一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩

摘要

本发明公开了一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，属于共轴旋翼桨毂整流罩技术领域，其主要通过在中间轴整流罩上布置可随其转动而周期性伸出没入中间轴整流罩外表的涡流发生翼片，以产生周期性涡流，从而延缓或消除前飞时不利的气流分离，达到减小桨毂前飞时压差阻力的目的。

权利要求

1.一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，包括有分置于上下两侧的上桨毂整流罩和下桨毂整流罩，以及布置于上桨毂整流罩和下桨毂整流罩之间的中间轴整流罩，所述中间轴整流罩连接上桨毂整流罩和下桨毂整流罩，所述中间轴整流罩呈沿中间轴轴线所在的第一竖直平面对称的形状，第一竖直平面沿所述中间轴整流罩的前端至其后端的方向延伸，其特征在于：还包括有至少一组布置于中间轴整流罩内的涡流发生组件，所述涡流发生组件主要由两个沿第一竖直平面对称设置于中间轴整流罩内两侧的涡流发生器所构成，每个涡流发生器则主要由枢轴，用于驱动枢轴围绕自身轴线转动的驱动装置，以及若干垂直的枢接于该枢轴上的涡流发生翼片所构成，所述涡流发生翼片呈凸轮盘状或矩形片状，所述枢轴的自转速度可调，若干个涡流发生翼片沿从上至下的方向依次平行布置，所述中间轴整流罩两侧的立壁上开设有与涡流发生翼片相适配的伸出孔，所述涡流发生翼片可随转动而于对应的伸出孔处垂直地伸出于中间轴整流罩外表外，或者完全没入在中间轴整流罩之内，当所述涡流发生翼片伸出于中间轴整流罩外时，涡流发生翼片与来流方向之间具有0到50°的夹角；

所述涡流发生组件的数量为2组，两组涡流发生组件沿着中间轴整流罩前端至后端的方向依次布置；

在靠近中间轴整流罩前端的涡流发生组件的涡流发生翼片中，其伸出于中间轴整流罩的部分与来流方向平行，而在另一组的涡流发生组件的涡流发生翼片中，其伸出于中间轴整流罩的部分则与来流方向具有夹角，且与来流方向构成夹角的涡流发生翼片沿来流方向向上倾斜。

2.如权利要求1所述的一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，其特征在于：所述涡流发生翼片的侧沿呈由下至上逐渐扩张的弧面状。

3.如权利要求1所述的一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，其特征在于：在每个涡流发生器中，所述涡流发生翼片的数量为2至30个。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，其特征在于：所述驱动装置为变频电机。

说明书

一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩

技术领域

[0001] 本发明涉及共轴旋翼桨毂整流罩技术领域，尤其涉及一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩。

背景技术

[0002] 目前，随着共轴刚性旋翼高速直升机的桨毂高度以及外形复杂程度的增加，桨毂所受旋翼尾流、旋翼轴后分离流的影响更加严重，其阻力通常占全机阻力的50％左右，以美国XH-59验证机的飞行试验为例，在高速前飞时该型高速直升机要用全机的45％的功率来克服桨毂阻力。所以，桨毂阻力是限制共轴刚性旋翼高速直升机最大飞行速度和航程进一步提升的重要元素之一，为实现高速飞行，必须解决共轴刚性旋翼桨毂阻力巨大这一关键问题。而《共轴刚性旋翼桨毂中间轴涡流发生器设计与减阻研究》(南京航空航天大学学报，2019年4月，DOI：10.16356/j.1005-2615.2019.02.017)公开了一种中间轴桨毂带有涡流发生器的共轴刚性旋翼桨毂，其主要通过在中间轴整流罩的外表上布置涡流发生器以进行减阻，而这种涡流发生器的减阻性能有限，且属于被动流动控制，形态固定，在面对于前飞速度变化、大机动飞行等不同的直升机飞行状况时，适用性较差。

发明内容

[0003] 综上所述，本发明所解决的技术问题是：提供一种对直升机不同的飞行状况适用性较好的主动减阻式共轴旋翼桨毂整流罩。

[0004] 而本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

[0005] 一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，包括有分置于上下两侧的上桨毂整流罩和下桨毂整流罩，以及布置于上桨毂整流罩和下桨毂整流罩之间的中间轴整流罩，所述中间轴整流罩连接上桨毂整流罩和下桨毂整流罩，所述中间轴整流罩呈沿中间轴轴线所在的第一竖直平面对称的形状，第一竖直平面沿所述中间轴整流罩的前端至其后端的方向延伸，还包括有至少一组布置于中间轴整流罩内的涡流发生组件，所述涡流发生组件主要由两个沿第一竖直平面对称设置于中间轴整流罩内的两侧的涡流发生器所构成，每个涡流发生器则主要由枢轴，用于驱动枢轴围绕自身轴线转动的驱动装置，以及若干垂直的枢接于该枢轴上的涡流发生翼片所构成，所述枢轴的自转速度可调，所述涡流发生翼片呈凸轮盘状或矩形片状，若干个涡流发生翼片沿从上至下的方向依次平行布置，所述中间轴整流罩两侧的立壁上开设有与涡流发生翼片相适配的伸出孔，所述涡流发生翼片可随转动而于对应的伸出孔处垂直地伸出于中间轴整流罩外表外，或者完全没入在中间轴整流罩之内，当所述涡流发生翼片伸出于中间轴整流罩外时，涡流发生翼片与来流方向之间具有0到50°的夹角。

[0006] 进一步的，所述涡流发生翼片的侧沿呈由下至上逐渐扩张的弧面状。

[0007] 进一步的，所述涡流发生组件的数量为2组，两组涡流发生组件沿着中间轴整流罩前端至后端的方向依次布置。

[0008] 进一步的，在靠近中间轴整流罩前端的涡流发生组件的涡流发生翼片中，其伸出于中间轴整流罩的部分与来流方向平行，而在另一组的涡流发生组件的涡流发生翼片中，其伸出于中间轴整流罩的部分则与来流方向具有夹角，且与来流方向构成夹角的涡流发生翼片沿来流方向向上倾斜。

[0009] 进一步的，在每个涡流发生器中，所述涡流发生翼片的数量为2至30个。

[0010] 进一步的，所述驱动装置为变频电机。

[0011] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

[0012] (1)本发明所提供的伸缩式涡流发生器属于一种主动式的涡流发生器，其可以周期性产生涡流，以延缓或消除前飞时不利的气流分离，达到减小整流罩阻力的目的。其还可根据直升机不同的飞行状态(包含各种前飞速度、大机动飞行等)，而调整涡流发生翼片的翼展、弦长，进而使涡流发生器可在不同飞行条件下均能处在较优的减阻状态，适用性更强。

[0013] (2)在本发明所提供的伸缩式涡流发生器中，涡流发生翼片的整个转动周期可以分为向外伸出和向内收缩两个过程，而其所产生的漩涡能在涡流发生翼片向内收缩的过程中，被带入中间轴整流罩附面层，从而减缓低能气流堆积并减小逆压梯度，避免因气流过早分离而产生较大的压差阻力，相较于固定式的涡流发生翼片减阻性能更强。

附图说明

[0014] 图1为共轴旋翼桨毂整流罩的结构示意图；

[0015] 图2为本发明实施例所提供的共轴旋翼桨毂整流罩结构示意图；

[0016] 图3为本发明实施例中涡流发生翼片的结构示意图。

[0017] 【具体符号说明】

[0018] 1-上桨毂整流罩，2-下桨毂整流罩，3-中间轴整流罩，4-枢轴，5-涡流发生翼片，6-伸出孔。

具体实施方式

[0019] 下面将结合附图对本发明所提供的一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩做详细介绍。

[0020] 如图1所示，本发明所提供的一种带有伸缩式涡流发生器的共轴旋翼桨毂整流罩，包括有分置于上下两侧的上桨毂整流罩1和下桨毂整流罩2，以及布置于上桨毂整流罩1和下桨毂整流罩2之间的中间轴整流罩3，所述中间轴整流罩3连接上桨毂整流罩1和下桨毂整流罩2，所述中间轴整流罩3呈沿中间轴轴线所在的第一竖直平面对称的形状，第一竖直平面沿所述中间轴整流罩3的前端至其后端的方向延伸，还包括有至少一组布置于中间轴整流罩3内的涡流发生组件，所述涡流发生组件主要由两个沿第一竖直平面对称设置于中间轴整流罩3内的两侧的涡流发生器所构成，每个涡流发生器则主要由枢轴4，用于驱动枢轴4围绕自身轴线转动的驱动装置，以及若干垂直的枢接于该枢轴4上的涡流发生翼片5所构成，所述枢轴4的自转速度可调，所述涡流发生翼片5呈凸轮盘状或矩形片状，若干个涡流发生翼片5沿从上至下的方向依次平行布置，所述中间轴整流罩3两侧的立壁上开设有与涡流发生翼片5相适配的伸出孔6，所述涡流发生翼片5可随转动而于对应的伸出孔6处垂直地伸出于中间轴整流罩3外表外，或者完全没入在中间轴整流罩3之内，当所述涡流发生翼片5伸出于中间轴整流罩3外时，涡流发生翼片5与来流方向之间具有0到50°的夹角。

[0021] 更为具体的，如图2所示，其中箭头指向即指迎流方向，中间轴整流罩3的前端即指其迎风端，而其后端则对应指其背风端，而如图3所示，翼片即指翼翅形状。其中，涡流发生翼片5呈与枢轴4凸轮盘或矩形片状这种非圆形状，所以涡流发生翼片5在其围绕枢轴的转动过程中，其伸出于中间轴整流罩3外表的部分，即涡流发生翼片的翼展和弦长是会发生变化的，使用者可以依据直升机不同的飞行状态(包含不同的前飞速度、大机动飞行等)，通过转动枢轴4而调整涡流发生翼片5的翼展、弦长，在至理想状态后，停止涡流发生翼片5转动，进而使得涡流发生器可在不同飞行条件下，均能处在较优的减阻状态，适用性更强。同时，本实施例1中，涡流发生翼片5具体设置成还可以随其转动而完全没入在中间轴整流罩3之内，以适用于不需要涡流发生翼片5的情况。另外，本实施例1中，涡流发生翼片5与枢轴4之间是偏心的。

[0022] 更为重要的，实施人员还可以通过驱动装置带动枢轴4匀速转动，以使各个涡流发生器中的枢轴4带动与其枢接的涡流发生翼片5围绕枢轴4轴线匀速转动，涡流发生翼片5于伸出孔6进行周期性的伸缩，周期的产生涡流。其中，涡流发生翼片5的整个转动周期可以分为向外伸出和向内收缩两个过程，而其所产生的漩涡能在涡流发生翼片5向内收缩的过程中，被带入中间轴整流罩3附面层，从而减缓低能气流堆积和减小逆压梯度，避免因气流过早分离而产生较大的压差阻力，相较于固定式的涡流发生翼片5减阻性能更强。

[0023] 在本实施方式当中，如图3所示，则具体选用了凸轮形状的涡流发生翼片5，且所述涡流发生翼片5的侧沿呈由下至上逐渐扩张的弧面状，以提高控制效果。

[0024] 在上述实施方式的基础上，在本实施方式当中，所述涡流发生组件的数量为2组，如图2所示，两组涡流发生组件沿着中间轴整流罩3前端至后端的方向依次布置，以提高涡流发生能力。更为具体的，在本实施方式当中，在靠近中间轴整流罩3前端的涡流发生组件的涡流发生翼片5中，其伸出于中间轴整流罩3的部分与来流方向平行，而在另一组的涡流发生组件的涡流发生翼片5中，其伸出于中间轴整流罩3的部分则与来流方向具有夹角，即一组涡流发生组件中的涡流发生翼片5与来流方向之间夹角为0°，而另一组涡流发生组件中的涡流发生翼片5则与来流方向构成有夹角，且与来流方向构成夹角的涡流发生翼片5沿来流方向向上倾斜，这么设置是为了使中间轴整流罩3尾部气流不会下偏，降低了上、下桨毂整流罩2的压差阻力，进而起到了减阻效果。

[0025] 在每个涡流发生器中，所述涡流发生翼片5的数量2至30个，更为具体的，在本实施例1当中，涡流发生翼片5的数量为8个。实施人员可以依据自身需求而具体选用数量，此外，在本实施方式当中，所述驱动装置为变频电机，电机可以通过改变其输出转速而调整枢轴4的转动速度，进而调整涡流发生翼片5伸出于中间轴整流罩3外表外的频率，从而实现改变涡流产生周期的作用。也就是说，使用者还可以依据直升机不同的飞行状态(包含不同的前飞速度、大机动飞行等)，通过改变枢轴4的转动速率而调整涡流发生翼片5产生涡流的周期，进而提高涡流发生器在不同飞行条件下的减阻性能。