涵道飞行器论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种涵道飞行器，包括：涵道圈，均位于同一个涵道圈内且平行设置的第一旋翼和第二旋翼；其中，相邻的第一旋翼和第二旋翼啮合设置。上述涵道飞行器实现了把第一旋翼的第一桨叶和第二旋翼的第二桨叶错开且第一旋翼和第二旋翼等高设置，从而避免了第一旋翼和第二旋翼之间产生气动干扰，提高了涵道飞行器的飞行稳定性和载重；同时，第一旋翼和第二旋翼等高设置，有效减小了涵道圈的高度，从而减小了整个涵道飞行器的体积和重量；而且，相邻的第一旋翼和第二旋翼啮合设置，使得第一旋翼和第二旋翼之间的距离较小，提高了整个结构的布局紧凑性，也相应地减小了整个涵道飞行器的体积和重量。

主设计要求

1.一种涵道飞行器，其特征在于，包括：涵道圈(3)，均位于同一个所述涵道圈(3)内且平行设置的第一旋翼(1)和第二旋翼(2)；其中，相邻的所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)啮合设置。

设计方案

2.根据权利要求1所述的涵道飞行器，其特征在于，所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)产生的反作用力矩在水平方向上相互抵消，所述水平方向垂直于所述第一旋翼(1)的轴向。

3.根据权利要求2所述的涵道飞行器，其特征在于，

所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)为相同的旋翼，所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)的数目相同、转速相同、转向相反。

4.根据权利要求3所述的涵道飞行器，其特征在于，所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)均为一个。

5.根据权利要求3所述的涵道飞行器，其特征在于，所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)均至少为两个，所述第一旋翼(1)的中心和所述第二旋翼(2)的中心分布在正多边形的顶点处，且所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)沿所述正多边形的周向交替分布。

6.根据权利要求2所述的涵道飞行器，其特征在于，所述第一旋翼(1)的半径大于所述第二旋翼(2)的半径，所述第一旋翼(1)的数目小于所述第二旋翼(2)的数目，且所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)的转速相同、转向相反。

7.根据权利要求6所述的涵道飞行器，其特征在于，

所述第一旋翼(1)为一个；所述第二旋翼(2)至少为两个，且所述第二旋翼(2)沿所述第一旋翼(1)的周向均匀分布。

8.根据权利要求1所述的涵道飞行器，其特征在于，所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)采用同一个驱动装置(4)驱动。

9.根据权利要求8所述的涵道飞行器，其特征在于，所述驱动装置(4)通过齿轮传动机构驱动所述第一旋翼(1)和所述第二旋翼(2)转动。

10.根据权利要求9所述的涵道飞行器，其特征在于，所述齿轮传动机构包括：设置于所述第一旋翼(1)的转轴上的第一锥齿轮(5)，设置于所述第二旋翼(2)的转轴上的第二锥齿轮(9)，与所述第一锥齿轮(5)啮合的第三锥齿轮(6)，与所述第二锥齿轮(9)啮合的第四锥齿轮(8)，传动连接所述第三锥齿轮(6)和所述第四锥齿轮(8)的传动轴(7)；其中，所述驱动装置(4)驱动所述第一锥齿轮(5)转动。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的涵道飞行器，其特征在于，所述涵道圈(3)的内腔横截面呈长圆形或圆形。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，更具体地说，涉及一种涵道飞行器。

背景技术

目前，涵道飞行器通常采用单支旋翼模式或共轴双桨模式，为了提高涵道圈单体的升力，通常采用后者。其中，共轴双桨模式包括共轴顺桨模式和共轴反桨模式。

但是，共轴双桨的两个旋翼不等高设置，两个旋翼之间会产生气动干扰，包括上旋翼对下旋翼的下洗流的影响，以及下旋翼对上旋翼的流态的影响。实验研究表明，在悬停和低速前飞状态下，两个旋翼的相互影响使得下旋翼的下洗速度比单旋翼的要大得多，而上旋翼的下洗速度与单旋翼相比，略大一些；同时，两个旋翼不等高设置，使得涵道圈的高度较大，导致整个涵道飞行器的体积和重量较大。

另外，单支旋翼模式和共轴顺桨模式存在天然缺陷，具体地，旋翼转动时会产生反作用力矩。为了抵消该反作用力矩，需要额外设置反扭矩挡片，导致整个涵道飞行器的重量较大。

除此之外，共轴双桨模式通常采用双电机模式，即一台电机控制一支旋翼，在控制中由于电机或电子调速器的品质差异造成两支旋翼转动不能绝对同步，从而导致反扭矩的出现。为了抵消反扭矩保持稳定飞行，需要付出额外的损耗功。而且，共轴双桨模式需要两台电机，重量较大，导致涵道飞行器的有效载荷较小。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种涵道飞行器，以避免涵道圈内旋翼之间产生气动干扰，又能巧妙消除旋翼产生的反作用力矩。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种涵道飞行器，包括：涵道圈，均位于同一个所述涵道圈内且平行设置的第一旋翼和第二旋翼；其中，相邻的所述第一旋翼和所述第二旋翼啮合设置。

优选地，所述第一旋翼和所述第二旋翼产生的反作用力矩在水平方向上相互抵消，所述水平方向垂直于所述第一旋翼的轴向。

优选地，所述第一旋翼和所述第二旋翼为相同的旋翼，所述第一旋翼和所述第二旋翼的数目相同、转速相同、转向相反。

优选地，所述第一旋翼和所述第二旋翼均为一个。

优选地，所述第一旋翼和所述第二旋翼均至少为两个，所述第一旋翼的中心和所述第二旋翼的中心分布在正多边形的顶点处，且所述第一旋翼和所述第二旋翼沿所述正多边形的周向交替分布。

优选地，所述第一旋翼的半径大于所述第二旋翼的半径，所述第一旋翼的数目小于所述第二旋翼的数目，且所述第一旋翼和所述第二旋翼的转速相同、转向相反。

优选地，所述第一旋翼为一个；所述第二旋翼至少为两个，且所述第二旋翼沿所述第一旋翼的周向均匀分布。

优选地，所述第一旋翼和所述第二旋翼采用同一个驱动装置驱动。

优选地，所述驱动装置通过齿轮传动机构驱动所述第一旋翼和所述第二旋翼转动。

优选地，所述齿轮传动机构包括：设置于所述第一旋翼的转轴上的第一锥齿轮，设置于所述第二旋翼的转轴上的第二锥齿轮，与所述第一锥齿轮啮合的第三锥齿轮，与所述第二锥齿轮啮合的第四锥齿轮，传动连接所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮的传动轴；其中，所述驱动装置驱动所述第一锥齿轮转动。

优选地，所述涵道圈的内腔横截面呈长圆形或圆形。

本实用新型提供的涵道飞行器中，第一旋翼和第二旋翼平行设置在同一个涵道圈内，且相邻的第一旋翼和第二旋翼啮合设置，则实现了把第一旋翼和第二旋翼错开且第一旋翼和第二旋翼等高设置，从而避免了第一旋翼和第二旋翼之间产生气动干扰，提高了涵道飞行器的飞行稳定性和载重；同时，第一旋翼和第二旋翼等高设置，有效减小了涵道圈的高度，从而减小了整个涵道飞行器的体积和重量；而且，相邻的第一旋翼和第二旋翼啮合设置，使得第一旋翼和第二旋翼之间的距离较小，提高了整个结构的布局紧凑性，也相应地减小了整个涵道飞行器的体积和重量。

同时，本实用新型提供的涵道飞行器中，相邻的第一旋翼和第二旋翼啮合设置，则啮合布置的第一旋翼和第二旋翼在水平方向上产生的反作用力矩的方向相反，通过合理地设计第一旋翼和第二旋翼的翼型、半径、数目，即可巧妙地实现第一旋翼和第二旋翼产生的反作用力矩在水平方向上相互抵消。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的涵道飞行器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的涵道飞行器的局部示意图；

图3为图2的主视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本文中，“第一旋翼”中的“第一”和“第二旋翼”中的“第二”仅为了区别转向不同的旋翼，没有顺序的区分。

如图1-3所示，本实用新型实施例提供的涵道飞行器包括：涵道圈3，均位于同一个涵道圈3内且平行设置的第一旋翼1和第二旋翼2；其中，相邻的第一旋翼1和第二旋翼2啮合设置。

需要说明的是，第一旋翼1和第二旋翼2平行设置，即第一旋翼1的轴向平行于第二旋翼2的轴向。为了便于描述，将第一旋翼1的桨叶记为第一桨叶，将第二旋翼2的桨叶记为第二桨叶。相邻的第一旋翼1和第二旋翼2啮合设置，是指在第一旋翼1和第二旋翼2之间的第一桨叶和第二桨叶交替分布，在第一旋翼1和第二旋翼2之间且相邻的第一桨叶和第二桨叶之间具有间隙，且第一旋翼1和第二旋翼2等高设置，即第一旋翼1和第二旋翼2的转动轨迹等高设置。

具体地，相邻的第一旋翼1和第二旋翼2啮合设置，可类比两个齿轮的啮合，但是，在本案中，第一桨叶和第二桨叶之间无传动且第一桨叶和第二桨叶不接触。

上述第一旋翼1的翼尖转动轨迹和第二旋翼2的翼尖转动轨迹交叉设置，即第一旋翼1的转轴和第二旋翼2的转轴之间的距离小于第一旋翼1的半径和第二旋翼2的半径之和，且第一旋翼1的转轴和第二旋翼2的转轴之间的距离大于第一旋翼1的半径以及第二旋翼2的半径。

上述涵道飞行器中，第一旋翼1和第二旋翼2的转动方向相反且转动同步，以避免第一旋翼1和第二旋翼2发生干涉和碰撞，从而保证第一旋翼1和第二旋翼2的正常工作。

本实用新型实施例提供的涵道飞行器中，第一旋翼1和第二旋翼2平行设置在同一个涵道圈3内，且相邻的第一旋翼1和第二旋翼2啮合设置，则实现了把第一旋翼1的第一桨叶和第二旋翼2的第二桨叶错开且第一旋翼1和第二旋翼2等高设置，从而避免了第一旋翼1和第二旋翼2之间产生气动干扰，提高了涵道飞行器的飞行稳定性和载重；同时，第一旋翼1和第二旋翼2等高设置，减小了涵道圈3的高度，从而减小了整个涵道飞行器的体积和重量；而且，相邻的第一旋翼1和第二旋翼2啮合设置，使得第一旋翼1和第二旋翼2之间的距离较小，提高了整个结构的布局紧凑性，也相应地减小了整个涵道飞行器的体积和重量。

旋翼在转动时给空气施加作用力矩，空气必然会以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼，即旋翼在转动时会产生反作用力矩。而水平方向上的反作用力矩会导致涵道飞行器在飞行过程中打转。上述实施例提供的涵道飞行器中，啮合布置的第一旋翼1和第二旋翼2在水平方向上产生的反作用力矩的方向相反，则通过合理地设计第一旋翼和第二旋翼的翼型、半径、数目，即可巧妙地实现第一旋翼和第二旋翼产生的反作用力矩在水平方向上相互抵消。对于整个涵道飞行器而言，受到的反作用力矩在水平方向上相互抵消，这样，避免了涵道飞行器在空中打转；同时，也无需再使用反扭矩挡片，间接减小了涵道飞行器的重量，提高了涵道飞行器的有效载荷。

可以理解的是，水平方向垂直于第一旋翼1的轴向以及第二旋翼2的轴向。

实现涵道飞行器受到的反作用力矩在水平方向上相互抵消，存在多种方式，需要根据第一旋翼1和第二旋翼2的翼型、半径以及数目进行设计。

优选地，上述第一旋翼1和第二旋翼2为相同的旋翼，即第一旋翼1和第二旋翼2的半径相同、翼型相同、桨叶数目相同；且第一旋翼1和第二旋翼2的数目相同、转速相同、转向相反。

上述涵道飞行器中，第一旋翼1和第二旋翼2可均为一个，也可均至少为两个。当第一旋翼1和第二旋翼2均至少为两个时，第一旋翼1的中心和第二旋翼2的中心分布在正多边形的顶点处，且第一旋翼1和第二旋翼2沿正多边形的周向交替分布。

可以理解的是，正多边形的顶点数目为第一旋翼1的数目的两倍。任意两个第一旋翼1到正多边形的中心点的距离相等，任意两个第二旋翼2到正多边形的中心点的距离相等，第一旋翼1到正多边形的中心点的距离和第二旋翼2到正多边形的中心点的距离相等。

上述正多边形是虚拟的，并不是真实存在的，连接第一旋翼1和第二旋翼2的中心即可形成上述正多边形。例如，第一旋翼1和第二旋翼2均为两个，第一旋翼1的中心和第二旋翼2的中心分布在正方形的顶点处，第一旋翼1和第二旋翼2沿正方形的周向交替分布，即两个第一旋翼1分布在正方形的一个对角线的两端，两个第二旋翼1分布在正方形的另一个对角线的两端。

实现涵道飞行器受到的反作用力矩在水平方向上相互抵消，还可选择第一旋翼1和第二旋翼2为不同的旋翼。在实际应用过程中，可通过调整第一旋翼1和第二旋翼2的半径、翼型、数目来保证第一旋翼1和第二旋翼2产生的反作用力矩在水平方向上相互抵消。

优选地，第一旋翼1的半径大于第二旋翼2的半径，第一旋翼1的数目小于第二旋翼2的数目，且第一旋翼1和第二旋翼2的转速相同、转向相反。

对于上述第一旋翼1和第二旋翼2的半径差值、数目差值，可根据实际需要进行选择，本实用新型实施例对此不做限定。

具体地，上述第一旋翼1为一个，第二旋翼2至少为两个，第二旋翼2沿第一旋翼1的周向均匀分布；或者，上述第一旋翼1为两个，第二旋翼2为三个，第一旋翼1和第二旋翼2沿直线分布，且第一旋翼1和第二旋翼2交替分布。当然，也可选择第一旋翼1和第二旋翼2的数目为其他，并不局限于此。

当然，可选择第一旋翼1的半径小于第二旋翼2的半径，第一旋翼1的数目大于第二旋翼2的数目，且第一旋翼1和第二旋翼2的转速相同、转向相反，并不局限于上述实施例。

上述涵道飞行器中，第一旋翼1和第二旋翼2的转向相反，即第一旋翼1和第二旋翼2中一个沿顺时针转动、另一个沿逆时针转动。第一旋翼1和第二旋翼2可由不同的驱动装置4驱动，便于实现二者转向相反。但是，这样较难保证第一旋翼1和第二旋翼2同步转动，而且导致整个涵道飞行器的重量较大。为了解决上述技术问题，优先选择第一旋翼1和第二旋翼2采用同一个驱动装置4驱动。

可以理解的是，上述驱动装置4通过传动机构驱动第一旋翼1和第二旋翼2转动，且保证第一旋翼1和第二旋翼2的转动方向相反、且转动同步。

对于上述驱动装置4的具体类型，根据实际需要进行选择，例如驱动装置4为旋转气缸或电机等，本实用新型实施例对此不做限定。

对于上述传动机构的具体结构和类型，根据实际需要进行设计。优选地，上述传动机构为齿轮传动机构，即上述驱动装置4通过齿轮传动机构驱动第一旋翼1和第二旋翼2转动。

具体地，如图2和图3所示，上述齿轮传动机构包括：设置于第一旋翼1的转轴上的第一锥齿轮5，设置于第二旋翼2的转轴上的第二锥齿轮9，与第一锥齿轮5啮合的第三锥齿轮6，与第二锥齿轮9啮合的第四锥齿轮8，传动连接第三锥齿轮6和第四锥齿轮8的传动轴7；其中，驱动装置4驱动第一锥齿轮5转动。

上述驱动装置4驱动第一锥齿轮5转动，第一旋翼1的转轴与第一锥齿轮5传动相连，使得第一旋翼1随第一锥齿轮5转动，与第一锥齿轮5啮合的第三锥齿轮6也随之转动，并带动传动轴7以及第四锥齿轮8转动，与第四锥齿轮8啮合的第二锥齿轮9转动，第二旋翼2的转轴与第二锥齿轮9传动相连，使得第二旋翼2随之转动。

上述齿轮传动机构，结构简单，方便了安装；成本也较低。

进一步地，为了减少零部件，简化安装，上述第三锥齿轮6、第四锥齿轮8和传动轴7为一体式结构。此时，传动轴7可以为齿轮轴。

当上述第一旋翼1为一个，第二旋翼2为两个以上时，上述第二锥齿轮9、第三锥齿轮6、第四锥齿轮8和传动轴7均与第二旋翼2一一对应。例如，第二旋翼2为两个，第二锥齿轮9、第三锥齿轮6、第四锥齿轮8和传动轴7均为两个，第一锥齿轮5通过一个第三锥齿轮6、一个传动轴7、一个第四锥齿轮8和一个第二锥齿轮9带动一个第二旋翼2转动，第一锥齿轮5通过另一个第三锥齿轮6、另一个传动轴7、另一个第四锥齿轮8和另一个第二锥齿轮9带动另一个第二旋翼2转动。

当然，也可选择上述齿轮传动机构为其他结构，例如，在上述齿轮传动机构的基础上改进并增加相应的齿轮等部件，并不局限于上述实施例。

上述涵道飞行器中，也可选择上述传动机构为其他机构，例如涡轮蜗杆机构等，本领域技术人员可根据需要设计相应的传动机构，本文对此不做限定。

上述涵道飞行器中，涵道圈3的内腔横截面呈长圆形、圆形或椭圆形等。对于涵道圈3的内腔的大小和形状，需要根据第一旋翼1和第二旋翼2的数目和分布进行设计和选择。具体地，当第一旋翼1和第二旋翼2沿直线分布时，优先选择上述涵道圈3的内腔横截面呈长圆形；当上述第一旋翼1和第二旋翼2均至少为两个且数目相等，第一旋翼1的中心和第二旋翼2的中心分布在正多边形的顶点处时，优先选择上述涵道圈3的内腔横截面呈圆形。当然，也可选择上述涵道圈3的内腔横截面为其他形状，并不局限于上述实施例。

需要说明的是，涵道圈3的内腔横截面垂直于第一旋翼1的轴向。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

设计图

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主设计要求

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设计说明书

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