机通过由外涵道引入的冷却气冷却，或者通过从飞行器的机体引入的冷却液冷却。所述的电机由飞行器的蓄电池或喷气发动机上的发电机供电。所述的进气端与飞行器的进气道相连，排气端与飞行器的喷管相连。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器并不限定齿轮组件的类型，可以是一个整体齿轮箱，也可以是齿轮和传动轴的组合体。当二级风扇与电机转速和旋转方向相同，那么齿轮组件将变得非常简单：电机直接驱动二级风扇，二级风扇与一级风扇通过齿轮传动。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器也不限定进气道和喷管的形式，进气道可以是民用客机常用的短舱进气道，也可以是边界层吸入进气道，喷管可以是民用客机常用的轴对称喷管，也可以是扁平喷管。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器不限定机匣的剖面形状，实际应用中机匣剖面形状应匹配风扇和外涵道的设计，可以是直线，也可以是曲线。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器不限定齿轮组件的润滑、冷却形式和风扇的加工材料。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器采用两级对转风扇，风扇的压比得以降低，进而可在保证效率情况下提高稳定裕度，使风扇能够更好地容忍边界层吸入后产生的强畸变流场。压比降低意味着风扇转速降低，有利于降低畸变来流情况下风扇所受到的周期疲劳载荷，提高风扇的使用寿命。转速降低，还能够降低风扇噪音。风扇采用无静叶设计，可在保持高效率的情况下降低推进装置的长度和重量。电机采用高转速设计，有助于提高电机的效率和功率密度，确保电机发热少、体积小，电机驱动方式可使推进装置在飞行器上的安装更灵活，进而实现推进器与机体高度一体化设计。附图说明图1为本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器的结构示意图；图2为应用本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器的管状飞行器示意图；图3为本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器在管状飞行器后体上的安装示意图；图4为应用本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器的翼身融合飞行器示意图；图5为本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器在翼身融合飞行器上的安装示意图；图中，110.一级风扇120.二级风扇130.电机131.冷却气132.冷却液140.齿轮组件141.第一输出端142.第二输出端143.输入端150.中心体160.外涵道161.进气端162.排气端170.支板180.机匣190.中心轴线100.管状飞行器后机身200.短舱式推进系统210.短舱进气道220.轴对称喷管230.短舱式推进系统外罩250.机身支架300.分布式推进系统310.翼身融合飞行器后机体311.机体边界层312.二元喷管313.S弯进气道314.分布式推进系统外罩。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。本专利技术的飞行器用电驱动对转风扇推进器包括一级风扇110、二级风扇120、电机130、齿轮组件140、中心体150、外涵道160、支板170和机匣180；所述的机匣180的形状为环形，中心体150的形状为旋成体，中心体150通过支板170固定在机匣180内，机匣180的内表面和中心体150的外表面之间的流道构成外涵道160，外涵道160的前端面为进气端161，外涵道160的后端面为排气端162；所述的齿轮组件140和电机130从前到后依次安装在中心体150内的中轴线上，齿轮组件140的输入端143连接至电机130的转轴；所述的一级风扇110和二级风扇120依次安装在中心体150的前部，一级风扇110与齿轮组件140的第一输出端141相连，二级风扇120与齿轮组件140的第二输出端142相连；所述的中心体150、机匣180、一级风扇110和二级风扇120共轴，中轴线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器用电驱动对转风扇推进器，其特征在于：所述的电驱动对转风扇推进器包括一级风扇（110）、二级风扇（120）、电机（130）、齿轮组件（140）、中心体（150）、外涵道（160）、支板（170）和机匣（180）；所述的机匣（180）的形状为环形，中心体（150）的形状为旋成体，中心体（150）通过支板（170）固定在机匣（180）内，机匣（180）的内表面和中心体（150）的外表面之间的流道构成外涵道（160），外涵道（160）的前端面为进气端（161），外涵道（160）的后端面为排气端（162）；所述的齿轮组件（140）和电机（130）从前到后依次安装在中心体（150）内的中轴线上，齿轮组件（140）的输入端（143）连接至电机（130）的转轴；所述的一级风扇（110）和二级风扇（120）依次安装在中心体（150）的前部，一级风扇（110）与齿轮组件（140）的第一输出端（141）相连，二级风扇（120）与齿轮组件（140）的第二输出端（142）相连；所述的中心体（150）、机匣（180）、一级风扇（110）和二级风扇（120）共轴，中轴线重合为中心轴线（190）；所述的一级风扇（110）和二级风扇（120）绕中心轴线（190）转动，转动方向相反，一级风扇（110）和二级风扇（120）均无静子叶片。...

【技术特征摘要】
1.一种飞行器用电驱动对转风扇推进器，其特征在于：所述的电驱动对转风扇推进器包括一级风扇（110）、二级风扇（120）、电机（130）、齿轮组件（140）、中心体（150）、外涵道（160）、支板（170）和机匣（180）；所述的机匣（180）的形状为环形，中心体（150）的形状为旋成体，中心体（150）通过支板（170）固定在机匣（180）内，机匣（180）的内表面和中心体（150）的外表面之间的流道构成外涵道（160），外涵道（160）的前端面为进气端（161），外涵道（160）的后端面为排气端（162）；所述的齿轮组件（140）和电机（130）从前到后依次安装在中心体（150）内的中轴线上，齿轮组件（140）的输入端（143）连接至电机（130）的转轴；所述的一级风扇（110）和二级风扇（120）依次安装在中心体（150）的前部，一级风扇（110）与齿轮组件（140）的第一输出端（141）相连，二级风扇（120）与齿轮组件（140）的第二输出端（142）相连；所述的中心体（150）、机匣（180）、一级风扇（110）和二级风扇（120）共轴，中轴线重合为中心轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：达兴亚，吴军强，熊能，徐诸霖，陈锋，任思源，魏巍，胡勇，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51