一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，包括气缸、齿轮、舵机、中央处理器、两个柔性变形气囊和两根导气道；两个柔性变形气囊分别对称固定在涵道唇口位置的内壁面上，气缸、齿轮、舵机、中央处理器和两根导气道均设置在涵道壁面内；气缸通过导气管道与柔性变形气囊连通，气缸带有活塞和活塞杆，通过活塞的往复运动使空气压缩和膨胀，实现对柔性变形气囊的充气和放气；活塞杆外壁上刻有齿条，舵机的输出轴上固连齿轮，齿轮与活塞杆啮合，中央处理器通过数据传输线与舵机相连。本发明专利技术通过对柔性变形气囊的充放气来改变涵道唇口的气动外形，进而抑制涵道唇口附近的流动分离。本发明专利技术具有结构简单、响应快和变形能力强等优点，可有效改善涵道流场环境，抑制其失速现象，并提升其气动性能。

A Kind of Culvert Dynamic Flow Control Device Based on Flexible Deformation Bag

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置
本专利技术涉及主动流动控制技术，具体涉及一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置。
技术介绍
当今时代，涵道无人机因其小尺寸、低噪声、高机动等特点而被广泛应用于城市规划、救援勘探及军事侦察等领域。相关实验及数值仿真的结果表明，在一定攻角下，涵道无人机以一定速度前飞或上升时，涵道唇口内壁处会出现流动分离现象，产生分离涡，这在增加涵道无人机阻力的同时，也会减小其升力。利用空气动力学原理，可以在流动分离处附近安装流动控制结构延缓甚至消除分离现象。通过舵机带动气缸内活塞对气缸内气体进行压缩，从而对柔性变形气囊进行充气，使涵道唇口曲率变大，厚度增加。涵道唇口周围气流能更好的附着在涵道表面，极大地减少了由于流动分离造成的流动损失。Kondor设计了一种基于射流的涵道流动控制装置，其需要额外气源且射流能量限制使得流动控制效果不足；Graf设计了被动式涵道流动控制装置，当偏离设计工况时无法达到最佳控制效果甚至产生负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，解决涵道无人机飞行时由于涵道唇口附近流动分离导致的减升增阻的问题，为涵道无人机的流动控制提供一种新的思路。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，包括气缸、齿轮、舵机、中央处理器、两个柔性变形气囊和两根导气道；两个柔性变形气囊分别对称固定在涵道唇口位置的内壁面上，气缸、齿轮、舵机、中央处理器和两根导气道均设置在涵道壁面内；气缸通过导气管道与柔性变形气囊连通，气缸带有活塞和活塞杆，通过活塞的往复运动使空气压缩和膨胀，实现对柔性变形气囊的充气和放气；活塞杆外壁上刻有齿条，舵机的输出轴上固连齿轮，齿轮与活塞杆啮合，中央处理器通过数据传输线与舵机相连。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：（1）本专利技术的涵道主动流动控制装置，利用涵道唇口附近处柔性变形气囊的充放气实现涵道外形的改变，占用体积小，能耗低，流动分离改善效果明显，为涵道无人机流动控制装置的设计提供一种新的思路。（2）本专利技术的涵道主动流动控制装置，柔性变形气囊分布于涵道迎风侧及背风侧的内壁，并分别有独立的充放气装置，充放气时间可控，能够满足多种飞行工况，适应性强。（3）本专利技术的涵道主动流动控制装置，结构较为简单，通用性好，可以应用到多种型号的涵道无人机上。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的涵道主动流动控制装置未充气时剖面结构示意图。图2为本专利技术的涵道主动流动控制装置充气后的剖面结构示意图。图3为本专利技术的涵道主动流动控制装置充气后的三维示意图。具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1、图2和图3，一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，包括气缸3、齿轮6、舵机8、中央处理器10、两个柔性变形气囊1和两根导气道2。两个柔性变形气囊1分别对称固定在涵道11唇口位置的内壁面上，柔性变形气囊1以涵道无人机前飞所在平面为基准，气缸3、齿轮6、舵机8、中央处理器10和两根导气道2均设置在涵道11壁面内；气缸3通过导气管道2与柔性变形气囊1连通，气缸3带有活塞4和活塞杆5，通过活塞4的往复运动使空气压缩和膨胀，实现对柔性变形气囊1的充气和放气；活塞杆5外壁上刻有齿条，舵机8的输出轴7上固连齿轮6，齿轮6与活塞杆5啮合，中央处理器10通过数据传输线9与舵机8相连。舵机8通过输出轴7输出转矩，并带动齿轮6转动，齿轮6与活塞杆5相啮合，中央处理器10向舵机8传输控制信号。进一步地，两个柔性变形气囊1呈180°对称，在固定柔性变形气囊1的涵道11唇口位置的内壁面上设有凹槽，柔性变形气囊1开口端设置在凹槽内，其开口边缘压紧固定在凹槽内，隔绝了外部大气环境。进一步地，柔性变形气囊1采用有机硅薄膜。进一步地，活塞杆5沿着涵道11的弦向设置。进一步地，输出轴7与活塞杆5垂直。进一步地，每个柔性变形气囊1自其中心位置沿周向顺时针和周向逆时针各延伸60度，共覆盖120度。所述舵机8为气缸3内活塞4运动的动力来源，通过齿轮6与活塞杆5的啮合实现舵机8的输出轴7转动到活塞4往复运动的转化；所述中央处理器10通过数据传输线9与舵机8相连，用于控制输出轴7转动的方向与角度，进而控制柔性变形气囊1的充放气程度。进一步地，完全放气后的柔性变形气囊1能靠自身张力紧贴涵道11唇口壁面，不影响涵道11本身的气动外形。由于柔性变形气囊1总体变形尺寸与涵道11尺寸相比较小，可以认为柔性变形气囊1与涵道11主体的外形可以平滑过渡。涵道无人机通过机载的陀螺仪、加速度计等传感器，测得当前涵道无人机的飞行姿态及飞行速度。中央处理器10搜集各传感器数据并依据飞行控制律计算输出控制量，通过数据传输线9输出给舵机8。舵机8通过传动轴7输出相应转动角度，传动轴7带动齿轮6转过相同角度，通过齿轮6与活塞杆5啮合，将齿轮6的转动被转化为活塞杆5沿杆向的移动，进而带动活塞4沿杆向作相同的移动，实现对气缸3内气体的压缩与扩张。气缸3内的气体由于活塞4的压缩与扩张，通过导气道2流进流出柔性变形气囊1，进而实现柔性变形气囊1的膨胀收缩，改变涵道唇口外形。在不同的飞行状态下，可通过对柔性变形气囊1充放气改变涵道11气动外形以提升涵道11气动性能，比如：悬停时，对两个柔性变形气囊1同时充气以提升涵道11拉力；在横风中悬停或侧飞时，对迎风边柔性变形气囊1放气以减小不利的不对称拉力和俯仰力矩；以飞机模式前飞时，涵道11作为环翼提供升力，在较大迎角下对背风边柔性变形气囊1充气以提高涵道11的失速迎角和最大升力系数，而在较小迎角下对背风边柔性变形气囊1放气以改善涵道升阻特性。在过渡飞行模式下，可对柔性变形气囊1实时充放气以动态改变有动力涵道11的气动外形，改善其流场结构和气动特性，并抑制其动态失速的产生。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，其特征在于：包括气缸（3）、齿轮（6）、舵机（8）、中央处理器（10）、两个柔性变形气囊（1）和两根导气道（2）；两个柔性变形气囊（1）分别对称固定在涵道（11）唇口位置的内壁面上，气缸（3）、齿轮（6）、舵机（8）、中央处理器（10）和两根导气道（2）均设置在涵道（11）壁面内；气缸（3）通过导气管道（2）与柔性变形气囊（1）连通，气缸（3）带有活塞（4）和活塞杆（5），通过活塞（4）的往复运动使空气压缩和膨胀，实现对柔性变形气囊（1）的充气和放气；活塞杆（5）外壁上刻有齿条，舵机（8）的输出轴（7）上固连齿轮（6），齿轮（6）与活塞杆（5）啮合，中央处理器（10）通过数据传输线（9）与舵机（8）相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性变形气囊的涵道主动流动控制装置，其特征在于：包括气缸（3）、齿轮（6）、舵机（8）、中央处理器（10）、两个柔性变形气囊（1）和两根导气道（2）；两个柔性变形气囊（1）分别对称固定在涵道（11）唇口位置的内壁面上，气缸（3）、齿轮（6）、舵机（8）、中央处理器（10）和两根导气道（2）均设置在涵道（11）壁面内；气缸（3）通过导气管道（2）与柔性变形气囊（1）连通，气缸（3）带有活塞（4）和活塞杆（5），通过活塞（4）的往复运动使空气压缩和膨胀，实现对柔性变形气囊（1）的充气和放气；活塞杆（5）外壁上刻有齿条，舵机（8）的输出轴（7）上固连齿轮（6），齿轮（6）与活塞杆（5）啮合，中央处理器（10）通过数据传输线...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡红明，周磊，李忠新，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32